科學探究學習的實踐與思考

摘 要： 本文作者結合教學實例分析了科學探究教學中存在的主要問題，并提出了相應的對策。

關鍵詞： 科學探究學習 實踐 問題策略 反思

科學探究是探究性學習在科學課程中的具體體現，對學生探究學習的最高要求是類創造的問題解決。教師要以現代教育理論為依據，結合教材內容和學習的實際，尋找到探究的切入點，精心進行教學設計，創造出特定的實驗條件和類似科學實驗的學習環境，使學生以問題為載體，手腦并用地主動實際操作、觀察、分析和處理信息，實際感受知識的生產過程，從而開發學生的智力，培養學生探究、分析、歸納、綜合的能力。

一、探究學習的實踐

（一）以問題為契機，激發學生去探究。

課堂教學是傳授知識、“授之以漁”的主陣地，開展科學探究學習離不開課堂教學。因此立足課堂、挖掘教材、完善教學方式、更新學習方法是探究性學習的基礎。在課堂實驗中我們適當增加一些探究性內容，讓學生以研究的態度對待實驗，在仔細操作的同時，深入考慮與實驗有關的問題，始終處于不斷探索的情景中，通過創造性思維來完成探究活動。如我們引導學生靈活地把部分實驗按“實驗草案 新實驗方案最佳的實驗方案”的過程進行設計。

探究活動設計一：木炭還原氧化銅實驗的改進。

［目標］

1.通過探究活動認識木炭還原氧化銅的實驗原理，并從中分析討論實驗的改進方法。

2.學習科學探究的方法，培養學生分析問題的能力。

［活動過程］

1.提出問題

設計木炭與氧化銅共熱實驗，你觀察到什么現象？能提出什么問題？這些紅色的物質從何而來？

2.猜想和預測

紅色的物質可能是CuO被還原而來的，也可能是Cu元素。究竟哪一種猜想正確呢？

3.收集事實證據

學生2人一組，觀察C還原CuO的實驗現象。讓生成的氣體通過澄清的石灰水，會有什么現象發生？把反應后的固體物倒在白紙上，可觀察到什么現象？

4.得出結論

灰水變渾濁。

5.深入探究

這一實驗現象中，生成銅不夠多，現象也不夠明顯，那么有否改進的方法，并說明理由。

（1）反應不夠徹底的主要原因：固體反應物接觸得不夠充分，導致反應物接觸不充分。

（2）利用木炭具有吸附性的性質，在木炭粉存在的條件下生成CuO，使其吸附在木炭粉上，配比適合時，用酒精燈加熱即可引發劇烈反應，取得較好的實驗效果。

（3）反應原理：

（4）討論。經過多次質量配比，學生總結得出實驗的要點，即木炭與氧化銅的質量比為1∶11—1∶12時，實驗效果良好。

6.報告交流

雖然原課文中也能得出此結論，但通過改進后，實驗效果更加顯著。同理，課本中已有的實驗，希望大家也能通過分析討論，將其進行改進，以取得更好的效果。

（二）從生活走向科學、從科學回歸生活。

圍繞體驗式學習，在教學實踐中教師應特別注重引導學生關心身邊的科學，善于用科學的眼光來審視客觀世界中豐富多彩的現象，同時也讓學生感受科學就在身邊。

探究活動設計二：調查和測定家用電器的功率。

［目標］

1.調查你家家用電器的種類、功用及其額定功率。

2.利用家中現成的電能表、秒表（手表也可）來測定某一家用電器的功率。

［活動過程］

1.設置問題情境

改革開放后，人民生活水平日益提高，家用電器越來越多，每件家用電器都有各自的額定功率，有的較小，如臺燈；有的很大，如空調、微波爐、取暖器等。在實際使用中，家用電器的實際功率可能與額定功率不同，這就影響了家用電器的使用效果和使用壽命。

2.提出問題

（1）要調查家用電器的種類、功用及其額定功率，怎樣紀錄調查結果呢？

（2）要測定某件家用電器的實際功率，可以使用電壓表和電流表，或者專門的功率表。然而在家庭中往往沒有這些儀器，能否利用家中現成的電能表、秒表（手表也可）來測定某一家用電器的實際功率呢？

3.活動步驟

（1）設計表格，記錄調查結果。調查家用電器的種類、功用及其額定功率并記錄在已設計好的表格里。根據所學知識分析家用電器不在額定功率下工作的不良影響。

（2）用電能表和秒表測定某件家用電器的功率。

（3）進行全班報告，交流調查和測量的情況。

（三）師生協作，共同參與。

在探究學習中，教師不僅是教學的組織者，更應是引導者、參與者，并不斷創造一個寬舒、和諧、民主的環境，鼓勵學生從多角度思考同一問題、尋找解決問題的不同方法，使教學行為趨于多重整合，讓學生的探究熱情得到充分發揮。在整個探究過程中，教師自始至終要堅持讓學生思考，讓學生探究，教師主要起引導、參與、調控和探究活動設計三：月相的演示與觀測。

［目標］

通過模擬月相形成的機制，觀測月相的變化規律。

［活動過程］

準備工作與條件：手電筒或信號燈一只，大小黑球各一只，支撐架一只，暗室一間。

在模擬活動前，教師可以提出一些與實驗內容有關的問題與學生討論，比如：你知道我國古代的詩詞有哪些是與月相有關的？一個月中，我們看到的月亮為什么會有圓缺的變化？在平時生活中，你注意過月相，以及它出現的時間嗎？討論之后，讓學生用手電筒或信號燈（代替太陽）、黑球（大的代表地球，小的代表月球）模擬日、地、月三者在一個月中的位置變化（見下圖）。

理解了月相成因之后，教師固定“太陽”與“月球”，讓8—12名學生以圓圈狀圍在“月球”四周，如下圖所示。要求學生觀察并記錄被照亮部分的形狀，即月相，同時寫出一月中出現該月相大致的時間。然后學生按順時針方向走動到他右手位同學的位置上，觀察并記錄。以此類推，學生就可以記錄下整一個月中月相的變化情況。

月相模擬觀測之后，教師可以進一步提出一些可模擬的探究性問題。如：你能確定地球上的觀測者看到滿月、新月、上弦月或下弦月的時間段嗎？日食、月食一般發生在一個月中的什么時候？為什么并不是每個月都會出現日食、月食？如果發生，需要具備哪些條件？

二、探究學習實踐中的主要問題及其處理策略

教師在引導學生開展探究學習的實踐中會遇到許多困難，需要采取相應的策略，從而有針對性地解決這些問題。

（一）探究學習的目標定位問題。

開展探究學習有時會出現一節課45分鐘不夠用或“拖堂”的現象。造成這種現象的原因是教師在進行教學設計時確定的探究學習目標太龐雜，往往在一節課內布置學生提出問題、做出假設、制定研究計劃、執行研究計劃等多項任務。如，“比熱”是一個很好的探究學習內容，但要求學生在一節課內既要探究比熱的概念，又要設計實驗探究不同物質的比熱，由于時間緊、任務多，學生往往一個問題也不能解決。因此，在科學課堂教學中的探究應靈活多樣，可以是完整的探究過程，也可以是其中的一個或多個環節，有針對性地確定探究的任務，同時考慮教育的經濟性原則。

（二）教師指導的適宜度問題。

在開展探究學習的實踐中，教師遇到的最大的困難是不了解學生的探究能力，普遍將要探究的內容神秘化，認為學生根本不知道如何去探究，因此過度地指導學生，引導學生亦步亦趨地進行“探究”。在這樣的學習過程中，學生缺乏思維上的主動性，更談不上進行探究學習。實際上探究是人的本能，兒童天生就是一個“提問者”、“探究者”，他們通過大量的“破壞性”行為來探究與認識這個世界。因此，探究是人一種天生的本能，學生具有自發探究的能力。當然這種自發的探究往往缺乏目的性、計劃性，是低水平的探究。教師指導下的探究不能停留在學生自發探究的水平上，但也并不是要追求達到科學家探究的水平?？茖W探究可以是學生在科學課堂內所進行的探究，也可以是學生在科學課堂外、在實踐活動中的探究。結合農村學校的教育實際，我們逐步探索出一條課內鋪路、課外搭橋，內外結合培養學生能力的新路子。如，對于“探究白熾燈泡的原理和使用優缺點”的活動，我們采用自由式探究，出示白熾燈，讓學生提出幾個與白熾燈有關的探究問題。學生設計了下列問題：①白熾燈泡玻璃打碎后，燈絲若不斷，還能發光嗎？②白熾燈泡放入冰塊中會爆炸嗎？③用燈泡燒水，或用燈絲燒水行嗎？④白熾燈能回收再利用嗎？⑤如何測電燈在發光和不發光時的電阻？……學生憑借已有的經驗選取一個問題展開自由探究，這種從指導探究轉向自由探究融進教學過程的做法，有利于加強課內外探究的聯系。另外，教師應引導學生課外探究，讓課外探究合理步入課程的領域，切不可把課外探究活動理解為課堂教學的簡單延伸，而應使其成為課程結構的有機板塊。又如，在學習生物與環境有關知識后，我們設計了探究活動：風景照片中有什么？要求：①挑選一張自然風光的雜志圖片，剪下來貼在一張白紙上，四周留出一些空白。②識別圖片中所有具有生命的物質。用彩色筆從每種生物上拉出一條線。如果你知道它們叫什么，就貼上生物名標簽。③用另外不同顏色的筆在非生物上拉出一條線，貼上物質名標簽。問題：照片中的生物是如何依賴自然環境的？用第三種顏色的筆，劃線來連接生物與其依賴的自然環境。

探究是學生用以獲取知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家的研究自然界所用的方法而進行的活動。因此，教師不要低估了學生的探究能力，也不能拔高學生的探究能力，將其與科學家的探究相提并論，教師給予學生的指導要適度、應采取“非指導”性策略。（羅杰斯（Carl Rogers）的“非指導性教學觀”）

（三）知識與能力相統一的問題。

如何使學生通過探究學習既鍛煉能力又獲取知識，是教師在探究學習實踐中的又一大難題。探究學習的目標不是停留在學生體驗探究的過程，熏陶和培養學生科學的情感，更為重要的是培養學生探究的能力，使其能更好地獲取知識、建構知識。在實際教學中，不少探究學習只有探究的過程而沒有探究的結果，或者學生體驗探究的過程而探究的結果是教師傳授的。脫離知識的能力培養是空洞的，是流于形式的，會導致探而不究的狀況。例如：做“木炭在氧氣中燃燒”的探究實驗時，學生只看到木炭在氧氣中燃燒發白光就匆匆了事，很少有人思考反應后生成了什么？應該怎樣檢驗產物？為什么如此？等等。

探究學習中學生知識和能力相統一的關鍵在于學生知識的個人建構轉化為社會性建構。學生在探究中建構的知識是個人化的，有的停留于前概念水平，甚至有的是錯誤的，教師要引導學生相互之間進行交流、辯論，通過生生之間、師生之間的思維互動，獲得被認同的科學知識。如，觀察木炭在氧氣中燃燒的實驗前問題是：①回憶鎂條燃燒的現象有哪些？②回憶蠟燭燃燒的產物有哪些？如何檢驗？③觀察物質的燃燒實驗時要注意哪幾點？因此，教師要有充分的時間讓學生表達自己的探究過程和結果，讓學生暴露出的錯誤通過其他學生質疑、辯論，而不是教師的評價得到糾正。學生在探究過程中的交流與討論實際上就是知識社會性建構過程，教師此時要耐心地擔任“導演”的角色，捕捉學生辯論中跳躍出的“思維火花”，促成課堂中科學知識的社會性建構。如，在《功》的教學中，為了讓學生理解做功的兩個必要因素，我們設計了如下情景，讓學生討論是否做功：一次把一輛小車從講臺的左端拉到右端，另一次把小車從左端水平提到右端，討論：拉小車做功，提小車不做功。然后請幾位學生講一下不做功的理由，有一位學生的理由是提小車時沒有摩擦力。我們又提出：假若在小車輪子上涂上油，桌面光滑，沒有摩擦力拉小車是否做功？大家又認為做功，明顯自相矛盾，心中疑惑無法解決。在這種情況下，教師對于學生思考結果的處理有兩點非常重要：一是學生的任何的思維結果都應當給予正確的鼓勵和引導；二是即使有些學生的思考結果出現“偏差”和“不妥”，那也是積極思考的結果，我們要給予理解和欣賞，哪怕是“另類”的。這就要求教師必須給每位學生創設一個創新思維的探究空間，然后引導到問題本質。只有這樣，學生的思維才能積極活躍，才能迸發出創新的火花。

三、開展探究學習后的反思

（一）要辯證地看待接受性學習與探究性學習。

科學探究活動能使學生主動獲取科學知識，體驗科學過程與方法，形成一定的科學探究能力，以及科學態度、情感與價值觀，其它教學方式不能替代。但探究性學習并不是學習的唯一方式，盡管基于直接經驗的探究式學習具有無比優越性，但基于間接經驗的接受性學習在學生的學習活動中仍然大量存在。接受性學習在積累間接經驗、傳遞系統的科學知識方面，其效率之高是其他方法無法比擬的。從一個人的全面發展來看，這兩種學習不可或缺，就像一個人的兩條腿，只有兩條腿都健壯，人才能走得穩、跑得快。我們過去過多地運用了接受性學習，而忽視了探究性學習，現在強調探究性學習的重要性是想使它在課程中占據應有的位置，而非貶低接受性學習的價值。我們反對和著力變革的是被動的、他主的、機械的、無意義的接受性學習，應將其轉化為以學生為主體的積極的、主動的、自主的有意義的接受性學習，在兩種學習之間保持必要的張力，尋求它們的最佳結合點，使教師的價值引導與學生的自主建構相結合，將兩種學習融合于現代學習方式之中。如，學習了《我們居住的地球》后，我們出示任務單：①本節課我學到了什么？有了什么體會？②我對本節課的自主學習和實驗探究有何感受？③本節課的問題解決主要采用了什么方式、方法？④本節課的學習對我的生活有什么影響？對照此單想一想在這節課上有什么收獲，然后小組交流，再把想法說出來，與全班同學分享。

（二）從自然教師到科學教師。

有的教師錯誤地認為，學生進行自主探究，就不需要教師再費力備課和鉆研教材。這完全是一種誤解，或者說由于對探究教學的本質特征的不理解所致。首先，學生探究習慣的培養，就是一件令人頭疼的事情，我們習慣了“教師講學生聽”的模式，短時間內是難以適應探究式教學的。激發學生學習科學和參與探究的興趣，需要教師做大量艱苦細致的工作，才能把學生引導到探究之路上來，為此，教師所付出的時間和精力遠多于傳統教學。其次，探究情境的創設，又是比傳統的備課費時費力的事情。情境中必須隱藏著可能被學生探究發現的問題，給學生發現問題和提出質疑的機會，這在現行教材和教參中沒有現成的材料，所以教師不但沒有被“解放”，反而要求更高。

另外，有些實驗探究過程會出現課本描述之外的現象。多數學生還未養成對探究實驗現象進行分析、比較、歸納的習慣，這些干擾現象的副作用會阻礙學生形成正確的結論。例如，學生做鐵釘與稀鹽酸反應的實驗時，所得溶應看到析出紅色固體，溶液為無色，但學生看到的是黑色固體，有的學生對試管略微加熱后，還會看到冒出許多無色氣泡，同時有白色膠狀固體出現。干擾現象的產生有的是實驗設計本身或藥品試劑溶液純度的影響造成的，教師要提前認真做好每一個探究實驗，當現象不理想時，就要制定課本里沒有的實驗方案。如鐵與稀鹽酸反應，將鐵釘放入稀鹽酸后，先觀察氣泡生成的速度，再稍稍加熱，可觀察到淺綠色溶液，但不可加熱過久，以防止淺讓學生明白，實驗是探究的手段，做實驗不是目的，對實驗現象進行分析、比較、歸納、解決探究問題才是目的。“非正?，F象”引起的困惑或負作用不僅完全可以消除，而且能使學生獲得意外的收獲，加深對問題的認識。

因此，“自然教師”要想成功地轉變成一名合格的“科學教師”，不僅要轉變自己的教育理念，而且要改變過去習以為常的教學行為，用自己的身體去感知，用自己的心靈去感悟探究學習。

參考文獻：

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［２］余自強.科學課程論.教育科學出版社，2002.

［３］項紅專.初中科學探究活動設計.浙江大學出版社，2003.