精心設計探究活動 提升學生科學素養

張靜中

學生的科學素養包含構建全面的科學知識體系、培養良好的科學態度、培育正確處理實際問題的科學能力三層由淺入深的內涵。冀人版小學《科學》教材在編寫修訂的過程中，緊跟時代科技發展前沿，認真落實課程課標要求，仔細梳理科學知識結構，總結國內外小學科學先進教學經驗，根據不同學段學生的知識結構和認知水平，對探究活動進行了精心設計。其探究活動的呈現形式包括認識、觀察、比較、實驗、動手制作等，對于學生構建全方位、立體化的科學知識結構，對于學生掌握科學方法、認識科學本質、樹立科學思想、崇尚科學精神，對于學生運用科學知識處理實際問題、參與公共事務等科學素養的培養具有非常重要的作用。

“探究雨的形成”是教材中具有代表性的探究活動，活動的設計對于學生科學素養的培養具有典型的指導意義。本文以此活動為例，力圖通過教材的演示、教師的講解以及學生的親身實踐，讓學生能夠在由點及線、由線及面地構建科學知識體系的同時，歷練其科學態度，進而提升他們解決實際問題的能力，最終實現科學素養的提升。

“探究雨的形成”活動概述

“探究雨的形成”這一活動是作者團隊經過反復推敲和科學驗證的智慧結晶，并在一線實驗教學中取得了滿意的效果，以下是探究活動的概況。

活動名稱：探究雨的形成

適用年級：小學五年級

課程標準要求：14.1地球被一層大氣全包圍著。五至六年級：描述霧、雨、雪、霜、露、雹等天氣現象形成的原因。

設計背景：小學五年級學生在低年級已經掌握了“知道有陰、晴、雨、雪、風等天氣現象”的科學知識，但因為其原有知識結構和認知水平的局限性，導致其不能對“霧、雨、雪、霜、露、雹等天氣現象形成的原因”進行正確的分析和描述，這就為本活動的設計奠定了基礎。

活動導入：雨來自哪里？下雨時，天上的云和平時有什么不同？

活動假設：通過以上分析，我認為雨的形成可能和（什么）有關。

材料：酒精燈、燒杯、金屬加熱容器、金屬桶、塑料罩、水、鐵架臺等（參見下圖）。

活動步驟：

1.提前將金屬桶里的水凍成冰。

2.往金屬加熱容器中倒入水，再將冰桶外面套上塑料罩，懸掛在鐵架臺上。

3.點燃酒精燈，給水加熱，觀察實驗現象，并填寫實驗報告。

結合實驗現象用科學的語言描述實驗中水滴形成及下落的過程。

思考：實驗中的各要素分別模擬的是自然界中的什么？根據圖片推想自然界中雨的成因，并用科學的語言進行描述。

討論：下雨和下雪時的天氣有什么相同點和不同點？根據雨的成因，推想雪是怎樣形成的。

構建源于生活，涵蓋自然科學四大領域的全方位、立體化的科學知識體系

自然科學包括物質科學、生命科學、地球和宇宙科學、技術與工程等四大領域，縱橫交織于人類的日常生活之中。可以說，人類眼中所看到的人造世界，以及肉眼所看不到的微觀世界，還有遙遠深邃的外太空世界等，我們所能觀察到和感受到的所有人造事物、自然現象和自然規律都包含了龐雜無窮的科學知識。科學源于生活，生活中的衣食住行，大自然中的春夏秋冬與日月星辰變化等，從中我們都可以學習大量的科學知識。構建源于生活，涵蓋自然科學四大領域的全方位、立體化的科學知識體系是學生認識世界、改造世界的基礎，是學生終身發展的前提。

仔細觀察“探究雨的形成”的活動過程，我們可以很容易挖掘到活動過程中所包含的科學知識。日常生活中，學生已經對大自然中雨、雪、霜、露、霧等自然現象有了充分的了解，并構建了以自然現象為基礎的簡單的知識框架，但這種框架是淺顯的，學生對于雨、雪、霜、露、霧燈的形成實質并不了解，需要進行科學探究，從而實現科學知識的質的提升。活動中，通過科學探究，學生會觀察到“水凍成冰、冰受熱融化成水、水受熱形成水蒸氣、水蒸氣遇冷凝結成小水珠”的三態變化過程，觀察到水的三態變化過程中表現出來的現象，進而了解水的基本性質，以及引起水的三態變化所需要的基本條件等。最后運用分析、概括、推理的思維方法，結合原有的知識框架，得出“雨、雪、霜、露的形成實質是水的三態變化”的結論，以雨的形成為例：地球表面的水受熱變成水蒸氣，水蒸氣在上升過程中遇冷凝結成小水珠，小水珠形成雨再降落到地面。通過知識的擴展和延伸，學生可以將雨的形成原因擴展到雪、霜、露、霧等形成原因，將陸地水循環和海洋水循環擴展到整個地球的水循環系統，從而建立起一套全面立體的地球海陸水循環知識體系。這一過程實現了學生知識量的積累，最為重要的是實現了知識層次上質的飛躍。

當然，自然科學的四大領域包含的知識體系太過龐雜，單單物質科學一個領域就包含了物質、運動、能量這三大門類，而能量之中又包含了聲、光、電、磁、熱等不同的細分門類。小學《科學》教材中單一活動的設置不可能涵蓋以上所有領域，因此，學生需要從整體的角度進行學習，以“積小流而成江海”的態度，從量的積累開始，腳踏實地，完成小學階段科學知識體系的構建，為下一階段的提升打下堅實的基礎。

形成掌握科學方法、認識科學本質、樹立科學思想、崇尚科學精神的科學態度

美國先進科學協會頒布的“2061計劃”提出，要通過科學教育使學生具有好奇心、尊重實證、批判地思考、靈活性、對變化世界敏感的科學態度。《義務教育小學科學課程標準》中也對科學態度的總目標進行了詳細表述：（1）對自然現象保持好奇心和探究熱情，樂于參加觀察、實驗、制作、調查等科學活動，并能在活動中克服困難，完成預定的任務。（2）具有基于證據和推理發表自己見解的意識;樂于傾聽不同的意見和理解別人的想法，不迷信權威;實事求是，用于修正和完善自己的觀點。（3）在科學學習中運用批判性思維大膽質疑，善于從不同角度思考問題，追求創新。（4）在科學探究活動中主動與他人合作，積極參與交流和討論，尊重他人的情感和態度。通過科學學習，尤其是通過科學探究，培養學生掌握科學方法、認識科學本質、樹立科學思想、崇尚科學精神的科學態度是科學教育的中層目標。

“探究雨的形成”這一探究活動在設計時充分考慮了對學生科學態度的培養。活動探究過程主要包括導入、假設、準備、步驟、得出結論、思考、討論等環節，形成了一個完整的探究鏈，不同的環節針對學生應該具有的科學態度進行了著重培養。導入部分“雨來自哪里？下雨時，天上的云和平時有什么不同”，其設置是為了讓學生對生活中觀察到的下雨現象保持強烈的好奇心，充分調動他們探究雨的形成原因的興趣和熱情，進一步增強他們的觀察分析能力、調查取證能力、動腦思考能力。假設部分“通過以上分析，我認為雨的形成可能和（什么）有關”，可以鍛煉學生根據自己觀察到的下雨現象和查閱的證據資料大膽表述自己的見解和推論，運用批判性思維對權威進行大膽質疑，同時還能夠傾聽其他同學關于下雨現象的不同想法，并根據已有證據勇于修正和改進自己的觀點。準備階段要求學生按照實驗需要認真準備材料及器具，預想到實驗過程中可能發生的意外情況并提前準備應急處置預案。活動過程中，學生需要按照實驗目標進行方案設計，并對其進行嚴格論證;實驗開始后學生要認真觀察實驗現象，詳細記錄實驗結果，仔細梳理實驗數據，小組內成員要通力合作，并就自己的觀點與其他成員進行積極、及時、充分的交流與討論，最終形成集體觀點。這一過程提升了學生的動手實踐能力，鍛煉了他們的創新性思維，增強了他們的團隊意識和集體觀念。思考和討論環節是學生科學知識的升華階段。學生的知識水平由觀察現象升級到真正認識現象背后的本質，由特殊性推廣到普遍性，為下一步以普遍性來指導特殊性奠定良好的基礎。

誠然，科學探究活動對于科學態度的培養起到了舉足輕重的作用，但是由于課程設置的需要，教材中很多科學探究活動并不能包含所有的科學探究環節。科學態度的培養不能單靠某一個科學探究活動，也不能單靠某一次科學實踐。這一目標的實現不可能一蹴而就，也不會一帆風順。這就要求學生以探究活動為載體，通過無數次的嘗試和不斷地積累，在潛移默化中完成科學態度的培養目標。

培養運用科學知識處理實際問題、參與公共事務的能力

探究活動作為科學學習的一部分，其最終歸宿和終極目標在于使學生能夠真正運用科學知識處理實際問題，參與公共事務。千百年來，無數的科學技術在人類的生產生活中得到推廣和應用，不斷影響著我們的自然環境、生活水平以及社會變遷，同時人類的需求也推動科學技術的不斷發展。科學技術對于人類社會的發展起到了巨大的推動作用，但同時也帶來了嚴重的負面效應，甚至在某些方面帶來了災難性的影響。科學技術作為一個充滿利弊的矛盾體，人類需要用理性的心態和方法去審視和利用它，從而使其效用達到最大化。

通過“探究雨的形成”的學習，學生已經將原有的知識體系進行了升級，掌握了雨的形成的過程和實質，并將知識擴展到了雪、霜、露、霧等自然現象。但是應該如何使這些知識真正服務于人類生產生活，還需要做進一步的延伸與拓展。春回大地的時候，一場春雨可以滋潤萬物，讓大自然變得綠意盎然、生機勃勃;一場暴風雨的降臨，又會損壞莊稼、損壞建筑，給人類的生命財產造成嚴重的損失。任何事情都具有兩面性，探究雨的形成的真正意義就在于引導學生對于雨能夠做到趨利避害。學生在學習完本活動之后，都能提出很多對自身生活影響較大的問題，并設計一些簡單的應對方案，如發生人力不能撲滅的特大火災時，可以根據氣象條件利用人工降雨的方式滅火;如暴風雨來臨時，一些動植物常常會表現反常，如燕子低飛、螞蟻搬家、魚躍水面、蜘蛛收網等，人類在得到這些消息時要提前做好防范等。

結語

學生科學素養的培養是一個循序漸進的過程，不可能一蹴而就。

經過近20年的艱苦探索，奮戰在科學教育戰線的廣大教師及科研人員不畏艱辛，在培養學生素養的道路上取得了不菲的成就。當今社會，科技發展日新月異，并以幾何級增長的速度大踏步向前邁進，這就對我國科學基礎教育事業提出了嚴峻的挑戰。冀人版小學《科學》教材在編寫過程中，作者團隊經過認真解讀課程標準，深刻領會課程宗旨，準確把握學生需求，深入總結教學經驗，精心設計出了數十個生動活潑的探究活動。這些探究活動形式豐富、內容廣泛、價值深遠，尤其在學生科學素質培養方面傾注了大量的心血。“探究雨的形成”活動只是教材的一個縮影，希望冀人版小學《科學》整套教材的探究與學習，能為學生科學素養的提升提供更多有益的幫助，能為我國科學基礎教育做出更多的積極的貢獻。

河北人民出版社（050051）？？