科學拓展性課程中“主題式”科學探究的應用

■浙江省臺州市椒江區下陳中學 陶基榮

本文主要針對初中七八年級科學拓展性課程中的“主題式”科學探究展開論述，我結合自身的教學實踐，得出兩種“主題式”科學探究形式，一個主題是“發散性”科學實驗方案設計，另一個主題是“矛盾性科學問題的辯證思考”，這兩種“主題式”科學探究具有比較實用性操作性，同時對學生科學思維品質有較好的促進作用，尤其是發散性思維和辯證性思維的培養。

初中科學拓展性課程按其教學內容可以分為知識拓展類、實踐研究類和綜合應用類。作為學校科學拓展性課程的主要負責人，我在近三年中主要開展了以知識拓展類、實踐研究類方面為主拓展性課程活動。其中在有關主題式科學實驗設計和科學知識拓展探究方面花費了一些心思，也積累了一些經驗和心得。下面就“發散性科學實驗方案設計”和“矛盾性的科學問題辯證思考”這兩個主題式科學拓展性課程中的應用展開論述。

一、“發散性科學實驗方案設計”主題科學探究活動

“發散性”科學實驗方案設計為主題的科學探究是以某個常見的生活物品為主要實驗材料開放性地進行科學實驗設計。實驗方案設計通過小組合作以“任務單”的形式完成兩種或兩種以上的合理的實驗方案。其設計的實驗方案的任務單如下圖。

?

“任務單”是學習媒介的主要呈現方式，它能引導學生自主參與和自主探究，讓學生變被動學習為主動學習，能幫助學生提高學習興趣，掌握學習方法，提升學習能力。科學實驗設計的任務提前一個星期布置，任務單也提前一個星期發放，因為拓展性課程基本是每星期開展一次，給學生團隊一個星期的時間進行思考查找討論進行科學探究。最后學生團隊科學探究的成果以“任務單”上的2～3 個合理的實驗方案呈現出來。因為考慮到科學拓展性課程中的30 名左右學員中是七八年級每個班的學生都有（沒有九年級的學員），由于七年級學生和八年級學生對科學知識掌握的程度不同，故對學員進行團隊分組時，我讓每組團隊中七八年級學生混搭，如七（1）班和八（1）進行組合，使每個團隊中都有七八年級學員，這樣使每組所設計的實驗方案涉及的知識面更廣，內容更豐富。讓他們給自己團隊各起一個響亮的團隊名稱，上課期間可以根據各個團隊的上課表現和完成任務情況進行打分評比，促進他們團隊凝聚力的形成。

我在開展科學拓展性課程的實踐過程中，設計了如下幾個“發散性”科學實驗方案設計的任務單。案例1：讓學生團隊以“雞蛋”雞蛋為主要實驗材料其他輔助材料可以自選設計實驗方案。學生反饋上來的實驗方案有：（1）物理力學方面的方案：①壓強方面：有力握住雞蛋，結果雞蛋沒破，用兩個手指去掐雞蛋，雞蛋破了，說明壓強大小與受力面積有關。②用手去推雞蛋，雞蛋離開手后，雞蛋繼續往前滾，說明運動的物體由保持繼續運動的慣性。③用手把雞蛋拿到一定高度釋放，雞蛋往下落，說明重力改變了物體的運動狀態。④用雞蛋敲燒杯的邊沿，結果雞蛋破了，說明力的作用是相互的。⑤把雞蛋投入裝有水的燒杯中，然后往水里加入食鹽，并不斷攪拌，結果雞蛋由剛開始時的沉底狀態逐漸變為懸浮最后漂浮在水面，說明浮力的大小和液體的密度有關。⑥把雞蛋投入醋酸中，雞蛋殼上會冒出許多的小氣泡，說明雞蛋殼中的碳酸鈣可以與醋酸反應生成二氧化碳。⑦用熟雞蛋來類比地球的內部結構，蛋殼相當于地殼，蛋白相當于地幔，蛋黃相當于地核，說明了地球的內部結構分層。

案例2：讓學生團隊以“礦泉水瓶”為主要實驗材料其他輔助材料可以自選，設計實驗方案。學生反饋上來的實驗方案有：①用力捏礦泉水瓶，礦泉水瓶變癟，說明力能使物體發生形變。②用手去推礦泉水瓶，礦泉水瓶離開手后繼續往前滾，說明運動的物體由保持繼續運動的慣性。③準備兩個相同的裝有等量水的礦泉水瓶，一個橫放在桌上，一個豎放在桌上，然后用大小相近的力水平推動兩個礦泉水瓶，結果橫放的礦泉水瓶移動的距離較遠，這說明相同條件下，滾動摩擦比滑動摩擦小，也能說明力能改變物體的運動狀態。④往一個空礦泉水瓶加入熱水，蓋緊瓶塞，用力反復搖晃，然后靜置在桌上，當瓶里的水冷卻后，礦泉水瓶變癟了，說明了大氣壓的存在，氣壓大小與溫度有關。⑤將裝滿水的礦泉水分別正放或倒放在同一個海綿上，比較海綿凹陷的程度，可以得出在壓力一定的情況下，固體的壓強大小和受力面積有關。另外我也讓學生以“氣球”或“針筒注射器”為主要實驗材料開展“發散性”科學實驗方案設計。通過“發散性”科學實驗方案設計，讓學生通過團隊合作方式以任務單呈現實驗探究成果，引導學生自主、合作、探究學習，同時實驗方案具有較強的發散性，答案不唯一，可以更好地刺激學生進行科學探究的積極性，培養學生的實踐能力和創新意識，啟發學生思維的火花，尤其是對發散性思維和創造性思維的激發有一定的效果。

二、“矛盾性的科學問題辯證思考”主題科學探究活動

在這幾年的科學拓展性課程中，我也開展了“矛盾性的科學問題辯證思考”這一主題的科學探究活動，所謂“矛盾性的科學問題”是指一些相似性的科學問題放在不同知識或生活背景中，會出現相反矛盾性結果。我專門挑選了一些七八年級科學教材或習題上出現的同時與平時學生生活相關的一些矛盾性科學問題。

如果這些矛盾性問題能用實驗方式呈現，我盡可能用實驗方式直觀地展示出來，這樣既可以增加課堂的趣味性，提高學生的興趣和積極性，同時也凸顯問題的矛盾性。

例如教師可以用實驗方式制造這樣一個矛盾問題場景;用水澆在燃燒的棉花上，棉花熄滅了，用水滴在包有金屬鈉的棉花團上，棉花燃燒起來。一個是水能滅火，一個是水能點火，同樣是水，為什么會產生截然不同的相矛盾的結果，這種實驗結果的反差會較好地刺激學生思維，促進學生從不同角度辯證地思考問題。教師可以讓學生通過小組討論以團體合作的方式來回答這個“矛盾性”問題。當然這種“矛盾性”問題會有一定的難度，教師可以給以必要的提示和引導，水能滅火學生基本知道可以用降低溫度至著火點以下，水能點火需要教師告訴學生棉花里包著金屬鈉，金屬鈉比較活潑，能與水反應產生氫氣并放出熱，然后讓學生從燃燒的條件角度解釋水為什么能生火。通過前面這個矛盾性問題的鋪墊熱身，教師可以趁熱打鐵，用實驗展示另一個與之相類似的矛盾問題場景：把點燃的蠟燭伸入裝滿二氧化碳的集氣瓶中，蠟燭熄滅，把點燃的鎂條深入到裝滿二氧化碳的集氣瓶中，鎂條繼續劇烈燃燒，學生思考為什么二氧化碳有時可以用來滅火，有時又可以幫助燃燒？

在涉及大氣壓這塊知識時，教師可以在拓展性課程上讓學生以小組合作實驗的方式體驗一個“矛盾性”問題場景：小組里兩個學員分別拿著兩個相同的漏斗，漏斗口朝下，分別放上一個乒乓球，一個同學向上吸氣，另一個向下吹氣，結果發現這兩個乒乓球都沒掉下來，只不過前者乒乓球是靜靜不動地吸在漏斗里，后者乒乓球在漏斗里原地打轉。學生思考為什么一個吸氣，一個吹氣，氣流方向相反，但產生的實驗效果相同？

“矛盾性問題”的思考可以使學生在面對科學問題時能夠冷靜辯證多角度地多方位地加以分析，尤其是對學生辯證的思維能力培養有著較好的促進作用，同時也能提高學生的科學表述能力，促進學生科學素養的提高。

拓展性課程是對基礎性課程的延伸，補充、拓展和整合，拓展性課程的定位不能限于培養某種實用技能，課程目標和內容不必過于專業。從這個角度看，這兩種“主題式”科學探究較好展示了拓展性課程這一特點，變課堂的講授式為討論式實驗探究式，展示了教學方式的多樣化，也充分展示實驗活動課、知識拓展課等另類科學課的魅力，體現了科學這門學科的實驗性綜合性多面性。這兩種“主題式”科學探究的開展對學生的思維無論是發散思維還是辯證思維都是一個較好的訓練，也有利于學員小組合作的團隊意識的培養，對學生科學核心素養的培養有著較好的促進作用。