“科学探究的类型”在初中物理教学中的应用

“国际上研究者把科学探究分为六种类型:实验性探究、基于测量的探究、逻辑推理任务、工程设计性探究、技术设计性探究、开放性探究”。根据初中物理教学实际和我们的学习、思考与实践，笔者就这六种类型在物理教学中的应用谈一下浅显的认识。

1 基于的测量的探究

1.1 常用的测量工具及基本要求

物理量的测量是实验活动的基本内容，实验中最大量的工作是物理量的测量。物理上许多新现象的发现都是和测量仪器及测量方法的改进分不开的。在测量性的探究教学中，对物理测量的原理、方法的介绍和操作的训练，是使学生掌握物理知识与技能、受到科学态度和科学精神熏陶的重要方面。

初中物理常用的测量工具共有八种，可分为两类：一类是直读式的测量仪器，如：刻度尺、温度计、弹簧测力计、量筒(量杯)、秒表、电流表、电压表。一类是比较式的测量仪器，如：天平。在这些测量工具(量杯除外)中,其相邻的刻度之间的长度与相关物理量之间都成线性关系，有其共同的特性。在反复使用这些测量工具时,教师应有意识地引导学生去综合、对比。注意它们的单位、量程、最小分度值，让学生养成以刻度的分度值为基础的观察力。在合理选择测量工具时，待测量不能超过测量工具的量程，所选测量工具的精确度符合实验要求，如测量跑道长度时，使用厘米卷尺就可以。在使用测量工具时，要会正确使用，如用刻度尺测量长度时，刻度尺要放正，不能歪斜；经过合理选择的弹簧测力计在使用时首先要轻拉挂钩几下，避免弹簧测力计指针、挂钩、与外壳摩擦；使用温度计测液体温度时，待温度计示数稳定后，放在液体中读数等。

1.2 基本测量方法

在物理测量中，每一项测量项目的技能难易，包含仪器与测量原理方法两种因素。根据测量原理(思路)及运算难度，将测量方法分为三种：（1）直接测量，如用天平测固体质量；用电压表测电压；用秒表测量物体的运动时间等。（2）简单间接测量，如用刻度尺测量规则物体的体积；用电压表、电流表测电阻；用量筒测固体体积。（3）复杂间接测量，如用量筒、水、细线、弹簧测力计测液体密度。

1.3 基于测量的探究操作

由于测量性探究是最基本的，相对其他探究活动来说是比较简单的，故只涉及部分要素。

例如:给新鲜马铃薯，一只量筒，一只烧杯，一根足够长的细线，小刀，水槽，足量的水。请利用上述器材测出马铃薯的密度(ρ马铃薯>ρ水,要求写出表达式)。

提出问题:如何用给定的器材测出马铃薯的密度

设计实验:(1)用小刀取大小适中的马铃薯样品(取样法)。(2)在量筒中装入适量的水，读出水的体积V₁，将马铃薯浸没在水中，读出马铃薯和水的总体积V₂，则马铃薯的体积V=V₂-V₁。(3)让烧杯漂浮在水面上，将马铃薯样品放入烧杯中，用细线记下水面所对应的位置。将马铃薯取出，向烧杯中慢慢注入水，直到槽中水面对准细线时为止，用量筒测出烧杯中水的体积V₃，则m=ρ_水V₃(替代法)。

进行实验:按照实验设计，动手操作。

解决问题:

ρ马铃薯=m/V=ρ_水V₃/V₂-V₁。

2 逻辑推理任务

学生的科学探究并不意味着只是动手操作，进行实验活动。凡是有利于学生“构建知识”、形成“科学观念”、领悟“科学研究方法”的各种活动都属于科学探究范畴。逻辑推理任务在初中物理教材中不占主要地位，但它对培养学生思维能力具有重要的不可替代的作用。

逻辑推理任务在初中教材中主要有两种类型。一种是在学生原有认知基础上，通过猜想与假设，运用已掌握的物理规律、从理论上推导出新的物理规律，它注重理论推导。

例如:串联电路总电阻R串与分电阻R₁、R₂的大小关系。

提出问题:两个串联电阻的总电阻R串跟两个分电阻R₁、R₂的大小关系如何?

猜想与假设:两个电阻R₁、R₂串联后，总电阻R串可能大于两个分电阻，因为两个导体串联，相当于增加了导体的长度，导体的长度越长，电阻越大。

理论推导:U₁=IR₁,U₂=IR₂,R_串=R_串/I=(U₁+U₂)/I=(IR₁+IR₂)/I=R₁+R₂。

检验假设，得出结论:从理论推导中可证明猜想与假设是正确的。

另一种是利用物理实验，在真实可信的实验基础上，通过对实验结论的比较、类比、归纳和演绎等逻辑推理的基础上，得出物理规律，它注重逻辑推理。例如牛顿第一定律就是采用逻辑推理的方法得出的。

3 开放性探究

学生在探究学习的活动中，教师有时提供要调查研究的问题，有时提供材料，有时教师提供实验数据让学生分析并作出解释等，这种探究活动的特点是在教师的指导下进行，这种探究被称为“指导性探究”。在学生探究活动中,从提出问题、制定计划、收集证据、解释证据、表达交流，完全由学生个人(小组)决定。这样的探究被称为开放性探究。

基于以上的理解以及我们在初中物理教学中的实践，将开放性探究分为课堂内开放性探究和课堂外开放性探究两种。在课堂内探究活动中,为了重点训练科学探究某一要素(如提出问题能力、猜想能力、设计实验能力)，掌握某一要素的技能、技巧、方法，使学生认识其内涵，就属于课堂内开放性探究。如为了训练学生的猜想能力，提出“乒乓球的反弹高度与哪些因素有关?”的问题，让学生思维发散、大胆猜想:与用力大小有关；乒乓球的大小有关；与乒乓球的材料有关；与地面的材质有关；与高度有关等。

学生在课堂内理解了很多物理知识也掌握了其相应的技能与方法，如果要让学生学习、理解科学的本质，那么课外开放性的探究是不可缺少的一部分。根据初中物理教材特点及学生年龄特点，我们对课堂外开放性探究做了以下尝试:

(1)课题研究类。它以认识和解决某一问题为主要目的。例如:学完《声现象》一章后，要求学生以小组为单位，以假如你是学校环境监测小组成员，现在要准备一份学校环境噪声情况的报告。要求做到以下几点:列出学校噪声来源的清单；利用录音机记录下这些噪声；在同学中进行一次调查，请他们对每一种噪声的感觉做出评定；分析校园受噪声污染的程度，提出控制噪声的设想。

(2)活动设计类。它以基础知识为载体，以动手操作为主要形式，以培养学生的科技意识、科学爱好和开发学生创造力为目标。如利用中国地图测量南京到北京铁路路线的实际长度。

4 实验性探究

在初中物理教学中，应主要突出实验性探究。实验性探究是物理教学的主要内容，它对学生掌握知识、形成概念、理解规律、培养探究精神和能力起着主要作用。对实验性探究教学各类书籍、杂志介绍很多，这里不再赘述。

5 工程设计性探究、技术设计性探究

这两种探究在初中物理教学中也有具体体现。如“生活中发生用电事故的调查”，在这一课题研究中首要制定调查计划，决定参加调查的人员及调查分工，什么时间到哪些单位去调查，调查哪些有代表性的人物，如何将调查资料讨论、研究、分析，写出调查报告等。这样着眼于从整体规划、设计工作方案的探究性活动，可理解为“工程设计性探究”。再如:“怎样估测从校门口到你家骑自行车的平均速度”，在这一活动中，如何测量从校门口到家的距离，是这个探究活动设计的重点和难点。经学生讨论，设计方案如下:（1）骑摩托车用里程表测量；（2）用卷尺测量；（3）用铁环滚动测量；（4）用自行车测量，测出车轮周长，记录从校门口到家共蹬了多少圈(必须始终蹬脚踏板，不能停)；（5）用自行车测量，在自行车前轮拴一软铁丝，车轮每转一周,软铁丝都会碰前叉响一次，这样来记录车轮转过的圈数,根据车轮周长,算出距离。根据安全、方便、快捷、较准确的原则，我们采用了第5种方案。像这样针对某一具体问题的具体环节的技术方面的探究活动设计，我们可以理解为技术设计性探究。