基于問題解決建構科學知識的探索

摘要：科學的核心本質是探究，科學教學中應突出探究的學習方式。為此，我們提出“基于問題的解決建構科學知識”的教學模式，其主要過程包括：⑴創設情境、提出問題；⑵大膽猜想、作出假設；⑶觀察實驗、收集證據；⑷解決問題、尋找規律。

關鍵詞：問題解決；建構；知識；策略

建構主義學習理論的核心思路就是倡導基于問題解決的學習，以問題為中心組織和引導學生學習。科學的核心本質是探究，發展學生的科學素養離不開探究學習。通過問題解決來建構知識是所有探究性學習活動的重要特征。為此，我們提出“基于問題的解決來建構科學知識”的科學教學模式。

一、 創設情境、提出問題

1. 引導學生觀察提出問題

(1) 重現生活現象，提出問題。從日常生活和學生的身邊的現象引入，使學生感到科學就在身邊，激發學生學習科學的興趣。在教學《熔化與凝固》時，我演示了一支點燃的蠟燭去加熱另一支蠟燭，請一位學生用玻璃片幫助我在下面接住滴下來的“燭淚”（被加熱的蠟燭由固態變為“燭淚”滴在玻璃上，不久“燭淚”又變為固態），鼓勵學生將觀察到的現象進行交流，從而引出課題——熔化與凝固。緊接著引導其提出問題：“不同物質熔化和凝固的規律一樣嗎？”引入本節課探究的重點。

(2) 借助視頻（或掛圖），提出問題。通過介紹高新技術在社會中的運用來體現科學、技術、社會（STS）的相互滲透，這是深化科學教育的一個重要途徑。如在學習《科學在我們身邊》時，為了引入課題。我首先用視頻介紹上海世界上第一條投入商業試運行的磁懸浮列車，然后激勵學生提出問題，如“磁懸浮列車為何這樣快？”。

(3) 觀察自然現象，提出問題。科學是研究自然現象及其規律的一門學科。自然現象是科學研究和教學取之不盡的源泉。因此，在科學的教學中應盡可能多地鼓勵學生觀察和聯系自然現象。在學習《物態變化》時，可以讓學生觀察自然現象提出問題。如“擦在手臂上的酒精為什么不久就不見了？”“為何秋天的早上有露水？而寒冷的冬天的早上卻是霜？它們是怎么形成的？”接著投影我國的一道獨特的景觀——吉林霧凇，滲透美感教育的同時引導學生提出問題“霧凇是怎樣形成的？” 等。

2. 通過實驗導出問題

(1) 利用趣味實驗，提出問題。興趣是求知的向導，有趣的實驗現象能吸引學生的無意注意。例如，學習《實驗與觀察》時，我請一位學生將講臺上的雞蛋小心投入講臺桌上盛有白醋的大燒杯中，并讓全班學生觀察現象。提出了“雞蛋為什么會在燒杯底部不停晃動？”、“雞蛋表面為什么會有大量的氣泡？”、“雞蛋表面的氣泡和上升的氣泡都是什么氣體？”、“為什么雞蛋會不斷上升和下沉？”等，然后引出課題——觀察和實驗。這樣極大地激發了學生的求知欲，活躍了課堂的氣氛，對課堂的教學起到了事半功倍的效果。

(2) 根據實驗異常現象提出問題。激發學生的好奇心，關鍵在于使新信息的刺激出乎學生已有的“認知結構”。在學習《物質的構成》時，我請學生按以下步驟實驗：往玻璃管內注入清水（近半），再沿管壁緩緩注入酒精（與水的總體積約占玻璃管的4/5），標出酒精上表面的位置。用手指封住管口，將玻璃管反復顛倒幾次，使酒精和水充分混合。學生通過實驗后發現總體積變少了，他們迫不及待地提出“為什么酒精和水充分混合總體積會變少呢？”這樣的問題，從而非常自然地引入有關 “分子之間有間隔”的知識。

二、 大膽猜想、作出假設

科學的許多重大發現是與科學的假設和猜想分不開的。從經典力學到廣義相對論，從廣義相對論到量子力學，從大爆炸到黑洞，無不閃爍著科學家智慧的光芒。教師應教給學生像科學家那樣的探究科學的方法。因此，科學的猜想和假設不應從科學課的教學中被遺忘。

就算有時學生猜得很“離譜”也沒什么關系，沒有失敗哪來的成功？最關鍵的是讓學生在學習過程中培養其探究的意識和方法。能否提出一個有意義的科學問題并進行相應的猜想和假設是表現學生科學素養的一個重要方面，應該在科學的教學中對學生不斷地加以訓練。

三、 觀察實驗、收集證據

收集證據的主要途徑有觀察和實驗。只有通過觀察，學生才能感知自然事物，并在頭腦中形成各種自然事物的表象，再經過抽象概括，才能形成概念；只有通過實驗，學生才能探究出自然事物間固有的規律，從而獲取科學知識。

1. 通過觀察收集證據

觀察是學生學習科學的極其重要的方法，是進行科學研究最重要的環節。觀察力，本身就是最基本的科學素養之一。初中生（尤其是初一學生）對觀察對象的感知仍然是粗略、無序的。指導學生學會有序地觀察，才能提高觀察的層次性和深刻性，明確觀察的目的性。其主要包括：

(1) 由整體到部分的觀察。由于生物體具有明顯的結構層次，因此，觀察也應有層次性，這樣才能使認識與客觀事物和規律保持相一致。

(2) 由外到內的觀察。這類觀察，是了解事物內部構造的觀察方法，有必要采用“逐層深入”的方法進行。如為了探究“果實是由哪些部分組成的？”，我組織學生對我們經常食用的水果——李子、桃子的果實進行解剖——縱切或橫切，由外部深入到果實內部，然后請學生上臺進行展示，最后通過交流、討論，找到這兩種水果果實結構的共同特征——由果皮和種子兩部分構成。

(3) 有目的性地觀察。如為了探究“蚯蚓的生活環境和生活習性”，我組織了學生對蚯蚓進行有目的性的觀察。我首先讓學生（各小組）在課外尋找蚯蚓并確定需要了解的側面（問題），然后在課堂上同學們依據“蚯蚓有前端和后端嗎？” “蚯蚓靠什么運動？” “對光線有反應嗎？” “蚯蚓需要什么環境？”等問題進行仔細地觀察。

2. 通過實驗收集證據

實驗能力和觀察能力密不可分，它是又一項最基本的，需要著重培養的科學素養之一。科學實驗也是學生學習科學的重要方法，主要有類比實驗和對比實驗。

(1) 類比實驗：如針對問題“磁懸浮列車為什么這樣快？”我首先肯定了大部分學生的各種猜想，然后我告訴了他們“影響磁懸浮列車快速的原因”，接著引導學生作簡單的類比實驗。

通過實驗，不僅解決了磁懸浮列車快速的部分原因，同時激發了學生的興趣，自然地導出了課題——《科學在我們身邊》。

(2) 對比實驗：對比實驗根據事物現象本質不同，通過比較，忽略非本質特征，突出本質區別，從而揭示出不同事物、現象的不同特征。如針對“不同物質熔化的規律一樣嗎？”這樣的問題，學生作出猜想之后，讓學生分組同時完成石蠟和硫代硫酸鈉的對比熔化實驗。

通過學生的分工合作（實驗、觀察、匯報、記錄），邊實驗邊完成表格（涉及兩種物質熔化過程中的時間、溫度、狀態），再指導學生將表格的數據信息畫統計圖進行匯報、交流，最后根據表格的數據和圖像的信息去尋找問題的答案。這一過程，使學生體會了科學探究的過程與方法，同時培養了學生實驗探究能力，以及獲取數據、處理數據的能力。

四、 解決問題、尋找規律

通過觀察和實驗，學生獲得了豐富的感性認識，通過分析討論，一般能較為自然地解決問題。有時問題解決的本身就實現了新知識的建構。如為了探究“液體內部壓強有何規律？”這個問題，通過實驗和表格分析，大部分學生能得出“同種液體、同一深度，壓強相同；不種液體、同一深度，壓強不同（ρ大則P大）”的結論。這個問題被解決的本身學生就實現了新知識的建構（找到了液體內部壓強的規律）。再如讓學生探究“為什么酒精和水充分混合總體積會變少？”，“擦在手臂上的酒精為何不久就不見了？”，“液體內部有壓強嗎？”等問題，其答案本身就是新知識的獲得。

有時簡單地解決或回答問題還是不夠的，而應該進一步挖掘問題背后的某種關系及其規律，才能完成新知識的建構。如“不同物質熔化和凝固的規律一樣嗎？”，直接回答“是”或“不是”都不能完成對新知識的建構，而應該挖掘這個問題背后的規律（從熔化時溫度是否改變，歸納出兩類物質）。這一過程突出了知識的形成過程，注重能力的訓練和思維的培養，最后使學生達到自主建構新知識的目的。

在問題解決活動中，學生新舊經驗間雙向的相互作用得以更充分、更有序地進行，這使得科學的學習活動真正切入到學生的經驗世界當中，充分地體現了學生學習的主體地位。

參考文獻：

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（蒼南縣溫州新星學校）