科學探究教學模式在小學自然課堂中的應用與分析

◎ 于 琪 曹慶明

科學探究能力是科學素養的重要組成部分，是學生通過自然科學學習應具備的關鍵能力，是學生面向明日世界的科學能力。科學探究作為小學自然學科的目標、內容、理念和學習方式，對小學生創新意識的培養有著不可替代的作用，對學生的終身發展有著不可忽視的影響。學生在科學探究活動中，通過經歷與科學工作者進行科學探究時的相似過程，學習科學知識與技能，體驗科學探究的樂趣，學習科學家的科學探究方法，領悟科學的思想和精神。強調科學探究過程，有助于推動教學方式的轉變。

一、探究要素的能力目標

（一）小學自然學科科學探究的要素

《上海市小學自然學科教學基本要求（試驗本）》（以下簡稱《教學基本要求》）指出，科學探究含有提出問題與作出假設、搜集證據、處理信息、解釋問題、表達交流等五個要素。在學生的科學探究中，其探究過程可以涉及所有的要素，也可以只涉及部分要素。科學探究作為教育理念和學習方式，應該滲透在教材和教學過程的不同部分。

（二）小學自然學科各探究要素的能力表現

科學探究所需要的能力，包括觀察、實驗能力，思維能力，想象能力，運用科學方法的能力，判斷決策的能力，表達、交流與合作的能力等。在小學自然學科的學習中，上述能力具體體現在科學探究的五個要素之中，學生的科學探究水平分為低水平（L）、中水平（M）和高水平（H）三種。對于科學探究的同一要素，在不同階段學習內容中先后重復出現，可逐步提高學生的學習水平和增強學習的自主性。具體要求見表1（引自《教學基本要求》）。

表1 小學自然學科各探究要素的能力表現

二、小學自然科學探究教學基本模式的概述

教學模式是指在一定的教育思想、教學理論和學習理論指導下，在一定的環境中，教與學活動各要素之間的穩定關系和活動進程的結構形式。探究教學是指在教師的指導、組織和支持下，讓學生主動參與、動手動腦、積極體驗、經歷科學探究的過程，以獲取科學知識、領悟科學思想、學習科學方法為目的的教學過程。

探究起始于一個問題，而如何發現問題或提出問題是探究活動的初始，基于小學生的心理和能力特點，創設一個合適的情境可以激發學生的學習興趣，進而產生探究的意愿。情境可以通過觀察、實驗或體驗等活動方式呈現，要與學習內容有緊密的聯系，并能用探究形成的科學概念進行合理的解釋。

在通過創設的情境形成探究的問題后，教師要引導學生嘗試根據已有經驗和認知對問題的可能答案提出猜想，并對探究的方向和可能出現的探究結果進行推測與假設。學生利用自己設計或教師提供的實驗方案，借助各種渠道搜集證據，并對搜集到的證據進行合理的處理，最終驗證猜想與假設，形成科學概念并對所探究的問題作出一定的解釋。在探究的全過程中，教師要突出學生的表達與表現，在提出問題與作出假設、搜集證據、處理信息、解釋問題等過程中為學生提供多樣化表達與表現的時空，并適時組織學生對活動進行簡單的評價。通過表達與交流，增強學生的合作能力，提高探究教學的效益。

科學探究的五個要素應貫穿在學生自然學科學習的全過程中；在學生的某個科學探究活動過程中，可涉及所有的要素，也可只涉及部分的要素。作為探究教學的第三個主要環節，是用探究形成的科學概念解釋一些生產和生活中的簡單問題，既是知識的簡單應用，也可以讓學生體會“從生活走向科學，從科學走向社會”這一科學教育理念。

基于以上分析，結合《教學基本要求》，小學自然科學探究教學基本模式示意如圖1所示。

圖1 小學自然科學探究教學基本模式示意

三、小學自然課堂教學案例分析

“水的壓力”一課是滬科教版小學《自然》第六冊第七單元“水和空氣的壓力”的第一課時，屬于《上海市小學自然課程標準（試行稿）》“物質科學”領域中“運動與力”主題的內容。本節課圍繞“在沒有保護裝置的情況下，為什么人在水中下潛越深危險越大？”這一科學問題展開，教師組織學生進行提出問題、設計方案、實驗探究、交流表達等。學生通過在盛有水的整理箱中“玩水”的活動，正確說出物體在水中會受到的壓力及其壓力的方向；通過主動探究“影響水的壓力大小的因素”活動，知道水的壓力與深度有關，在教師的引導下感受科學技術的發展對于科學探究活動的作用；在教師的引導下，通過觀察“蛟龍號”載人潛水器的圖片，了解水的壓力與人類生活、生產的密切聯系，增強民族自豪感。

（一）案例描述

1. 情境：潛水故事

師：老師曾經在海南玩過一次潛水，在教練的陪伴下，背上氧氣罐潛到10米深的海水中，與漂亮的小魚、海龜一起游戲，十分有趣，體驗非凡。老師在水里給教練發出再下潛的信號，可教練就是不同意。后來上浮到水面，教練說越往下危險越大！

通過教師創設的潛水情境，引出在水中人“潛水”的感受，學生對“在沒有保護裝置的情況下，人下潛得越深危險會越大的原因”產生疑問。

2. 探究：水有壓力以及影響水壓力大小的因素

基于情境中產生的問題，學生結合生活經驗，形成初步的猜測——水有壓力，繼而進入探究環節。

（1）活動Ⅰ：感知水有壓力

這一部分活動側重于學生的體驗，學生戴著長臂塑料手套伸入水箱中的不同深度處，會發現手套被緊緊壓縮到手臂上——手在水中會受到水的壓力。學生通過塑料手套親身感受到了水有壓力，自然就會引發出“水的壓力來自哪個方向？”的新問題。

（2）活動Ⅱ：水壓力的方向——四面八方

師：當我用力按壓橡膠膜時，你們發現了什么？

生：橡膠膜變形了。

師：這說明，當橡膠膜受到外力的作用就會發生形變。

學生結合橡膠膜在空氣中受力后會發生形變的特點，預測水的壓力方向朝向四面八方，然后小組合作，將底部扎有橡膠膜的塑料瓶慢慢插入水后，轉動塑料瓶的朝向，觀察橡膠膜形狀變化的情況。根據現象，討論分析朝向前后、左右、上下等不同方向時橡膠模的形狀變化，判斷受到的水壓力的方向；最后大組交流：水的壓力是有方向的，壓力的方向是四面八方。

在利用扎有橡皮膜的塑料瓶進行“水壓力的方向”探究過程中，學生會觀察到橡皮膜凹陷的程度會有不同，就引發了“水壓力的大小會有不同，水壓力的大小與哪些因素有關”的新問題。

（3）活動Ⅲ：猜想、探究影響水壓力大小的因素

在這個活動過程中，學生會提出較多的影響因素。在教師指導下，通過合理篩選指向“水的多少”和“水的深度”兩個猜想。在篩選出猜想后，此時選用怎樣的器材來比較水的壓力大小成為了迫切需要解決的問題。教師出示用相對壓強傳感器制作的“水壓力大小比較儀”，用“水壓力大小比較儀”代替扎有橡皮膜的塑料瓶進行探究和演示，得出水的壓力大小與“水的多少”無關。在觀察演示的過程中，學生了解了“水壓力大小比較儀”的使用方法，進而引出設計活動方案探究影響水壓大小的因素。

生：水壓越大，水壓力大小比較儀讀數就越大。

師：你觀察得很仔細。那么，我們如何來探究水壓大小與水深的關系？

生：把水壓力大小比較儀分別放到不同深度的水中，觀察讀數，如果水越深，讀數越大就說明水壓大小與水深有關。

教師在演示的過程中，為學生做了儀器使用的鋪墊。學生不僅初步學會了使用水壓力大小比較儀，而且結合數據，通過討論交流學生初步學會了如何設計控制變量的實驗方案，并初步嘗試應用了數字化實驗系統。學生經歷活動過程后，發現水壓大小與水的深度有關。

（4）活動Ⅳ：拓展應用

教師介紹我國“蛟龍號”載人潛水器成就，展現學科育人價值，領略我國潛水科技的發展。教師將橡膠薄膜的塑料瓶插入較深的水中，學生可以直觀感受橡膠薄膜被壓爆的“震撼視覺”，感受深處水的壓力大小。首尾呼應，“在沒有保護裝置的情況下，為什么人在水中下潛越深危險越大？”這一科學問題得以順利解決。

（二）案例分析

1. 親身體驗活動，感知水有壓力

活動Ⅰ中，教師講述潛水經歷，引出越到深處壓力越大的問題，鼓勵學生戴上一次性手套玩水，初步感受到水對手有壓力且有大小。當學生將戴著一次性手套的手伸進水中之后，會明顯地感覺到伸入水中之后一次性手套產生的擠壓感，并且手伸入水中越深，擠壓感越明顯，從而分析得出物體在水中會受到壓力。

教師設計這一活動，主要用于落實探究要求“M11能根據觀察的事物、現象，結合自己的經驗和簡單的科學知識，發現與科學有關的問題”“M41 能通過比較、分類、歸納等方法得出簡單的結論”，并使學生在解釋水對手擠壓原因后發現新的科學問題。

2. 觀察體驗思考，明確壓力方向

活動Ⅱ中，教師引導學生觀察底部扎有橡膠膜的塑料瓶，通過演示幫助其建立起橡膠膜變形和力方向的聯系，知道橡膠模凹陷得越深，受到的壓力越大。圍繞所探究的問題，小組合作進一步探究，將扎有橡膠膜的塑料瓶慢慢在水中轉動方向，觀察橡膠膜是否變形、變形的程度是否相同。通過小組交流，引導學生歸納總結出水的壓力的方向是四面八方，并且在水中不同位置，水的壓力的大小并不相同。

教師設計這一活動，主要用于落實 “M22學會使用一些簡單的測量工具和實驗儀器，具有安全操作的意識”“M41 能通過比較、分類、歸納等方法得出簡單的結論”這兩項探究要求，使學生在知道水壓力方向的同時又發現新的科學問題。

3. 猜想假設，影響壓力因素

活動Ⅲ中，教師提出“水的壓力大小與哪些因素有關”的問題，學生對問題進行思考并作出猜想。

教師設計這一活動，主要用于落實 “M13能通過有依據的爭論，提出一個或多個可能的答案”這一探究要求，并通過組織對各種可能答案的篩選，為后續的實驗提供明確的指向。

4. 借助儀器，完成實驗探究

活動Ⅲ中，學生利用數字化實驗系統探究水的壓力大小特點，收集證據驗證猜想并將實驗單填寫完成。借助數字化實驗系統，小組合作開展實驗探究，學生各司其職進行實驗、收集實驗數據、合作分析等，得出探究的結論。最后全班交流，每個小組將自己的猜想、實驗過程、實驗結果向全班進行匯報。

教師設計這一活動，主要用于落實“M21能在他人幫助下，根據問題和實際條件，嘗試制訂簡單的探究計劃”“M22學會使用一些簡單的測量工具和實驗儀器，具有安全操作的意識”“M31 能用簡單的文字、圖表記錄探究過程和結果”“M32能依據現有的模型和提示，整理材料和數據”“M41能通過比較、分類、歸納等方法得出簡單的結論”等探究要求。

5. 知識拓展，激發探索欲望

活動Ⅳ中，學生在了解了影響水的壓力大小的因素之后，教師利用圖片介紹“蛟龍號”載人潛水器成就，激發探索未來的欲望。最后師生共同將橡膠薄膜的塑料瓶插入透明的深水中，感受橡膠薄膜被壓爆的瞬間，水的壓力之大。

教師設計這一活動，主要用于落實“能運用證據與初步的結論對探究的問題做出合理的解釋”這一探究要求，既做到首尾呼應，導入情境效益最大化，又是學生學習新知后的應用。

在以上四個活動中，教師不斷提供學生交流與表達的機會，并通過即時的鼓勵性評價促進生生互動。