青少年科普 当前位置:首页 / 青少年科普
激发探究
作者: 来源: 日期:2012-03-17

  探究式学习是本轮基础教育课程改革中倡导的学习方式。探究式科学教育通过学生自己动手和动脑的活动,促进学生对知识的理解,是确保学生能学得最好的学习方式。探究式科学教育的实施基于这样的认识:即只有当学生在切身经验的基础上进行思维时,他们才能真正地而非在表面上理解科学概念。在课堂教学上,这些经验包括对材料和现象的直接观察;从书籍、专家、互联网等处获取知识;与别人讨论来共享、解释、辩论信息。这种学习有助于学生发展和应用他们观察到的现象,提出研究问题,计划和实施研究,审阅已有文献资料,得出结论和交流,讨论结果等各种能力。在小学科学教育中,探究是在教师引导下,以学生为中心的科学学习活动。探究的一个重要特点是,利用从观察现象中获得的证据得出最好的解释,即该解释与获得的数据最为吻合。探究意味着学生主动参与发现问题和解决问题,发展探究技能,而不是被动地接受科学概念。

  科学探究的不同层次[1]

  根据科学探究活动的不同类型和深入程度,探究可分为不同的层次:

  验证性探究:学生验证之前学过的内容。

  结构化探究:为学生提供问题和过程,学生通过自己收集数据得出结论。

  引导性探究:为学生提供问题,但要求学生自己制订研究计划,收集组织数据,得出基于实证的结论。

  开放式探究:学生自己提出问题,制订研究计划,收集和组织数据,并得出基于实证的结论。

  要达到开放式探究的层次,学生首先需要掌握一些科学的方法和技能,包括提出问题,制订研究计划,使用工具和收集数据的方法,形成基于实证的结论等。每个更高一级的探究层次都要求学生更多地提高和更好地掌握技能。

  同时,也不是所有活动都适用于引导性探究和开放性探究。需要根据探究的问题、实验情况,以及学生状况来判断和决定。引导性探究活动不仅要求学生自己收集数据,得出基于实证的结论,而且还要求学生自己制订研究计划。并不是每个活动都适合从结构化探究转化为引导性探究。教师在进行这一转化时,需要考虑以下两个问题:

  针对要研究的问题,学生具备制订研究方案的背景知识吗?

  是否可以用多种方法研究这个问题?

  如果这两个问题的回答是肯定的,那么该实验就适合从结构性探究转化为引导性探究。教师可以删除指导中的实验过程、数据表格、图表等,给学生提供探究的问题和可能找到的实验材料,引导学生思考变量,给学生提供充分的时间讨论,用启发性的问题引导学生思考,对学生的回答做出客观的回应等。这样就可以增加探究的深度和难度,也就能提高学生探究的深度,更利于概念的理解和能力的培养。

  科学探究的要素

  无论实施哪一层次的探究,科学教师都必须对科学本质有一个正确的认知和理解,包括科学中认为每一种自然现象都存在着导致这种现象的原因和规律;科学家通过观察、实验、逻辑推理和创造性想象来获取当时认为最正确的解释——科学知识。然而,在寻求因果关系时并不存在单一的科学方法,科学研究永远不会终止,科学总是在不断修正中进步。大部分的科学研究需要使用一定的工具、设备和手段来进行观察和测量,以获取证据实证。即使是得到同样精确的数据,科学家运用逻辑思维也会建立不同的模型,并得出不同的结论。因此科学家需要发表他们的研究结果,进行交流,接受同行评议和实践检验,形成共识。

  因而,科学探究并不是一个固定模式的顺序过程,而是一个能动的、多样的、多层面的、循环发展的过程。科学探究一般包括提出和聚焦问题,设计研究方案,收集和获取证据,分析数据、得出结论,表达与交流五个重要的要素。

  通常,我们可以将提出和聚焦问题作为一轮科学探究的开始。教师将学生引入情境,从学生已有概念出发,逐步聚焦话题,由教师或在教师引导下由学生提出适合探究的问题。一个好的探究问题,应当是从学生的生活出发,能够引起学生兴趣,并能最终指向某些科学概念的。例如,在关于简单机械的课题中,“怎样借助一块木板将一个大人搬离地面”这个问题既能引起学生的探究热情,又可以引导他们主动寻求杠杆的作用和原理,探索杠杆省力和费力的规律。

  有时,为了挖掘学生的前概念,在得到探究问题之后,教师需要请学生对问题的答案进行预测,并记录下来。这可能促使学生在探究过程中产生认知冲突,从而有助于他们对科学概念进行修正。预测还可以帮助学生明确实验目标,从验证预测的角度设计实验方案,这样的预测本身也是探究问题的具体化,是进一步聚焦问题。例如,当学生提出“是什么因素影响植物生长”这个问题后,教师可以让学生根据自己的想法进行预测,还可以说一说各种因素对植物有什么影响效果,并据此设计验证实验。当然,并不是所有的探究问题都需要预测。例如,对于“找找身边有哪些植物种类”这样的探究活动,预测的意义就不是很明显。

  寻求实证(收集和获取证据),是探究过程必不可少的环节。在这个环节中,学生自己进行调查研究从而发展对科学概念的理解。从具体的探究问题出发,学生为了能收集证据解决问题,就需要对证据问题的具体需求制订计划、实施计划和收集信息,并对收集到的证据进行处理和得出结论。寻求实证的方法很多,学生可以自己设计和动手做实验,也可以通过书籍、期刊、互联网或其他人获得解决问题的信息[2,3]。在着手收集实证之前,学生必须做好寻求实证的计划,例如实验设计或查阅资料的途径。许多探究活动是以小组为单位进行的,所以学生还应当做好小组分工。在实施计划的过程中,学生会得到许多信息,需要处理这些信息,才能得出解答或解决探究问题的结论。

  表达与交流也是科学探究的一个要素。在交流结论的环节,学生通过语言、文字、图表等各种形式向他人展示实验过程,说明结论,并进行交谈和辩论。这可以促使学生思考探究过程的完整性和结论的正确性,加深对科学概念的理解,也能够激发出新的探究问题,开始一个新的探究单元。在这一环节,教师要注意让学生充分表达他们的不同意见,最后全班要形成明确结论,并尽可能用科学的语言进行表述。

  探究是一个灵活的科学学习的过程,其步骤不是僵化的。探究过程是组织学生学习的主干,但不是所有知识都以探究为教学方式[4]。教师的某些讲授常常会伴随在探究的过程中。有时教师需要告诉学生仪器的使用方法,有时需要扩充一些知识。但这些讲授是在探究的过程中自然产生的,是探究的需要,而不是孤立的灌输。

  探究不是学生独立完成的,需要教师有目的的引导,但这种引导并不是指将每个实验步骤都完整呈现出来,而是使学生主动思考问题和寻求科学答案。例如,在学生寻求实证的过程中,当学生不能独立完成这些工作时,教师应当以提问的方式引发学生思考。在制订寻求实证的计划时,教师可以询问“我们首先需要做什么”“应该记录什么”“需要哪些工具”“我们怎样分工”;在执行计划时,教师可以询问“这种现象是不是也应该记录下来”“我们做好了每一个细节吗”;在处理信息和得出结论时,教师可以询问“这两种现象有什么关联”“是不是用图表可以让我们更清楚地发现规律”“这些数据支持我们的预测吗”。

  探究式科学教育课堂案例

  课题:让乒乓球落得慢一些[5]

  这是研究物体运动的一个探究活动,通过让学生解决“怎样让乒乓球落得慢一些”,逐步建构“空气的阻力可以减缓物体下落的速度”这一概念。其中包括了预测、实验设计、实验方法讨论、收集证据、分析结论等环节,是一个引导性的探究活动。

  活动过程:

  1. 设置情境,引出问题

  教师松手使一个乒乓球落下,提问:你可以使它落得慢些吗?

  2. 让学生根据已有生活经验进行假设

  教师要求学生联系生活经验,将想到的方法画在记录本上(学生想到的方法有:做个降落伞绑住乒乓球、把乒乓球挂在气球下面、给乒乓球粘上羽毛等)。

  3. 交流假设

  学生展示假设草图,向全班介绍自己的设想并征询别人的意见。教师要求学生说明是怎么想到这个办法的。

  4. 改进实验设计

  学生在全班讨论的基础上,完善自己的假设,并制订实验计划,考虑实验所需材料。

  5. 进行实验,验证假设

  学生根据上节课的实验设计进行实验,教师巡视,发现学生实验过程中出现的问题。如果某些问题只出现在个别学生中,教师可单独指导,但如果某些问题普遍存在,教师则应该组织全班讨论进行指导。

  6. 讨论实验中的问题

  教师组织学生交流实验过程中遇到的问题,学生改进实验方案。

  7. 再次进行实验,收集证据

  用改进的实验方案继续进行实验验证,做好实验记录

  8. 交流实验结果

  全班交流实验结果,分析乒乓球下落变慢的原因,初步了解物体下落速度与空气阻力有关。

  9. 记录实验结论

  全班集体记录实验结论,学生个人记录实验的发现及收获。

  引导性探究活动通常需要教师通过启发性的问题引导学生进行思考,如上述案例中,教师在引导过程中的关键问题包括:

  你可以使它落得慢些吗?

  你有哪些方法可以让它落得慢些?为什么?

  你需要哪些材料和工具?你打算怎样做实验?

  你需要记录什么数据?你的实验说明了什么?

  教学时可通过这些关键问题激发学生的探究兴趣,引导学生的思考,促使学生一步步完成整个探究活动,达成对科学概念的建构和对探究能力的培养。

http://kx.jdz.gov.cn/kjqy/201203/t20120317_130524.htm