淺析基于真實情境的科學探究教學

朱慶華 蕭山區河上鎮初級中學

科學課程的本質是科學探究。學生對科學的學習始于他們在生活實踐中對自然界的認識，而不是單純的書本知識的記憶和接受。在科學課程的教學中，教師要創設真實情境，運用多種方式對學生進行科學探究的訓練。而有效的科學探究，應該是基于真實情境的科學探究。實施有效的教學策略可以促進學生科學核心素養的落實。

一、創設真實情境，引發認知沖突

在學生的認知結構中，有大量基于生活學習經驗的前概念，這些前概念有些屬于科學真理，但有些與正確的科學思想、科學知識相違背。

因此，在教學活動中，首先應該創設真實情境，使情境與學生原有認知結構發生強烈沖突，充分暴露學生的錯誤前概念，從而引發學生提出相異觀點—與原有認知結構相沖突的觀點。

以力的存在一課為例。這節課中，學生存在多個相異觀點：兩個沒有相互接觸的物體，也會產生力的作用。堅硬的物體受到力的作用時也會發生形變。作用力與反作用力大小相等。這些相異觀點與學生原有生活經驗形成強烈沖突，通過真實情境的創設，可以將學生的錯誤前概念暴露出來，并在課堂上對認知結構進行修正或重構。比如“作用力與反作用力大小相等嗎”這一問題，通過展示工程車與小汽車相撞、小汽車撞電線桿、小鳥撞飛機等圖片或其他素材，將知識沖突化，強烈的視覺沖擊加上生活經驗會讓學生認為“作用力與反作用力大小不相等”，引發認知沖突，由此教師便可引導學生進入下一個環節—設計獲取事實證據的方案并進行實驗，運用證據進行分析論證，實現科學概念和知識的“再平衡”。

通過真實情境的創設，引發認知沖突，有助于學生批判思維的養成和質疑精神的培養，有助于學生質疑創新等核心素養的落實。

二、滲透科學思想，內化科學方法

學生所學習的科學知識，在科學歷史長河中所占比重少之又少，但引導學生像科學家一樣進行科學探究，領會科學思想和掌握科學方法對學生而言是至關重要的。學生在設計獲取證據的方案時，往往存在以下問題：如何對設計出的方案進行優化，如何對變量進行控制和轉化，如何設置對照實驗。

在九年級上冊第四章第2節《食物消化與吸收》中，探究實驗：探究影響酶催化作用的因素。該實驗很顯然運用到了控制變量的科學方法，同時還涉及變量轉化。如：探究溫度對酶催化作用的影響。該實驗設計的關鍵就在于控制變量，具體表現為：改變自變量—溫度，觀測因變量—淀粉酶的催化效率、控制無關變量—PH值、淀粉液濃度、淀粉液的量、唾液的量等等。而對于淀粉酶的催化效率，直接觀測無法實現，因此需用到先行組織者“淀粉遇碘變藍色”，用碘液來檢驗淀粉的存在與否。這樣就實現不可觀測的“催化效率”轉化為了可觀測的“是否變藍”。科學探究貫穿于整個初中科學課程的學習，也是考試重點考查的內容。

科學探究活動在具體實驗時，常常要用到“控制變量法”。在教學活動中，教師要引導學生分析自變量、因變量、無關變量，從自變量的設置、無關變量的控制，因變量的觀測三方面引導學生設計對照實驗，通過不斷地滲透變量意識，增強學生的控制變量和轉化變量的能力，從而提升實驗設計能力。

科學的研究對象是自然現象，自然現象是復雜的，受到眾多因素影響的，但自然現象背后的原因和規律是可以被認識的。科學實驗的目的就是排除眾多因素的干擾，研究單一的因素對實驗現象的影響，從而逐步揭示科學本質。教師在進行設計獲取證據方案的教學活動時，要引導學生汲取科學家和前人的智慧，將“知識的知識”—科學思想和科學方法內化和運用。

三、落實證據意識，獲取有效證據

科學課程中的“事實證據”有別與法律意義上的證據，科學課程中的事實證據不僅僅包括科學事實（實驗現象、實驗數據等實驗情境），也包括理論依據[1]。在教學活動中，要逐步養成學生的證據意識，學會科學的方法與技能獲取有效證據。在探究活動中，注重高階思維的訓練，發展學生獲取證據、邏輯推理、分析論證等素養。

在學生實驗“探究凸透鏡成像規律”中，若將物距等于2f、f這兩個關鍵的點給學生，學生只需將蠟燭移動至相應范圍內。這樣的實驗教學顯然屬于“無腦實驗”，學生僅僅是動手操作一番，證據獲取的能力并未得到鍛煉，更談不上獲取有效證據。我們將實驗的主體地位還給學生，指導學生從離凸透鏡較遠的位置開始，將蠟燭逐步靠近凸透鏡，移動光屏找到像，記錄像的性質及像距。例：凸透鏡的焦距為10cm，則在設置物距時可以是30、28、26、24、22、20、18、16……相同間隔的整數值作為物距，如下表所示（部分欄省略）。

實驗次數 物距u/cm 像距v/cm 像的性質1 30 2 28 3 26…… ……

教師引導學生通過比較數據，基于真實的實驗情境和數據，分析推理出凸透鏡成像規律。對于物距和像距的處理，用描點法作圖的方法，將物距和像距畫在直角坐標系中，引導學生利用“臨界點”的思路，意識到放大的像與縮小的像之間存在一個臨界點，并再次通過實驗驗證[2]。在日常教學活動中，教師要培養學生的證據意識，學會獲取有效證據，合理運用數理方法處理數據，養成“利用證據主張觀點”的習慣。

無論是通過實驗獲取實驗現象、實驗數據，還是理論依據，我們都認為是真實實驗情境下的事實證據，只要是學生實事求是，細心觀察、測量，真實獲取的，都是值得肯定的。在日常教學活動中，教師要培養學生的證據意識，在證據獲取的過程中，養成嚴謹的科學態度，培養證據意識，引導學生在解決實際問題時能夠有理有據，靠證據主張觀點。

四、回歸真實情境，運用證據再說觀點

科學課程引入了大量的科學探究實驗，旨在讓學生在學習科學知識的同時，經歷科學探究的過程，領會科學思想、掌握科學方法，培養學生分析問題，運用科學知識解決實際問題的能力。將科學知識融入到真實情境，有利于學生今后發展過程中解決實際問題能力的提高。科學探究讓學生像科學家一樣思考，像科學家一樣探究，通過科學探究的各個環節或部分環節，基于分析論證得出科學結論，并將科學結論內化為學生認知結構中的理論依據。

在教學活動中，教師需創設真實情境，將科學知識、科學理論與學生實際生活學習緊密聯系，引導學生運用理論依據分析、推理、解釋有關現象，解決實際問題，即運用證據再說觀點。

在力的存在一課中，學生論證“力的作用是相互的”之后，“力的作用是相互的”便成了學生的理論依據，可以讓學生思考解決兩個問題（1）人在游泳時為什么要向后劃水？（2）火箭是依靠什么動力飛上天的？教師要引導學生按照“情境→理論依據→推理分析→結果”的路徑進行回答。再比如大氣壓強一課中，有大量的生活現象，也可以按照上述路徑進行分析說理。

此外，教師也可以通過模型建構，將真實情境通過模型搬進課堂，甚至可以進行簡單的實驗。理論推導→實驗驗證，實驗驗證→理論推導，相互論證。

真實的情境有助于引發認知沖突，將科學思想和科學方法在科學探究教學活動中加以滲透和內化，并培養學生實事求是、嚴謹的科學態度，學會用證據主張觀點的能力。在得出新的科學結論時，學生的認知結構進行了修正和完善，要引導學生回歸真實情境，運用證據主張觀點，學以致用。

以上四個方面的教學策略，有助于提升科學探究的有效性，有助于科學思維、科學方法的訓練，有利于學生“科學思想、證據獲取、批判質疑、分析論證、邏輯推理”等核心素養的發展。

同時，我們也認為：科學思想、證據獲取、批判質疑、分析論證、邏輯推理等核心素養并不是孤立的，而是相輔相成的，科學探究能力是一種綜合能力。因此，在實際教學活動中，還要注意對核心素養的整體把握，運用多種教學策略。