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科学探究

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科学探究上海市兴陇中学李岚
一、主题与背景《上海市初中科学课程标准》中指出关注学生体验、感悟和实践的过程,通过学习情景的创设,实践环节的开发和学习渠道的拓宽,丰富学生的经历和经验、改变学生的学习方式,实现知识传承,能力发展,态度与价值观的形成的统一.对科学学科来说,与学习知识同等重要的是科学素养的培养,让学生能够对生活中感兴趣的事物提出问题,并尝试通过探究找寻答案.
情景问题探究教学模式是一种学科渗透研究性学习的教学模式.它以建构主义学习理论为依据,强调围绕解决问题开展教学活动,而解决问题的主体是学生.在教师创设的贯穿于问题解决过程始终的情景中、学生通过亲身参与发现,探究,解决问题的过程,主动构建包含在问题中的知识及科学探究的基本技能与方法,促进学生探究能力的发展和科学素养的提高.
科学探究是《新综合科学》的入门课.教材简单,抽象地介绍了学习科学的基本方法观察,假设,实践,以及科学家进行探究的基本过程,为教师教学行为的再创造提供了空间.它既要让学生认识科学探究的基本过程,初步学习控制实验条件这种科学方法,又要激发起学生学习科学的热情、为两年的学习设立一个好的起点.情景问题探究教学模式能够让学生在探究实践中认识什么是科学,建构有关于科学探究的知识与技能,是一种理想的学习方法.据此,我们设计了教学环节,并进行了一次有益的尝试:
二、案例描述
教学环节1:创设情景游戏纸桥老师在教学活动一开始宣布要进行一个游戏纸桥,为保障游戏公正性,同时告之学生游戏规则:以小组为参赛单位;以木块为桥墩,桥墩间距固定(参考间距为15厘米);以一张纸做桥面;饼干为承载物,成功承载的饼干即为奖品.学生们神情兴奋,一个个都跃跃欲试.老师一声令下,每个小组在简短商讨后迅速放置好桥墩,铺设桥面.所有小组都选择了铅画纸、而不是打印纸、大多数小组将纸张弯曲成拱型置于两个桥墩之间,而后将饼干小心翼翼地放在桥上,一包、两包、三包、甚至四包.(成功的小组欢呼雀跃后设想第二种方法,失败的小组重新尝试)老师静静地观察着各小组的情况,向获得成功的小组表示祝贺、鼓励暂时失败的小组不要气馁.数分钟后,老师击掌结束游戏,请成功建桥且方法最多的小组介绍他们的做法,(全体同学鼓掌表示祝贺)而后请没有获得成功的小组寻找可能的失败原因.(全体同学也鼓掌表示鼓励)
教学环节2:发现问题纸张的哪些因素影响纸桥的承载能力老师在前一环节中发现几乎每个小组都以拱桥设计获得了成功,于是肯定地说:物理学证实拱型桥面可以大大增加桥的载重力.但又以演示法设立了一个新的情景:架两个桥墩距相等的拱桥,一个使用所有小组都选用的铅画纸、另一个使用大家都没有选用的打印纸.(学生们全神贯注于演示实验、有学生小声推测实验结果)正如学生所料,铅画纸桥轻而易举地承载一包饼干,而打印纸桥却中看不中用地败下阵来.学生纷纷解释原因,打印纸比铅画纸薄,两种纸的质地不同等、老师不失时机地追问通过对这个实验的观察和思考、你们的大脑是否产生了问题呢(略停顿,学生没有回答、继续启发)影响桥载重力的因素有许多,比如桥墩的间距或数量,桥的形状等、但除此以外,桥面本身是否也存在一些因素影响了纸桥的承载能力呢(学生们点头表示认同、说明脑中已产生想法,但需经过逻辑思维和语言组织)能否将你脑中的想法整理成一个问题呢一学生答到纸张有哪些因素会影响纸桥的载重能力.以游戏情景为基础提炼问题情景,在分析问题情景的过程中问题被发掘纸张的哪些因素影响纸桥的承载能力.
教学环节3:实施探究纸张的厚度纸张是否折叠会影响承载能力问题确定后老师请学生猜测可能的因素,厚度,宽度,长度,面积,硬度,材质,是否折叠等因素被学生一一提出.(学生们思维活跃)老师及时将学生的想法书写于黑板上,(这是尊重学生思维成果的表现,既可以激励学生继续参与学习活动,又为下一步的分析提供相应的文字)而后老师告诉学生:纸张的载重力可能会随着这些因素的变化而变化,在实验研究中我们把它们称为变量,从而成功引出变量这个物理学名称.同时指出由于时间和条件的限制,课堂中选择厚度和是否折叠两个因素展开探究,并为这两个因素分配探究的小组.学生表示同意,但此时他们并不了解真正意义的探究,于是老师以工作单为载体,引导学生提出假设,设计探究步骤.在简要介绍工作单的填写要求后,各小组在形成假设地基础上开始探究的下一步制定计划.学生们积极参与小组内的讨论、认真设计探究步骤.老师参与小组讨论、发现计划合理时及时肯定,发现计划有缺陷的提出疑问,引导学生发现问题修改计划.一段时间后,老师组织计划的交流、要求学生们能够认真聆听同学的计划,学习其他小组长处的同时也能发现问题,帮助他组完善探究计划.(明确交流计划时的要求很重要、让学生学会尊重他人、养成仔细倾听,大胆质疑的习惯,有意识地提高科学素养)
小组交流:假设纸张的厚度会影响承载能力将桥墩(木块)间距设置为12厘米.选择实验所需的纸张(在空格中打√)ABCDEF长26cm宽9cm的铅画纸1张长26cm宽9cm的铅画纸2张长26cm宽9cm的铅画纸5张长26cm宽5cm的铅画纸2张长26cm宽9cm的打印纸1张长26cm宽9cm的打印纸2张
√
3.将5张铅画纸叠在一起平放于桥墩上,测量所承载的饼干数;将1张打印纸平放于桥墩上,测量所承载的饼干数,比较两者.
当这个小组陈述完计划后,其他小组马上提出了异议:5张铅画纸和1张打印纸不仅厚度不同、材质也不同、你们怎么确定实验结果真是一句话点醒梦中人、一针见血的语言直指小组甲计划的要害没有控制实验的相关条件.(学生真正落实了老师的要求,通过学生之间的交流实现知识和技能的学习)此时,老师再指出控制实验条件即控制变量法是一种重要的科学方法,它可以保障探究结果的准确性,要求小组甲重新选择探究用的纸张:A和C.并调整步骤3:将1张铅画纸平放于桥墩上,测量所承载的饼干数;将5张铅画纸叠在一起平放于桥墩上,测量所承载的饼干数,比较两者.
另一个假设折叠会影响承载能力的小组提出、将1张铅画纸平放于桥墩上和1张铅画纸纵向折叠展开后放于桥墩上,测量比较所承载的饼干数,而后用2张打印纸重复上述试验.这个出乎老师意料之外的设计得到其他小组的一致认可,于是老师进一步引导学生思考该计划的优点用铅画纸和打印纸分别探究折叠是否会影响纸张的承载能力、使探究更具科学性.(此处及时发现学生的闪光点、加以肯定与引导,极易使学生通过仿效学会科学方法)
计划交流后各小组取长补短修改完善,而后进入实践阶段.由于完善的设计,这一过程非常顺利.学生们认真观察,准确记录,仔细分析,得出各自的结论:纸张的厚度和折叠都会影响承载能力.交流结果时,有一个探究折叠因素的小组用铅画纸和打印纸分别折叠后实施了探究,得出折叠会影响纸张的承载能力的结论.这个小组的结论又一次引起了其他小组的质疑,学生指出这个探究的结论应该是材质会影响纸张的承载能力、而不是折叠.(学生间这种有益的讨论、再一次通过生生互动的形式,实现了知识的主动构建、技能的主动发展)
教学环节4:理论提升认识科学探究的基本过程学生实施探究并取得了满意的结果,但对探究的过程可能还不太明了.老师引导学生通过回顾以文字形式梳理整个过程,认识探究的基本步骤.(由于整个过程是学生亲身经历的,归纳时非常顺利)然而活动仅仅是体验、学生的探究是否属于科学探究的范畴呢老师用多媒体手段,以小故事形式讲述了科学家海尔蒙特的探究过程.在聆听故事后,学生发现自己不知不觉中和科学家做着同样的事情、欣喜之余增强了学习科学的自信心.老师又不失时机地提醒学生寻找与科学家的差距、学生指出海尔蒙特善于观察身边的事物,能从看似很普通的事中发现问题,海尔蒙特用五年时间做一个实验、这种坚忍不拔的精神是我们应该学习的.(引导学生领悟实事求是的科学态度和坚持不懈的科学品质是保障科学探究深入进行的前提,从而有目的地发展思想道德品质,体现科学教育的人文精神)
三、教学反思
1.关于情景情景问题探究教学模式中、教师的情景创设为学生问题的引发作铺垫、目的是为刺激学生的参与和投入.创设的情景应具有以下特点:第一、情景的创设不仅在于激发兴趣,创设氛围,更在于激活思维,培养问题意识;第二、在探究的过程中、情景的作用必须贯穿始终,不可引导过就弃之不顾;第三、情景必须有利于学生抓住问题的关键,情景中既包含有学生的已有知识,又应该包含所要学习的知识,情景引发的问题是新旧知识之间冲突所产生的.案例中以游戏作为情景,因为游戏是学生喜闻乐见的活动形式,而在许多游戏中往往隐含了学生不了解的科学问题,可以作为科学探究的良好载体.但由于纸桥游戏情景还不能使学生发现问题,故而老师在游戏中提炼了另一个情景,以演示法呈现给学生,将情景简约化,引导学生抽丝剥茧.游戏为探究提供了一个情景,游戏中隐含着的问题,通过游戏成功经验的交流被发现,从而引出探究的问题影响纸张载重能力是因素有哪些.
2.关于问题情景问题探究教学模式中、问题是探究的开端,问题的存在可以激发学生的求知欲和探索欲,为探究活动的开展和创造性思维的启动提供动力.同时,问题又是教学的主线,问题存在于整个教学活动中、教学活动围绕发现问题,提出问题,确定问题,解决问题等一系列过程展开.案例中问题影响纸张载重能力是因素有哪些由交流和老师引导学生分析而被发现,通过学生逻辑思维,语言组织后被提出、经过猜测,筛选后形成假设纸张的厚度,折叠会影响承载能力.
3.关于探究情景问题探究教学模式中、探究基于情景,始于问题,探究既是知识的学习过程,也是重要的学习内容.学生在具体探究知识的过程中、学习科学探究的方法,发展科学探究的能力、形成探究精神,协作精神,养成实事求是的科学探度,提高科学素养.教师对探究活动的开展需要提供一定的保障:第一、提供充足的探究时间和小组合作的空间,使学生能探究;第二、及时提供必要的指导,使学生会探究;第三、体验成功,使学生乐于探究.案例中老师采取六人一组的小组合作学习方式,为每位学生表达想法提供空间.探究中老师巡视于小组间,参与学生讨论、及时提出一些问题,帮助学生发现缺陷.小组交流后,以全体鼓掌的方式向成功的小组表示祝贺、让学生体验成功的乐趣,而对于存在问题的小组同样报以掌声,表示鼓励.
美国权威的研究性学习教材《科学探索者》指出、也许你没有意识到,其实你每天都在像科学家一样思考.当你提出一个问题,并去寻找各种可能的答案时,会用到许多许多科学家们也在使用的技能.我们的科学教学不也正是如此吗形成假设游戏纸桥问题情景交流经验发现问题探究制定计划收集处理信息表达交流案例一

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