在探究式科學教育中激發學生創造力

屋頂上垂落的長條錫箔紙、桌椅上搭建的簡易軌道、經過改裝的奇特水桶、裝有五顏六色液體的瓶子、會發光的酒杯、蒙著橡皮薄膜的可樂瓶、磁鐵、電線、繩子、空牛奶盒、學生作品……2012年4月“做中學”高級教師研修活動的教室被布置成1間有趣的科學工作室。2天中，40名小學教師、教研員、科技場館教育項目工作人員和瑞典斯德哥爾摩大學Hans Persson教授、東南大學學習科學研究中心葉兆寧教授共同探討如何將創造性和多樣化作為探究式科學教育的有效手段。

通過探究式活動激發創造力

Hans教授認為，在科學教育中的創造力是指學生能夠用一種創新的方式將想法轉化為行動，并用于解決問題的能力，激發學生的創造力應該從鼓勵他們天馬行空的想象開始。“魔術水桶”是他最常用的科學導入活動：給學生展示一個裝有漏斗和出水管的小桶，將帶有顏色的液體從不透明的漏斗倒進去，學生們會發現從出水管流出來的液體都變成無色透明。教師通過組織該活動引入一種科學探究的方法：讓學生猜想能導致這種結果的水桶其內部結構是什么樣，幫助他們提出自己的假設，追問學生假設的理由，然后將學生的想法提煉成科學問題，鼓勵他們自己動手實驗來驗證合理性和可行性。學生可能會憑直覺和生活經驗提出木桶里有一塊肥皂，有沙子，有一片云，帶顏色的液體沉在透明液體下面等猜想。教師要做的就是從學生使用的日常語匯中提取出科學問題。例如，回應學生提到桶里有肥皂這個假設可以通過一些化學反應來驗證；沙子、木炭等涉及到材料的物理和化學特性，可以引導從“過濾”這個角度設計驗證實驗；云彩可以看出學生對于“蒸發”和“凝結”已經有初步的認識；至于帶顏色液體下沉的方案則可以作為“密度”概念學習的切入點……教師可以將學生提出的假設按照科學學科歸類分組，并盡可能設計方案一一驗證，這個導入活動可以使學生體會到科學不只是有一個“標準”答案，還可以幫助他們了解科學家工作的模型。

在開展“魔術水桶”活動的過程中，Hans教授注意到有些學生會提出一些奇特甚至“不著調”的猜想：有的把它的原理和家里的抽水馬桶工作方式聯系起來；有人提到桶里本身有大量無色透明液體，把帶顏色液體稀釋了；有的猜想桶里藏有一條變色龍，或者里面有一個類似于人體“腎臟”的器官；還有一個學生指出，大家都是色盲，所以看到無色液體流出水管……當老師采用開放的心態，避免對學生的想法進行正誤判斷，并且允許多種風格的表現形式時，學生的想象力和創造性就會被充分地激發出來。

探究“有意義”的問題

如果單純從課堂組織形式上看，有動手操作和實踐環節，教師一不留神，容易把科學探究活動做成單純的勞技制作活動或者娛樂表演。兩者的本質區別在于是否圍繞科學概念開展，Hans教授在研修活動中反復強調：要探究“有意義”的問題。

研修活動中的“冰氣球”可以很好地區分這兩類活動：教師將氣球裝滿水，放入冰箱內冷凍，等成型后將外皮剝掉，剩下圓圓的冰球，然后帶到課堂上展示。勞技制作活動可能會關注冰球的外觀、形狀等表面特征；科學探究活動則會從科學的角度切入，冰球為什么是圓的？過多長時間會融化？在水中是沉還是浮？將鹽撒到冰球上會出現什么現象？老師要幫助學生將觀察與有關的科學概念，如密度、溫度、物態變化等聯系起來，引導學生將自己的提問發展成可以探究和實驗的一系列過程。

讓學生用各種能找到的材料“制作一朵花”是小學勞技制作或者美術課中的常見活動，但是在科學課上做這個活動，學生除了完成制作和表現美感之外，還應關注研究不同花的結構和功能，教師可以從植物學的角度引導學生活動，還可以從材料和實現設計需求的方面有意識地讓學生解決問題。其實，“有意義”的探究活動就是指要圍繞科學概念，建立學習實踐和科學概念之間的關聯。Hans教授與2位老師合作，在研修現場上展示了一個簡短的科普表演：在自己身上纏上細繩，手上套著紅白兩色紙卡，伸直雙手，站在2位身著紅白衣服的教師之間轉圈，現場彌漫著熱烈而歡樂的氣氛，教師們對“電和磁”有關概念的印象變得很深刻。

此外，“有意義”的探究式教育活動還需要從學生原有概念出發。Hans教授舉了一個小學生學習“人體”概念的教學活動案例，課堂一開始，教師給每位學生發一張空白的人體形狀卡片，讓他們在卡片上表現出自己所理解的人體結構。學生們有用彩筆畫的，有用紙片粘貼的，有用細線制作的，教師從學生對人體各種表現形式進行深入分析，能夠了解學生對“人體”這個概念都了解了哪些部分，了解到何種程度。例如，有些學生描繪出人體肌肉分布輪廓，有些表現出對骨骼形態的基本認識，還有些對心臟血管等器官有模糊的概念，讓人印象深刻的是一位學生畫出他所認識到吃進去的食物都儲存在肺部。基于學生的前概念，老師可以開展更有針對性的探究性活動，逐步幫助學生建構科學概念。

不可否認，組織“有意義”的科學探究活動對教師跨學科知識背景、基本科學素養和課堂控制能力都帶來巨大的挑戰。

學習像科學家一樣工作

探究式科學教育可以讓學生模擬和再現科學家對某些問題研究的過程，鼓勵他們像科學家那樣，通過實驗方法建立科學模型，解釋和解決實際問題。像科學家一樣工作應該首先保證科學探究活動的科學性和嚴謹性，例如，研修班上，大家中討論“溫度對皮球彈跳的影響”這個話題，Hans教授提醒老師們應讓學生明確如何測量球彈跳的高度，如何保證每次測量標準的一致，用哪些方法冷卻球、加熱球。科學探究活動要讓學生學習、理解和運用科學思維和實驗方法，明確起始條件、控制條件，設置對照組。另外，在觀察和得出數據之前不進行解釋，避免用先入為主的觀點得到自己“期望”的實驗結果，也是保證科學探究的準確性和可信度的重要方法。

Hans教授還提到，用科學史學習作為教學方法對于幫助學生理解科學家的工作很有幫助。科學史還能讓學生加深對科學本身的屬性理解認識。《科學教育的原則和大概念》一書中提到，應該讓學生認識到每一種現象都具有一個或者多個原因；科學上的解釋、理論、模型都是在特定時期內與實施最為吻合的；科學研究可以用于開發技術和產品；科學的運用可能對倫理、社會、經濟和政治產生影響等。但是利用科學史教授科學，教師必須要重點幫助學生從故事中看到某個科學問題的研究過程，了解科學本身的發展和變化歷程。如果失去了這個教學核心，科學史就會成為歷史課而不是科學課了。

背景鏈接

該研修活動是中國科協青少年科技中心、教育部師范教育司共同主辦的“做中學”科學教育實驗項目高級研修系列活動之一。該系列研修活動目的在于幫助我國科學教育工作者了解國際科學教育標準、教學資源、教育研究方面的理論發展和實踐進展，為推動科學教育改革、培養科學教育教研專家和科學教育實證研究專業人才提供學習與交流平臺。每期研修活動都會邀請12名國際科學教育專家和國內科學教育專家聯合主講。2011年在東南大學學習科學研究中心舉辦了該系列研修活動的第1期活動。2012年，除了本次研修活動外，主辦方還計劃邀請英國約克大學教育學院的專家團隊來華主講。