浅析如何提升物理教师科学探究能力

■天津市新华中学 马 慧

随着基础教育课程改革的不断深入，学生学科核心素养的培育问题越来越受关注。2017年底，教育部印发普通高中课程方案和课程标准，新修订的课标明确提出物理学科核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。物理学科核心素养的修订是在对10个发达国家的教材进行比较，以及对科学课标和物理课标调研的基础上，通过提炼核心素养的相关元素而得出的。它强调科学知识的理解、科学思维与方法、科学实践与应用，以及重视科学态度与价值观。

笔者作为天津市“265农村骨干教师培养工程”指导教师、“千名农村校级骨干教师培养工程”指导教师，曾深入农村校进行师资培训、教学指导。在与青年教师交流的过程中深深体会到教师的教育观念对促进学生发展的重要影响，教师教学能力的提高对学生学习能力的促进作用。为此，如何提高教师的学科教学能力是考试招生制度改革背景下急需解决的操作性问题。基于此，本文选择物理教师科学探究能力对学生核心素养培育的促进关系这一视角，尝试进行探索研究。

一、核心概念的界定

（一）物理教师科学探究能力

基于一些文献资料，物理教师科学探究能力主要是基于观察和实验提出物理问题的能力、形成物理问题猜想和假设的能力、设计物理实验与制作实验方案的能力、获取实验数据和处理信息的能力、基于实验证据得出结论并给出解释的能力，以及对科学研究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。为此，物理教师科学探究能力要素主要包括问题、证据、解释、交流等。

（二）核心素养

核心素养是当前课改的一个核心概念。专家、学者们已对这一核心概念作出界定，并且进行了阐释。笔者认为，不仅要对核心素养的概念进行简明扼要的界定与阐释，而且要深入认识核心素养的价值、意义。核心素养的提出，将进一步落实立德树人的根本目标，引领和促进教师的专业发展，帮助学生明确未来的发展方向。

二、提升物理教师科学探究能力的路径

（一）研读物理学史，形成科学的物理观念

在物理学发展史中，很多科学家以丰硕的理论筑起了物理学的大厦，他们的科学精神和高尚品格也成为不朽的精神财富。作为物理教师，不仅要研读教材，分析学情，寻找教学策略，更需要研读物理学史，把握其中蕴含的哲学思想，形成科学的物理观念。

（二）提出物理问题，提升问题的猜想与假设能力

伽利略在推导落体定律时，首先提出的问题是物体下落的速度与时间成正比，但在实际操作时无法测量物体下落的瞬时速度。伽利略进一步通过数学推导证明如果物体下落的速度与时间成正比，那么物体下落的位移与时间的平方成正比。由于自由下落的时间太短需要借助斜面，伽利略设计让铜球沿阻力很小的斜面滚下，由于小球在斜面上的加速度比竖直下落的加速度小很多，所用时间长很多，便于测量，从而得出结论。这些事例告诉大家，正是科学家们坚持不懈地提出问题、数学推演、形成猜想、设计方案、得出结论，才使得物理世界如此精彩。

笔者在讲解万用表欧姆档测电阻原理时，学生提出了用其测电阻的阻值到底是多大的问题。于是，笔者针对电阻测量方法，带着学生进行了实验探究，一改平时做实验先由教师将实验器材准备好、实验过程交代好，再由学生操作的模式，而是让学生自己设计实验所需要的器材，设计实验步骤。设计过程中，学生懂得爱护实验器材，尝试设计实验，分析实验方案的可行性，在实践的过程中，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，培养科学探究能力，形成尊重事实、探索真理的科学态度。实验中，学生在设计利用桥式电路测电阻时，采用了在灵敏电流表上串一大电阻的方法以保护仪表。先串一个大电阻进行粗调，待灵敏电流表上显示基本为零时再将大电阻撤去进行微调，体现出学生的实验素养及科学思维。另外，在利用伏特表的半值测电阻的实验中，学生构思了利用补偿的方法以减小试验误差，确实是一种好方法。通过科学探究充分调动了学生的学习积极性、动手意识及参与意识，在实验中也拓展了教师的思维，科学探究势在必行。

（三）设计物理实验，提升设计与制作物理实验方案的能力

对于高中物理来说，教师要教给学生扎实的学科知识，就必须尊重物理的本质，坚持实践取向。高中物理知识可以分为三方面：一是物理学科的本质。物理既是科学，又有其独特的思想和方法。学生在学习物理多年后，大部分知识会遗忘，但会留下惯有的思维方式。如在讲解加速度概念时，首先要知道加速度是用来描述速度变化快慢的物理量，其次要知道加速度定义为速度的变化量与发生这些变化所用时间的比值，再次要知道加速度的表达式及单位，引导学生知道加速度是矢量。每学一个概念都要清楚它用来描述什么、怎么定义以及相关的定义式、单位、量性。二是物理知识的“生本化”。教师要以学生为基本立场，依据学生的心理特点和认知水平去审视、组织教学，使其转化为学生能够接受的形式，从学生原有的概念出发，激发认知冲突，引导他们自主建构。三是采用各种手段重演知识发生的过程。在教学中，做到“问题合理引导，以实验为基础，以思维为中心，优化教学过程”，通过合理的教学逻辑，使知识的学科逻辑顺利转化为学生的认知逻辑，从而提高课堂的有效性。

（四）获取物理实验数据，提升统计分析及处理信息的能力

物理素养中的探究能力不仅是探究物理问题的能力，也是通过探究物理问题掌握解决办法的能力。比如，在物理实验探究加速度与力、加速度与质量的关系教学中，不仅需要平衡摩擦力，还要求小车的质量远远大于砝码的质量，然而在面对一些灵活性较高的探究实验时，很多学生会对如何满足这两项要求感到困难。对此，笔者抛出问题“什么是平衡摩擦力的目的”，学生们纷纷发表见解，对这一问题提出不同看法，可以一起探讨，也可以小组互助，使每名学生都得到不同程度的提高。接着，笔者乘胜追击，让学生思考在什么情况下要求小车的质量远远大于砝码的质量。学生们经过个人思考、小组讨论、实验反思自评、再实验再反思再自评，最终得到了答案。这种看似由学生任意发挥的评价过程，却能让他们以放松的心情、开放的思路来整理知识、理解知识,同时加深自我的认识。如此，使学科教育的发展方向真正从知识本位转向育人本位。

三、提升得出结论并科学解释的能力

培养学生的学科素养是教师和学生协同努力、共同进步的过程。学生感觉物理难学的主要原因是物理观念没有正确建立，物理思维没有真正形成。在青年教师培训中，笔者发现很多青年教师都是电脑高手，他们很少给学生做实验，演示实验都是用PPT进行动画演示。笔者在培训中布置了一个探究电容器电量转移的问题，很多青年教师都选择用动画进行演示，然而笔者按照他们动画演示中提到的方式进行实际操作，却根本看不到转移情况。对此，笔者积极引导青年教师改变实验方案，在亲自实验后修正方案，最终得出正确结论。这样，青年教师在提出问题、引发质疑、得到提升的过程中，领悟到了科学探究的真谛。

后来很多青年教师反馈，在讲解电容器知识时应用了笔者在培训中提到的探究实验，学生讨论很激烈，提出了很多探究方案，学生积极思考、积极探究的学习热情也鼓舞了教师。

四、提升交流、评估、反思的能力

提升物理教师科学探究能力对培养学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度能够起到积极促进作用。通过研读物理学史、发掘其中的哲学道理，促使教师从科学发展观的角度去解释物理知识与物理现象，并潜移默化地影响学生的物理观念；教师提出物理问题，会直观地向学生展现科学探究精神与科学思维过程；教师设计物理实验，获取实验数据、信息，得出实验结论并进行科学解释，可以向学生展示科学态度，对培育学生学科核心素养效果明显。

培育学生物理学科核心素养与教师科学探究能力密切相关，应从本源上找到解决问题的突破口。如果只是关注于学习成绩，很难实现对学生核心素养的培育，也难以落实立德树人的根本任务。