在科學(xué)實驗探究中構(gòu)建科學(xué)概念

湖北省武漢市武漢小學(xué)(430070) 萬金寶

2017版《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出：科學(xué)教學(xué)要倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)探究過程中發(fā)展思維能力、建構(gòu)知識、形成求真的科學(xué)品質(zhì)。新課程的實施，使科學(xué)課堂教學(xué)發(fā)生了巨大的變化，課堂的關(guān)注點已由原來的“知識傳授”為主轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤骄炕顒印睘橹?，“科學(xué)探究”成為小學(xué)科學(xué)教學(xué)活動的核心要素。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中提出并實踐“圍繞核心概念的構(gòu)建，設(shè)計并開展科學(xué)探究活動”，是對科學(xué)的深化與發(fā)展。

所謂科學(xué)概念，通俗講就是將科學(xué)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象等科學(xué)事實抽象概括為一句能解釋科學(xué)事實的表達(dá)，它反映了事物的本質(zhì)特征，是具有較好的遷移價值和解釋力的。科學(xué)學(xué)習(xí)過程中的探究實驗只有和科學(xué)知識實現(xiàn)對接，才可能將科學(xué)探究引向深度，真正實現(xiàn)科學(xué)探究的目的和價值，同時讓學(xué)生的情感態(tài)度價值觀在科學(xué)探究知識的過程中得以形成和發(fā)展。在科學(xué)實驗探究活動教學(xué)中，可以從以下幾點來構(gòu)建科學(xué)概念。

1 重視學(xué)生的體驗

學(xué)習(xí)體驗是學(xué)生直接經(jīng)驗的來源，也是感受、形成科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的前提。只有引導(dǎo)學(xué)生充分經(jīng)歷科學(xué)學(xué)習(xí)體驗，才能讓學(xué)生感受學(xué)習(xí)的成就與自信、體驗質(zhì)疑與創(chuàng)新、經(jīng)歷挫折與堅韌，進(jìn)而實現(xiàn)科學(xué)探究、科學(xué)概念與科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的協(xié)調(diào)發(fā)展，也就實現(xiàn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成?？傊?，學(xué)生只有親身經(jīng)歷科學(xué)探究才能真正建構(gòu)起科學(xué)概念，才能真正形成科學(xué)的態(tài)度與責(zé)任感。

因此，學(xué)生科學(xué)概念的建立必須與探究活動密切結(jié)合。

在執(zhí)教“運動與摩擦力”一課時，筆者分別安排了5次學(xué)生體驗活動：體驗?zāi)Σ痢Ⅲw驗?zāi)Σ亮?、測量摩擦力大小、驗證摩擦力的大小與接觸面光滑程度有關(guān)和驗證摩擦力的大小與物體重量有關(guān)。5年級的學(xué)生對運動和力并不陌生，他們有著自己的感性經(jīng)驗，為本節(jié)課的開展提供了很好的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。根據(jù)學(xué)生原有的認(rèn)知水平，在教學(xué)導(dǎo)入時，以學(xué)生觀察鞋底花紋作為切入口，從生活中的新舊鞋底引出摩擦現(xiàn)象，從摩擦現(xiàn)象到引出摩擦力。從感受生活中的摩擦力到測量摩擦力的大小，從測出的摩擦力大小不同引出摩擦力大小與物體重量和接觸面光滑程度有關(guān)?？梢哉f在教學(xué)中學(xué)生的體驗是充分的，是扎實的，可以促進(jìn)科學(xué)概念的建立。

2 重視對比實驗

對比實驗是指控制單一變量進(jìn)行實驗，它是小學(xué)科學(xué)探究實驗設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是學(xué)生收集科學(xué)證據(jù)的重要方法，也是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)推理的前提條件。對比實驗的目的是收集受單一變量影響下的科學(xué)實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)。因此，對比實驗的開展會受到正確的實驗操作步驟及科學(xué)的觀察方法的影響。在對比實驗教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生明確對比什么，怎樣去對比，對比的結(jié)果與實驗結(jié)論的得出之間的關(guān)系如何。只有這樣，教師才能充分激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣，將科學(xué)探究與科學(xué)知識的關(guān)系明確化。因此，教師組織學(xué)生開展對比實驗學(xué)習(xí)，需要充分調(diào)動學(xué)生的感官去觀察收集證據(jù)，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維活動，將科學(xué)探究的目的與科學(xué)概念的形成對接。

以“電磁鐵的磁力”一課中研究電磁鐵磁力大小與線圈圈數(shù)多少有關(guān)的實驗為例，先讓小組討論實驗計劃，明確哪些實驗條件是保持不變的，如鐵芯的粗細(xì)、電池數(shù)量、鐵芯長短、電線粗細(xì)、鐵芯形狀、小號大頭針等，然后再讓學(xué)生思考如何改變線圈圈數(shù)，線圈數(shù)變化要盡可能的拉開差距，比如20圈、60圈、100圈，讓實驗現(xiàn)象更加明顯。學(xué)生在觀察比較吸起大頭針的個數(shù)中，很容易就發(fā)現(xiàn)電磁鐵磁力大小與線圈圈數(shù)的關(guān)系：線圈圈數(shù)越多，電磁鐵磁力越大；線圈圈數(shù)越小，電磁鐵的磁力越小。經(jīng)歷了這樣一個對比實驗后，接下來學(xué)生再去研究電磁鐵的磁力大小與使用的電池數(shù)量、鐵芯粗細(xì)長短等有關(guān)的實驗時，通過實驗方案的設(shè)計，具體數(shù)據(jù)的對比，很輕松就能得出結(jié)論。這樣的一些對比實驗，化繁為簡，找出實驗中的變化條件，層層推進(jìn)，學(xué)生就容易發(fā)現(xiàn)出事物變化的一般規(guī)律，對學(xué)生構(gòu)建科學(xué)概念有很大的幫助。

3 強化數(shù)據(jù)意識

實驗數(shù)據(jù)是科學(xué)探究過程中收集的常見證據(jù)，是學(xué)生觀察結(jié)果的直接表達(dá)，也是科學(xué)概念得出的重要基礎(chǔ)。一個單一的數(shù)據(jù)是證據(jù)，它能證明事物在一點上變化的結(jié)果，但不能代表其他；一組數(shù)據(jù)是證據(jù)，它能證明事物在一個變化周期里的結(jié)果，不能代表普遍現(xiàn)象；多組重復(fù)實驗的數(shù)據(jù)是證據(jù)，能證明事物在一定條件下，具有相同的變化結(jié)果，具有普遍性。在科學(xué)探究活動中利用各種方法得到的大量數(shù)據(jù)，還需要通過整理和分析，才能發(fā)現(xiàn)彼此之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。有時數(shù)據(jù)可能不可靠，還需要不斷的進(jìn)行重復(fù)研究，以期得到可靠的、具有一定信度的數(shù)據(jù)，不斷提升數(shù)據(jù)的價值。可見，學(xué)生的科學(xué)探究過程除了要重視數(shù)據(jù)的收集，還需要引導(dǎo)學(xué)生用適當(dāng)?shù)姆绞秸砗头治?尤其是引導(dǎo)學(xué)生用圖表的方式直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù))。好的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)有利于實驗結(jié)果的分析，也有利于科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，即形成科學(xué)概念。

在執(zhí)教“擺的研究”一課時，筆者發(fā)現(xiàn)這節(jié)課是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)意識的好機會。在實驗中，有一個小組的記錄如下(見表1、2)。

表1 擺的快慢與擺錘重量關(guān)系實驗

表2 擺的快慢與擺繩長度關(guān)系實驗

在匯報交流的環(huán)節(jié)，幾個小組匯報了實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，學(xué)生相互討論。一位學(xué)生說：“我們組第一個實驗的結(jié)果是擺錘原來的重量和兩倍的重量擺得次數(shù)是一樣的，而他們這組有微小的差別，應(yīng)該再做幾次?！惫P者沒有讓這組學(xué)生立刻重做實驗，而是讓他們分析其中原因。有的學(xué)生說數(shù)據(jù)有問題、有的學(xué)生說時間有問題、有的學(xué)生說操作配合不默契等。經(jīng)過熱烈地討論，發(fā)現(xiàn)該小組在增加擺錘重量時忘了實驗前的溫馨提示，將擺錘上下連接，導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。此時筆者要求該組學(xué)生在課下再次通過實驗進(jìn)行驗證。這節(jié)課讓學(xué)生感受測量、數(shù)據(jù)的價值，意識到實驗數(shù)據(jù)的記錄、整理與分析是實驗結(jié)論得出的關(guān)鍵點。注重數(shù)據(jù)的記錄、整理和分析，不僅發(fā)展了學(xué)生運用數(shù)據(jù)解釋和推理的能力，還促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)概念的建立。

總之，在科學(xué)的探究過程中教師要采用多種教學(xué)策略，帶領(lǐng)學(xué)生親身體驗每一個科學(xué)探究過程，在探究中要了解學(xué)生已有的概念水平，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗探究，從實驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)最合理的觀點，把學(xué)生引向新的科學(xué)概念道路上。同時，引導(dǎo)學(xué)生形成以概念為框架，整合科學(xué)事實與核心概念的科學(xué)知識結(jié)構(gòu)，并將科學(xué)知識用于科學(xué)問題的解決。