基礎教育中科學探究教學的實施

[摘 要] 科學探究教學實質上是一種模擬性的科學研究活動。它不直接把構成教學目標的有關概念和認知策略告訴學生，而是創造一種智力和社會交往環境，讓學生通過探索，發現有利于開展這種探索的學科內容要素和認知策略。科學探究教學的實施可以從七個方面著手進行：情境設計、探究性提問、探究性討論、探究性演示、模擬歷史題材的科學辯論活動、探究性實驗、信息技術對科學探究教學的支持。

[關鍵詞] 科學探究教學；教學實施；教學活動

[中圖分類號] G420 [文獻標識碼] A [文章編號] 1672-1128（2008）08-0085-05

科學作為一種知識體系，是科學研究活動的結果。為了掌握科學知識與技能，領悟科學的本質，學會科學的方法，養成良好的科學態度，發展科學探究能力，更好地促進科學和社會的發展，人們設想教學也可以采用科學研究的形式來進行，于是便有了科學探究教學的研究和實踐。科學探究教學實質上是一種模擬性的科學研究活動。它不直接把構成教學目標的有關概念和認知策略告訴學生，而是創造一種智力和社會交往環境，讓學生通過探索，發現有利于開展這種探索的學科內容要素和認知策略。這種教學的基本原則是：由學生親自制定獲取知識的計劃，使學科內容有更強的內在聯系，更容易理解；教學任務有利于激發學生內在動機，學生認知策略自然獲得發展。同時，在這個過程中學生還認識到能力和知識是可變的，從而把學習過程看作是發展的，認識到學習既要以現有的學習方法為基礎，又要對其不斷地加以改進。科學探究教學理論要轉化為教學實踐，須解決好科學探究教學的實施問題。科學探究教學是一個復雜的過程，涉及眾多因素，需要通過諸如情境設計、提問、討論、演示、實驗、科學辯論活動和利用信息技術支持等途徑來完成。

一、情境設計

建構主義理論認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，在獲取知識的過程中，借助他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構方式而獲得的。探究教學以解決問題的形式出現，因此在有意義的探究教學中，教師首先就必須把學生要學習的內容巧妙地轉化為問題情境。創設科學探究教學活動情境的策略為：（１）針對一定的教學目標，力求使探究活動始于真實或接近學生所處的真實環境（自然、生活和社會環境）；（２）情境中隱藏著可能被學生發現的問題，給學生發現問題和提出質疑的機會，同時還要使問題的難易程度適合全班同學的實際水平，以保證大多數學生在課堂上都處于思維活躍狀態；（３）問題的情境設計和表述要有新穎性、奇特性、生動性、綜合性、實踐性和可探究性，以使問題有吸引學生的力量，從而產生積極的情感體驗；（４）關注情境中“協商”過程的設計，協商有“自我協商”與“相互協商”，在此基礎上再將兩種協商結合起來，就能達到有效的會話和協作；（５）關注信息技術資源的應用。

案例：《物質的比熱容》教學的問題情境設計

用多媒體在屏幕上顯示一個情境。暑假時，小明和小華去海邊玩耍。中午，他們赤腳走在海邊的沙灘上，覺得沙子很熱，當他們跳進海里時，覺得海水很涼。傍晚，他們又去海邊，卻發現沙子變涼了而海水卻很溫暖。

為什么海水和沙子在同一時刻的溫度不一樣？由創設的情境提出問題，很自然地就會激發學生猜測和思考。這是一種真實生活的情境，像海洋性氣候、大陸性氣候、不同時間赤腳漫步河濱和涉水時的感覺、稻田放入灌秧等都與物質的比熱容這個主題相關。從真實的情境切入教學的主題，學生就會感到興趣盎然。

問題意識會激發學生強烈的學習愿望，激發認識的沖動性和思維的活躍性，有利于開發學生的求異思維、發散思維和創造思維。創設一定的問題情境，使學生產生相應的問題意識，才能著手探索和解決問題。

二、探究性提問

探究性提問是一種有助于學生進行科學探究學習的重要方法。它能激發和維持學生主動探索學習，積極進行發散思維。亞里士多德曾說：“人的思想是從疑問開始的。”教師恰到好處的提問，可以揭露學生認識中的矛盾，引起學生探究知識的欲望，激發學生去積極思維，使學生情緒處于最佳狀態，有利于學生掌握知識，發展智力，培養能力。

案例：水污染的秘密

水力發電廠附近的河里，發現成千上萬的魚在非常短的時間內死亡，從表皮向外流血冒泡（通過計算機網絡或多媒體展示有關圖片）。死魚有斜齒鳊、河鱸和鯉魚。河水看上去并無異味和怪味，把水樣過濾后未發現有特別物質，表層也沒有浮游物。造成魚突然死亡的原因是什么？

教師引導學生進行異質分組，制訂探究計劃，并將有關資料制成課件，以圖表的形式提供，包括河水的離子濃度，河里常見魚可生存的最高溫度，河水的pH值，水中氧氣的溶解度曲線，河水每月最高溫度和氧氣溶解量，適合魚生存的氧氣濃度和溫度情況，等等。各小組討論發現魚的死亡與河水無關。那么是什么原因造成魚的死亡呢？科學探究進入高潮階段，假若學生能迅速建立新假設，與水壓有關，就可使探究進入下一階段。

在科學探究性提問的教學中，應注意以下幾點：（１）教師應設法讓更多的學生參與回答問題，或向全班學生提出難易適中的問題，或在某個學生回答之后讓其他學生發表不同看法或分享某種觀點，逐漸培養全體學生回答問題的興趣和能力；（２）教師的提問要始于發散式，終于聚合式，即用發散式提問鼓勵學生去積極思考、探究，用聚合式提問讓學生得出結論；（３）教師的提問應事先經過精心設計，探究各階段提出的問題，應是遞進式的、有層次的、有節奏的、前后銜接和逐步深化的；（４）教師的提問要對學生的探究活動起到指導或引導作用，指出大致的探究方向或從哪個方面去著手探究。

三、探究性討論

探究性討論是在教師的指導和幫助下，學生以異質分組的形式圍繞某個問題，各抒己見，大膽假設，合作交流，從而相互啟發，共同分析和解決問題的一種教學方法。小組成員以6～8人為宜，每組圍成一個圓圈，這樣既有利于每個成員發表自己的看法和聽取他人的意見，又有利于他們觀察各自的面部表情。探究性討論并不是一項孤立的活動，討論之前往往要先進行有關的演示或實驗，學生的座位應圍繞或靠近演示臺或實驗桌，以便學生對演示或實驗進行觀察，也方便學生自己動手或與教師進行配合。討論還應當安排在容易收集數據的地方，必要時應暫停討論，讓學生到圖書館、資料室收集所需數據，然后再回來討論。教師也應當在恰當的時候以提問的方式介入進去，集中學生的注意力，引導他們思考問題。還可聘請有關專家在旁指導，以便學生咨詢。

20世紀中期，探究性討論的一種特殊教學方式“誘導探究”在美國興起，這種探究活動要求學生像科學家那樣參與解決問題的過程。其活動過程為：（１）教師向學生呈現某個問題（這些問題可來源于雜志上所報道的實際科學研究）；（２）問學生將如何解決這些問題；（３）設計種種問題，為學生提供實驗、假設、記錄以及分析與綜合數據的機會；（４）設計出活動的步驟，并在不同階段插入額外的信息，以幫助學生逐步深入運用研究方法探究問題；（５）學生將自己設計的“探究方式”與實際科學過程作對比，以便進行評價。

案例：兔子也能制造沙漠嗎（多媒體演示）

澳洲本沒有兔子。一百多年前，幾個英國人帶了20多只兔子來到澳洲，兔子繁殖極快，不到20年就超過了5億只。它們啃光了澳洲南部的牧草，還剝食樹皮，致使樹木大量死亡。很快這些地區便出現了沙漠化的跡象。為阻止兔子向澳洲北部牧場擴張，人們架起了鐵絲網，挖掘了很深的殺兔阱。但幾分鐘內殺兔阱便被兔子填滿了，成千上萬只兔子越過“同胞”的尸體，繼續向北方牧場奔去，兔子所到之處，肥美的草原變成了沙漠。直到1950年，科學家才找到了讓兔子成百萬死亡的方法。兔子數量減少后，植物便慢慢恢復了生長。

請發表你的看法。你認為科學家找到了什么方法？你能否設計出方案來證實科學家的方法？以小組為單位，對方案的實驗結果進行討論。從這一事例中你領會到什么觀點？

教師引導學生討論并得出：一種生物的任何變化（如數量的增減）都會影響到與它相關的其他生物，因此，任何一種生物的存在都是有一定意義的。另外，教師可以補充生物的多樣性是地球生命支持系統的核心組成部分，它能為人類提供生存環境等內容，供學生課外討論。

四、探究性演示

所謂演示，是指教師根據課堂教學和學生學習的實際需要，恰當地運用形體、實物、標本、模型、圖畫、圖表、幻燈、投影、錄音、錄像、計算機等進行實際表演和示范，把事物的結構、形態、變化過程等內容展示模擬出來，給學生以直觀感性的認識，指導學生觀察、分析、總結和歸納的一種探究教學行為。演示有教師演示、師生共同演示和學生演示等幾種方式。

案例：《環境保護》教學的課堂演示

大屏幕上，車來車往川流不息。特寫：汽油車、柴油車、大汽車、小汽車。股股尾氣聚積在一起，造成污染，景物顯得模糊起來。交警在廢氣中指揮交通，幼兒在推車中咳嗽……教師再配以講解，學生便能很快地理解和記憶。

演示除了被用來展示某個事物或證實某個過程之外，還可被設計成實驗，而且實際上演示通常與實驗聯系在一起。在實驗課上，有些教師一改過去講實驗→演示實驗→學生照貓畫虎地做實驗的方法，而是先給學生進行演示，在演示過程中教師提出一些有關的問題，要求學生自己尋找答案。探究性演示能引起學生的探究，激發學生在已有知識的基礎上開展思考和分析，作出假設，學生對教師提出問題的回答也是一種有效的反饋活動，由此，教師能更好地了解學生對演示的理解程度，進而提出更加合適的問題，引導學生發現演示所包含的概念或原理。

演示法不僅能使學生獲得豐富、典型的感性材料，把間接知識與直接知識聯系起來，將抽象復雜的問題形象化、簡單化和可探究化，從而加深對知識的理解，而且課堂內容經過精心設計，還可以成為一條重要的探究途徑。

五、模擬歷史題材的科學辯論活動

案例：關于物體下落快慢的辯論

亞里士多德關于落體運動的觀點是“重快而輕慢”，他的觀點與常見的現象是相符合的，也就是說，有很多的事實證據支持他的觀點。伽利略用實驗和推理的方法駁斥了亞里士多德的觀念，指出重的物體和輕的物體都以相同的加速度下落。

究竟誰對誰錯，很難用幾句話來評說。用科學辯論的形式組織學生探究是一種很好的方式，辯論可以很好地調動學生的積極性，讓學生自主收集素材和證據，發展思維的靈活性，并鍛煉學生的口才，培養學生的小組協作精神。教師可將學生分為三組，第一組為“伽方”，支持伽利略的觀點，第二組為“亞方”，支持亞里士多德的觀點，第三組為裁判方，對參辯的雙方進行評價。要求參辯雙方，查閱有關資料，搜集有關證據，闡明自己的觀

點，進行辯說和演示，并尋求理論支持，在各自準備的基礎上，按表1填寫好辯論提綱，進行辯論。

讓學生自己來主持和評論，也是非常有益的。裁判方需要傾聽雙方的陳述，作出客觀和辯證的評價，既從歷史的角度、事物本質的角度，又從科學發展的角度來認識有關落體的問題，還要從雙方辯論中的精神、技巧、團隊合作情況等來作出評價。這對全體學生都是有教育意義的。

六、探究性實驗

所謂探究性實驗，是指在教師的指導下，學生圍繞某個問題獨自進行實驗，觀察現象，分析結果，從中發現科學概念或原理，以獲得知識，培養科學精神、科學態度和探究技能的一種教學方法。探究性實驗不同于科學家的研究，它是在教學活動這一特定的條件下，讓學生去體驗人類能動地認識客觀世界的經歷。探究性實驗不僅要讓學生意識到學習的結果，更著力于讓學生去主動發現問題、探求和解決問題，掌握知識的形成過程。

案例：哪一支蠟燭先熄滅

在學習物質性質時，教師向學生提出了一個問題：放在同一平面上的兩支蠟燭，一高一低，點燃后，用透明玻璃罩罩在蠟燭上，問哪一支蠟燭先熄滅。學生熱烈討論，有人認為長蠟燭先熄滅，有人認為短蠟燭先熄滅。然后學生動手做實驗，結果是長蠟燭先熄滅。教師引導學生解釋實驗結果：這里涉及氧氣、二氧化碳氣體的特性，推論出關鍵是看二氧化碳氣體是上升還是下降。查閱密度表，得知二氧化碳氣體密度較大，但蠟燭燃燒時產生的二氧化碳氣體的溫度比周圍空氣溫度高得多，根據熱氣體上升的原理，得出高的蠟燭先熄滅。由此學生認識到溫度會影響氣體的密度，密度是物體的特性而不是屬性。有學生提出另一個問題，玻璃罩的大小和蠟燭的高低程度是否影響問題答案？教師表揚了這位學生，請同學們在課后作進一步的探究和討論。

開展探究性實驗應注意以下幾點：（1）正確認識科學實驗本身是科學理論構建的探索過程和必要的組成部分，是學生獲得科學知識，培養探究意識和創新能力以及科學素養的有效途徑；（2）正確處理電腦模擬實驗與動手實驗的關系，如一些無法演示、難度較大或有危險、有污染的實驗，通過計算機模擬實驗能很好地處理這些問題，但親自動手做實驗所帶來的種種真實的情感和心理體驗，師生在實驗中以非語言形式進行的諸多思考和精神交流等，都是電腦模擬實驗所不具有的，我們應吸取二者的長處，以發揮探究實驗的最大功效；（3）重實驗結果更重實驗過程，實驗的探究性更多地指的是過程，強調學生在實驗過程中思考、動手，體驗實驗的成功和失敗，培養探究意識、科學精神和科學方法，而不是要取得多么重大的實驗結果；（4）實驗的任務和難度要適中，探究問題要選擇學生運用所學知識和已有能力經過努力能夠完成的，并且教師在指導學生選題的同時要給予及時的啟發和幫助。

七、信息技術對科學探究教學的支持

探究式教學要求課題要貼近生活，貼近自然。要遵循由自然到科學或由生活到科學再到社會的探究認知過程，這需要教師在學習中設置一定的情境，引導學生由生活、自然等出發去發現問題，激發學生探究和解決問題的興趣。信息技術創設的情境集文字、聲音、圖像、視頻、動畫等于一體，它能使抽象的模型具體化，復雜的結構簡單化，甚至能形象生動地營造虛擬現實，呈現栩栩如生的動物，場面恢弘的歷史場景，令人咋舌的未來構想等，這些情境設置可激發學生的求知欲和進一步探究的興趣。

案例：探究性課題“開發核能——是希望還是危險的決策？”

教師設置情境，用視頻展示出一幕驚心動魄的事件：1986年4月26日，原蘇聯切爾諾貝利核電站發生了核泄漏事故，猛烈的核爆炸震撼了這座城市，也使世界其他地方的人們驚恐萬分。面對這突發的核災難，人們開始反思，是否應當發展核力發電？教師引導學生通過互聯網檢索與課題相關的信息，如核電站爆炸的來龍去脈；國際社會對該事故的反應；核電站的工作原理是什么；核電站爆炸為什么會出現這樣的危險；如何綜合治理和利用核電站等。學生先分小組討論，然后集中發表自己的意見。通過人機交互、生生交互和師生交互等來交流與討論，教師在探究過程中進行跟蹤指導，引導學生正確認識科學與技術、技術與社會的互動關系，認識技術的雙刃性等。

網絡學習平臺可以實行對網站的動態管理，在服務器的終端適時記錄學生的相關信息，了解學生學習的全過程和課題的進度，還可以讓學生對探究過程和收獲進行自我評價以及同學互評，通過評價促進學生的發展。

由于教學目標、探究類型和內容的不同，應用信息技術的模式也是多樣化的。網絡技術與科學課程學習的整合，突出表現在網絡不是課程的全部，它起到的只是一種支撐作用。

通過實踐研究，人們認識到科學探究教學的實施相當復雜，涉及眾多因素，同時，也發現了它的一些不足之處，如教學進度緩慢、耗時，探究本身具有模糊性，難以實施，結果難以控制等，這些因素使得許多科學教師不大愿意采用探究教學方法。然而實踐表明，教師運用這些教學策略和方法，只要指導思想正確，教學精力和時間投入合理，方法運用得當，是可以大大促進學生的科學探究學習的。

教學是一項復雜的活動，科學探究教學更是如此。以上論述的教學方法只是為教師設計探究教學活動提供了大致的框架和思路，它也是在不斷變化、不斷完善的，還需要教師在探究教學理論的指導下，大膽創新，探索出豐富多彩、風格各異的科學探究教學的方法和手段。

參考文獻

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作者單位 湖南師范大學化學化工學院

（責任編輯 田欣欣）