探究式科學活動應該避免的兩個誤區

為了幫助科技場館的科技輔導員更深入地了解什么是科學探究，2013年9月23日，中國科協青少年科技中心和中國科技館聯合邀請了美國科學教師協會（NSTA）前任主席安妮·特維德（AnneTweed），為來自全國10余所科技場館的科技輔導員、科技場館教育專業碩士研究生，進行了題為“如何設計有效的科學教學”的短期培訓。特維德結合“小棍上的彗星”、“奇妙的彈球”等有趣的科學活動，介紹了探究式科學教育的5個基本特征，并通過現場活動和討論，為參與者澄清了探究式科學活動應該避免的兩個誤區。

探究就是讓學生完全自主嗎？

探究式教學有5個重要的特征：讓學習者參與科學問題的提出；讓學習者主動收集數據回答問題；對數據進行解釋；將解釋和科學知識相聯系；進行相互交流和評判。有不少科技輔導員認為，探究就是將所有的學習主動權交給學生，尤其是在科技館這樣的非正規教育場所，探究就是讓學生隨心所欲地進行活動。其實這是一個很大的誤區。探究式活動要以學生為中心，但不能缺少教師的指導。在探究活動的不同階段，教師的指導程度也會有差別（如下表所示）。如果將學生參與的自主程度按照A、B、C、D分成4個不同的等級，在一個探究活動中，不必在每一個環節都達到A。教師可以根據學習者水平和學習各階段特點，將探究式活動在學生的不同自主程度之間進行靈活切換。在提出問題時按照D等級標準，教師指導得多一些；收集數據時學生采取C等級標準；歸納數據形成解釋時讓學習者更多地參與達，到A等級標準；將解釋與科學知識進行聯系實際，老師給一些協助，達到C等級；學習者進行交流評判時達到B等級。

特維德用“植物生長所需條件”這個問題作為一個例子。當她希望學習者了解植物生長需要什么條件時，她會給學生提供植物種子在3個培養皿中的圖片。已知的條件是：每個培養皿中種子的原始質量為1.5g，第1個培養皿中的種子沒有接受光照，也沒有水，實驗后變為1.2g；第2個培養皿的種子既有光照，又有水，實驗后變為1.64g；第3個培養皿中只有光照，沒有水，實驗后變為1.46g。在這個情境下，問題是由教師提出的，屬于D等級探究；學生看到數據，要自己分析原因，這種探究屬于A等級；在建立與科學的聯系上，教師可以給學生一些幫助，講解植物的呼吸作用和光合作用，讓學生用數據結果解釋，屬于探究的B等級。這種運用是非常靈活的，教師可以根據自己對學習者的理解隨時調整。

答案是否定的！只有那些關于物質世界運轉的、可以被驗證的科學性問題才能進行探究。因此，讓學生提出一個科學的問題是探究的關鍵。“奇妙的彈球”是特維德讓學員練習提出科學性問題的活動。每組學員觀察兩種大小、材質和邊緣形狀不相同的半圓形橡膠球，小球經過一定形變后可以高高地彈起來并恢復原狀。特維德讓大家觀察這兩種小球的彈起情況，然后提出自己感興趣的問題。學員們提出了很多問題：這個球是什么做的呢？越用力往下扔小球就彈得越高嗎？小球落點越高彈得越遠嗎？小球落地角度與彈起高度有關系嗎？落地面的材質會影響小球的彈跳高度嗎？

對于學生們提出的問題，隨便選擇一個就可以開展探究嗎？不是的，必須選擇一個科學性問題。特維德介紹了科學性問題的4個判斷標準，最重要的一個標準就是能夠用實驗方法進行驗證。也就是說，能進行探究的科學性問題與日常生活中的問題是存在差別的，它們必須包括科學的概念，還要有能夠操作的變量。在彈球這個活動中，涉及的概念包括能量、速度、高度、材質硬度等，只有涉及對這些概念進行操作的問題才符合探究的要求。

如何讓學生提問，是新手教師遇到的一個很大的困難。學生有時候會說，我的大腦一片空白，想不到任何問題。特維德推薦了一種利用科學漫畫的方法，通過漫畫展示不同的觀點，引出學生自己的科學問題。例如，在“雪人穿衣服”這個科學漫畫中（注：此材料來自英國約克大學科學教育中心培訓資料），學生同意漫畫中誰的看法？是否還有其他想法呢？這種問題提出的方式，很有效地解決了學生“大腦一片空白”的問題。

短短一天的培訓，科技館的學員們在特維德生動有趣的講解和引導下，加深了對科學探究的了解，并學習到一些在科技場館開展科學探究活動的有效策略。

主講人介紹：安妮·特維德女士目前擔任美國中部教育與學習研究組織（McREL）首席顧問，具有30年的中學教學經驗，曾獲美國科羅拉多州優秀高中生物學教師稱號。她還參與過美國科學教育標準審查工作，是科羅拉多州的科學內容標準的制定的主要參與者。特維德的父親是一位火箭工程師，她從小就對空間科學非常感興趣，她曾為美國宇航局（NASA）設計了一些有趣的科學教育活動，將自己的研究領域從正規教育拓展到非正規教育。在教學和研究工作中，特維德發現普通教師沒有充足的時間進行科學文獻的閱讀和學習，因此，她對科學探究方面的有關論文進行綜述，完成了《如何設計有效的科學教學》一書的寫作。