自主探究在建构物理概念中的意义
作者：黄志钢
来源：《中学课程辅导高考版·教师版》2015年第03期
摘 要：物理概念的抽象及学生认知缺陷是阻碍学生学习物理概念的原因。突破障碍，有效建构物理概念的最有效途径是“自主探究”。教师可以通过“巧设概念情境，开启自主探究动力”，“搭建活动平台，培养自主探究能力”，“建设智慧校园，大数据提供自主探究资料”等方式方法或手段指导学生开展“自主探究”，以达到预期效果。
关键词：建构;物理概念;自主探究;“墙中洞”实验;大数据
中图分类号：G427 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2015）03-029-2
一、概念学习遇障，要求重视自主探究
物理概念的抽象性及高中生认知结构中的一些缺陷，构成了学生学习物理概念的障碍。有三个常见表现：
1.以公式记忆代替物理概念的理解，且从数学角度理解物理公式，不理解其含义和条件。 如力学中，位移、速度、平均速度、加速度等的概念及定义式，电学中有关电容、电场强度、磁感应强度等概念及定义式，这些公式都能计算相对应的物理量，但不能只从数学角度理解这些公式，否则就会理解出错，影响学生对概念的掌握和建构。如果我们在指导学生学习时，能紧密联系学生的日常生活经验，通过复习初中的公式（如密度等），尝试自主探究及类比学习，去伪存真，感受并归纳物理概念中的物理量定义方法，例如比值定义法，就能促进学生对物理概念的有效建构。
2.以物理结论代替物理概念的理解，不会进行物理过程分析，缺乏逻辑分析能力。
物理概念和规律具有高度的抽象性，它是超脱了具体的现象而提炼出的事物的本质属性和内在联系。有些老师觉得向学生解释，太浪费时间了，倒不如让学生背熟概念和某些结论。结果学生在运用或练习时却经常出现意想不到的错误。如果我们有意识地让学生经历物理概念的建构过程，学生才能真正地理解概念的本质，而设计过程情境，指导自主探究，就是其中一条最有效的途径。
现列举一例子，简单予以说明。
例如：在电源电压不变的情况下，为使正常工作的电热器在单位时间内产生的热量增加一倍，下列措施可行的是：A.剪去一半的电阻丝，B.并联一根相同的电阻丝，C.串联一根相同的电阻丝，D.使电热器两端的电压增大一倍。
析：该题正确答案是B，理论上A可以，但实际A中电阻丝会烧坏，因超额定电流，如果注意分析原理，分析过程，弄清各种制约因素，错误就可避免。
上述例题表明，如果我们在指导学生重视过程分析的同时，布置自主探究任务，例如整理概括方法解题集锦，让学生概括对比，综合集体智慧，就可以避免一批错解的出现。
3.以物理练习代替物理概念的理解，不重视用词语直接表达的概念，概念的建构无经纬。 中学物理课本中用语言直接表达的物理概念比物理量还要多，如质点和点电荷、重心和质心、平动和转动、磁通变化和磁通变化率等。这些概念不仅定义严谨，而且能与其他物理概念形成一个完整的系统。如果模糊不清，不但直接影响解答习题，而且对于学习新知识、系统掌握物理知识都造成障碍。比如在讲机械运动的定义时书上是这样说的：一个物体相对另一个物体位置的变化，而我们老师往往都简单带过，而不懂讲清一些问题。如果我们这样向学生设置一个问题：“概念中一个物体是指什么？（研究对象）另一个物体又是指什么？（参照物）”这样对概念的理解就比较深入。引导学生自主探究，建构概念体系，能有效提高教学效果。
二、巧设概念情境，开启自主探究动力
建构主义认为学生在走进课堂之前，都不是一张白纸。学生在学习物理概念之前已经具有对物理事实的认识，即潜概念，潜概念往往是不正确的，而且也往往是根深蒂固的。但是学生头脑中已经具有的那些潜概念其实是一种珍贵的资源，它可以成为学生形成科学概念的生长点。如何让潜概念成为物理概念的生长点呢？关键是剖析学生头脑中存在的潜概念，通过自主探究，让学生认识到潜概念的不合理性。
联系生活实际，巧设实验情境，引发认知冲突，开启自主探究的动力。从生活中得到的感性材料通常有复杂的背景，本质、非本质的因素常交融在一起，利用这样的材料来使学生建立概念有时会遇到很大的困难。而实验则可以提供精心设计的、经过简化和纯化了的感性材料，它能使学生对物理事实获得明确、具体的认识。有了鲜明的感性材料后，当学生将自己原有的观点与事实进行比较时，必然会产生认知冲突。这是概念有效教学的起点，也是学生建构物理概念的起点。
三、搭建活动平台，培养自主探究能力
建构主义学习观指出，学习并非是一个被动的接受过程，而是一个主动的建构过程，也就是说，物理概念必须基于个人对经验的操作、交流，通过“反省”来主动建构，即概念并非由教师直接传授而获得，教与学的成功与否取决于学生主体参与教学活动的深广度，如果学生不进行有效的探索性学习活动，就无法获得概念、知识。
事实证明，只要给学生搭建有效的活动平台，不论是课余时间还是课上时间，通过这一平台，变灌输为探究，让学生主动参与问题的研究，并从中获得快乐，他们的主动性就会被激发出来，进而从根本上改变学生的学习方式。
1.创设问题，明确任务，营造探究氛围。
人的思维活动永远是从问题开始的。教师创设特定的学习情景，把学生置于完整的、真实或逼真的问题情境中，引导学生提出科学的问题，然后通过明确任务，合作学习，使学生主动学习、生成性地学习，最终解决问题，建构概念。
教师的任务是把教材中的物理知识转化为问题，借助具有内在逻辑联系的问题设计，促使学生思考，营造探究氛围。
2.针对问题，指导方法，培养探究能力。
教师通常备课时，总有意无意地把自己怎样讲得明白、讲得清楚放在首位。但是，教是为了促进学生的学，就必须把学生探索、思考等活动放在首位。所以，在教学设计中，教师要在“依纲据本”前提下，落实“精、活、实”，全力体现以“学为中心，少教多学”的教学设计原则。 在备课时要全面思考哪些是教师非指导不可的内容，如，促进学生新旧知识连接的内容、激发学生思维或进一步唤起学生求知欲望的内容、学生苦思而未解的疑问等等;哪些是可以由学生尝试探究完成的，如有可能由学生自主探究完成的，就一定要放手让学生去做。但是，实践发现，学生的探究往往受阻，而学生受阻的原因也是五花八门的，有些也是教师从未遇到过的新问题。所以在组织学生实施科学探究之前，教师务必要事先进行探究体验，体会学生探究时的感觉。这样既便于指导，也有利于发现新问题。组织学生进行探究活动时，由于有一定的经验，指导有针对性，学生的科学探究就可以进行得更有效了。
3.交流合作，评价结果，激发探究热情。
物理课的特点决定了大多数的探究活动都需要合作完成。例如，在探究物体运动速度变化的活动中，要由小组内成员合作完成安装、测量、记录、数据处理等工作，小组里任何不和谐行为的都会影响到探究活动的完成。由于探究的结果是大家的，每个同学都会在尽量做好自己的任务的同时关心其他同学的任务。在评价结果时，学生不仅要条理清晰地表达自己的观点，还要对自己或他人的观点做出简单的评述。由于大家是平等的关系，都愿意听取他人的意见，相互取长补短，最终实现思维碰撞，发现物理概念的本质。肯定的评价，可以引发学生探究的乐趣，激发探究热情。
4.揭示本质，抽象升华，建构科学概念。
要使学生形成概念，就必须使学生理解概念的本质。直观材料是形成概念的基础，但概念不能从直观材料中直接得出，必须通过学生的思维才能把感性认识升华到理性认识。为实现认识的飞跃，就必须启动学生的思维。在揭示概念本质时，可以引导学生通过比较、分析、综合、抽象、概括、判断、归纳等思维活动，使学生达成建构科学的概念。
四、建设智慧校园，大数据提供自主探究资料
建设智慧校园，提供学生自主网络探究平台。网络探究平台的核心是智慧校园网上的网络资源库。网络资源库内有：多媒体素材库、网络课件库、教学资料库、智能题库、虚拟实验室。网络资源库的建立为自主网络探究提供了资源保证。教学软件均镜像在光盘镜像服务器上，学生在课外时间可自由地从网络资源库中打开自己需要的教学软件内容进行补充学习。此外，学生还可从web服务器上的教学资料库中获取教学资料，学生也可在教师的指导下，在教室从因特网获取自己需要的学习资料，或者在因特网得到其他重点中学老师的指点。
另外，学生往往以为自己能复述定义就算理解物理概念了，因此，在建立概念后应及时进行有针对性的练习，通过组建的智慧校园网络，利用云数据，编置不同问题情境中的概念练习或信息，让学生在运用概念中发现对概念理解的偏差，从而对概念的理解进一步得到加深、巩固和发展，最终有效建构物理概念体系。