建構學生科學的探究過程

今天的科學教育充分調動學生的好奇心，鼓勵他們猜想、提問、探索，以建構他們自己的結論，其重點強調探索、發現，并在教師的指導下，根據個人的興趣、需求和已有的背景經驗，通過“做科學”的方式來進行科學學習。從對自己感興趣的問題到操作自己設計的活動來尋找問題的答案，這一探究過程成為了我們當今科學學習的標志。那么，我們如何來建構學生對這一科學探究過程的理解呢?

思考一：“動手做”就足夠了嗎?

如“磁鐵”的研究，恐怕很多學生在幼兒園的時候就開始玩“磁鐵”了，而且玩得很有興致，但這種操作能否構成一個建構性的活動呢?如果在他們的頭腦中沒有產生對“磁鐵”性質有意義的建構，那么它就不能成為一個科學的探究，因為建構主義重視的是孩子們頭腦中進行的活動，并不是他們手上進行的操作。也就是說，有意義的“動手做”必定是一種由問題驅動，并在學生接觸材料和使用材料的過程中，對問題進行有意義的探究，在自己的頭腦中建構新的概念的一種活動。

思考二：注重做的“過程”還是“內容”?

對于建構主義而言，“過程”和“內容”之間的區別是人為賦予的，因為學生知識的建構既包括內容也包括過程。對內容的理解是探究過程的自然結果，如果內容的學習沒有根植于有意義的情景過程，那么對于學生知識的建構是不適宜的。如“溶解”概念的學習，假如沒有讓學生經歷觀察物質溶解的過程：顆粒逐漸變小，直至看不見；均勻分布；不會沉降，不能用過濾的方法分離；那么對于學生學習“溶解”概念來說是毫無意義的。所以我們認為過程是為建構知識提供有意義的情景，內容是過程實現知識建構的必然結果，兩者密不可分，缺少了一樣都不能成為有意義的知識建構。

思考三：學生需要建構怎樣的科學探究過程?

1 基本的科學過程是什么?

根據許多研究者的觀點，他們把觀察、分類、交流、測量、預測和推測這6個過程稱為基本的科學過程，它們是所有科學調查研究的基本組成部分。

2 如何讓學生建構這些基本的科學過程?

理解、掌握這六個基本的科學過程唯一的辦法就是親手做。因此，我們必須建構課堂活動，通過活動，讓學生參與進來，在積極的參與過程中，來達成我們的教育目標。我們現使用的《科學》教材，也體現這種以活動為導向的新理念，如三年級上冊安排的一系列探究主題，圍繞的一個中心過程就是“觀察”，當然還包括分類、交流、測量等其他基本科學過程，因為過程能力之間是相互聯系的，我們不必以割裂的方式來教授它們，但是如果想讓學生像科學家一樣以“做科學”的方式來學習科學，那么他們就必須熟練掌握各種科學過程。因此我們在設計每一堂科學活動時首先應制定出一個或幾個集中的過程學習目標，以便學生能夠有重點地來學習掌握這些科學過程。如三年級上冊“淀粉的蹤跡”一課的第一教時中，我們設計的過程導向目標為：(1)對淀粉和滑石粉進行觀察，辨別它們的不同點，并能在班里交流自己的發現；(2)對不同食物進行是否含有淀粉的預測和驗證；(3)根據實驗發現，推斷未做實驗的淀粉與滑石粉混合物滴碘酒后的顏色情況，并說出理由。在這個過程導向的目標中，我們明確了本課中學生經歷的科學過程為觀察、交流、預測和推斷。其次，應注意教學設計中對目標的落實。也就是設計活動要與目標產生對應關系。在本課中我們針對目標設計了如下幾個活動：

①觀察未標明名稱的白粉1和白粉2(淀粉和滑石粉)。

②推斷未做實驗混合物的顏色(學生自選實驗3個，剩余讓學生進行推測)。

③對不同食物進行是否含有淀粉的預測和驗證。

其三，應注意在教學活動中對目標的落實。如果活動游離在目標之外，那么就是為活動而活動，從而也就失去了教學的價值。所以活動一定要把教學目標統一其中，明確活動設計的目的性，對目標的達成應有評價、反饋、調控的過程。如對不同食物進行是否含有淀粉的預測和驗證活動中，應先讓學生填好預測表再分發食物進行驗證。

上述6種科學基本過程是學生參與科學探究的基礎，我們在進行教學設計時，應多注意這些基本能力的目標設計，讓學生在親歷的過程中促進日益復雜的過程能力的發展，幫助他們掌握這些能力。

3 擁有基本的科學探究過程夠了嗎?

所有的科學探究都依賴于探究者仔細、準確、恰當地實施這些基本科學過程，探究質量的好壞依賴于這些過程能力的掌握程度。但是當我們面對一些較為復雜的問題情景時，這些基本的過程能力還不能完整地支持科學探究活動的開展，我們還必須使用“綜合的”的科學過程。它包括：識別和控制變量：形成和驗證假設；下操作定義；解釋數據；實驗；建立模型。

4 如何建構“綜合的”科學過程?

在《科學標準》的科學探究內容部分我們可以看到對上述綜合科學過程的內容解釋，其中像形成和驗證假設、解釋數據表述得較為具體，有些則較為籠統，沒有給出具體的過程方法，下面就此來談談對這些“綜合”科學過程的建構。

(1)識別和控制變量。在一些對比實驗中，我們常會列舉出相同條件和不同條件，其實這些相同條件和不同條件就是實驗中的變量，是會影響實驗科學性的條件，我們在動手實驗之前應該先把它們找出來，再從中選擇一個變量作為觀察對象，并將其他變量保持不變，這個過程就是識別和控制變量。一個實驗是否具有科學性，識別和控制變量具有至關重要的作用。所以在實驗之前，應明確讓學生經歷這個過程，而不是全起材料就來做，要讓學生養成先思后做的習慣。

(2)下操作定義。下操作定義是一種能讓我們準確地表述某事物含義的科學過程。我們用可見或可測量的方式來給不能直接觀察或測量的變量下定義，通過這種方式，能使我們的研究保持前后一致，并能與他人準確地交流。如在研究“沉與浮”的活動中，因為物體在水中會呈現多種不同的狀態：有的沉到水底；有的在水中；有的浮出水面，但露出水面的部分不同。那么什么是“沉”什么是“浮”，這就需要給這些現象下操作定義，統一概念。還有研究“磁力大小”，我們肉眼看不見磁力，用什么來衡量磁力大小呢?這也需要我們給它們下定義：如用吸起回形針的數目來表示磁力，或者以磁鐵吸引回形針的距離來定義磁力的大小等。這樣，就使我們在研究的過程中能夠保持一致，并能在他人理解的基礎上準確地進行交流。

(3)實驗。想象一下，在沒有準確建構“實驗”的科學過程之前，學生頭腦中的實驗概念是什么呢?也許就是一個很模糊的動手操作實驗材料。其實，實驗是一個最綜合的科學過程，它包括：準備實驗所需的材料；制定如何逐步操作實驗的變量的計劃；形成假設或嘗試性的猜測；收集哪些數據、采取什么方法收集數據；最后才是動手操作實驗，如果發現實驗中有些地方與設想不同則還需調整改進。這個過程才是“實驗”的科學過程。所以我們在教學中應盡量讓學生經歷這樣的一個過程，而不是糊里糊涂地操作實驗材料。

較之一些基本的科學過程，體驗這些綜合科學過程需要更有深度和更成熟的思維水平，我們應該根據學生的年齡特征恰當地讓他們在實踐中運用這些過程能力。

總之，在科學教育的過程中，對建構學生科學的探究過程，我們認為應遵循兩條基本原則：第一“動手做”；第二“先思后做”。“思”是建構學生對科學過程的理解，“做”是發展學生對科學過程的運用能力。只有把兩者緊密地結合起來，我們才能真正建構出學生科學的探究過程，從而引導學生像科學家那樣去探索未知的科學世界。