“探究項目”有助科學學科高階思維培養(yǎng)

李雪玲

研究意義

基于真實情境的項目教學是促進學生深度學習的重要方式 基于真實情境的項目教學融合了科學學科探究的過程要素，通過組織學生主動、深層次參與學習活動，讓知識在項目學習中呈現(xiàn)，以激發(fā)學生的認知需要。同時在一定的真實情景中學習，容易喚醒已有的相關(guān)知識、經(jīng)驗等，融合當前學習到的新知識，促進科學知識向?qū)W科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。在項目教學過程中注重過程性評價，在尚有改進機會時發(fā)現(xiàn)問題，讓學生在學習的過程中獲得“重置”的機會。

基于目標的科學探究是激活科學高階思維的有效手段依據(jù)初中科學課課標、教材、學情、資源等來確定具體科學探究的目標，在科學探究中需要對提出的問題進行簡單分析，初步判斷是否適合于探究的目標，需要學生具有批判性思維，在解決問題的過程中更需要創(chuàng)造性思維。有目標的科學探究能夠發(fā)展學生的問題解決能力、決策能力和創(chuàng)新能力，是激活科學高階思維的有效手段。

理性思考

真實情境，主動建構(gòu) 建構(gòu)主義認為，學生的學習是建立在已有知識和生活經(jīng)驗的基礎(chǔ)上的，與真實環(huán)境互動，主動建構(gòu)的過程。同時在一定的背景中學習，容易喚醒學生前概念和潛概念。在指向高階思維的科學探究項目教學中知識在真實任務(wù)情境中呈現(xiàn)，在真實情境中用科學方法和科學思維來進行教學組織，以激發(fā)學生的認知需要和求知欲。

問題意識，高階思維 美國教育家布盧姆認為，分析、綜合、評價和創(chuàng)造屬于高階思維。杜威認為，高階思維不是自然發(fā)生的，它是由“難題和疑問”或“一些困惑、混淆或懷疑”引發(fā)的?；谡鎸嵡榫车捻椖拷虒W在問題生成、探究過程和評價反思中激活綜合分析創(chuàng)造等高階思維。

探究項目教學設(shè)計

指向高階思維的科學探究項目教學讓學生經(jīng)歷像科學家一樣的研究過程。根據(jù)初中科學課標，結(jié)合科學探究達成目標的項目教學主要的過程：在提出科學問題環(huán)節(jié)關(guān)注將生活中的真實問題轉(zhuǎn)化成科學問題等目標的落實。在建立科學假設(shè)環(huán)節(jié)中主要落實提出科學的猜想并分析合理的理由。在制定最佳方案環(huán)節(jié)中落實針對探究目標、設(shè)計實驗?zāi)繕说?。在獲取事實證據(jù)中落實選擇有用信息、觀察比較測量、數(shù)據(jù)分析處理等目標。展示合作交流中讓學生掌握科學地表述、書寫、合作、交流等能力。最后評價檢驗改進環(huán)節(jié)使學生能夠進行科學解釋、比較改進，甚至在檢驗評價中發(fā)現(xiàn)新的問題，進入又一個新的學習歷程。項目教學從初中科學核心素養(yǎng)和初中生的年齡及經(jīng)驗水平出發(fā)設(shè)置項目任務(wù)，逐層落實各個目標。學生在尋找事實證據(jù)中對不同的觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑批判，不斷提升創(chuàng)造性思維。

探究項目教學策略

基于真實生活情境的預(yù)探究 科學源于生活，又服務(wù)于生活。創(chuàng)設(shè)真實生動的情境是達成項目教學目標的關(guān)鍵。我國現(xiàn)代著名教育家陶行知先生認為：一切教學必須通過生活才有效。挖掘出實際生活中與初中科學相關(guān)的可操作的真實問題能使初中科學的教學充滿生機。

【課前探究案例】自制酸堿指示劑項目

項目目標：通過“自制酸堿指示劑”的活動，了解酸堿指示劑的概念，能用酸堿指示劑來測定溶液的酸堿性，掌握控制變量法、轉(zhuǎn)換法等科學方法，提升科學思維。

一是創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題。讓學生在炒熟的紫甘藍中加點食醋調(diào)味，學生驚訝地發(fā)現(xiàn)：紫甘藍變紅了。學生很自然地提出了“為什么變紅？哪些有色食物有這樣的性質(zhì)呢？”等問題。這樣的情景設(shè)計既讓學生將科學與日常的生活經(jīng)驗相聯(lián)系，同時也充分調(diào)動了學生的各種感官，激發(fā)學生的興趣。

二是明確任務(wù)，自主探究。基于科學探究目標的項目教學實施流程：明確任務(wù)—學生制定研究計劃—開展項目學習—進行成果呈現(xiàn)與成果分享。在自制酸堿指示劑項目中學生明確自制酸堿指示劑任務(wù)后進行查閱資料、研究計劃等過程的學習?？茖W源于生活，日常生活中的真實情境在教學中進行滲透，提高了科學知識在生活中的應(yīng)用能力。

得出結(jié)論：學生通過制作紫甘藍汁液、制作胡蘿卜汁液、利用指示劑、驗證指示劑的性質(zhì)等流程完成實驗，得出結(jié)論。即：紫甘藍汁液、莧菜汁液遇酸性物質(zhì)變紅，遇堿性物質(zhì)變藍。胡蘿卜汁液在中性液體中呈現(xiàn)灰黃色，遇酸性物質(zhì)變成金黃色，遇堿性物質(zhì)變成土黃色。由此得出三者的相同點是：都具有和酸堿指示劑相似的性質(zhì)。但是三者的不同點是：紫甘藍汁液、莧菜汁液都有明顯的變色，都可用作自制酸堿指示劑；而胡蘿卜汁液變色不明顯，指示性差，故不可用作自制酸堿指示劑。

三是探究反思，提煉方法。在探究中引導(dǎo)學生經(jīng)歷“查閱資料理論學習—實施實驗設(shè)計—結(jié)果分析與反思—開展總結(jié)討論”這一完整的學習過程。自制酸堿指示劑項目的實施促使學生體驗到利用科學理論和技能來解決生活中真實問題的樂趣和成就感，真正發(fā)揮了學生的自主學習與促進了學生實踐素養(yǎng)的提升。

提出疑問：這些蔬菜汁液為什么具有這種性質(zhì)呢？

查閱資料：紫甘藍和莧菜中含有花青素，這是一種水溶性的植物色素，故它能使紫甘藍和莧菜的汁液呈紫色?；ㄇ嗨赜龅揭蛩釅A度不同的溶液而改變其顏色。

反思實驗：為什么制取莧菜的汁液可以用水浴加熱呢？莧菜在加熱的條件下，其植物體內(nèi)的細胞液、花青素很容易脫出溶于水，故操作簡便省力。而紫甘藍和胡蘿卜的汁液卻不行，本實驗用到了水浴法，優(yōu)點是能使莧菜受熱均勻。

學生感言：本次實驗運用了控制變量和轉(zhuǎn)換法，通過這次的實驗探究，我知道了一些常見植物色素的性質(zhì)，親手檢驗了它們的性質(zhì)，它們具有很好的研究利用價值，它們在生活中判斷物質(zhì)的性狀方面也起著很大的作用。主要在實踐中學習獲得不一樣的學習體驗。

本項目通過常用酸堿指示劑的自制和在酸性、堿性溶液中的顏色變化實驗，引導(dǎo)學生科學探究，動手動腦學科學，激發(fā)對科學的學習興趣。

基于實驗中真問題的深探究 在探究過程如果所選擇的研究對象選擇不當會帶來實驗的失敗，但同時也是很寶貴的生成性教學資源。基于真實出現(xiàn)的問題進行的真實探究是認知內(nèi)化的過程，是淺層次學習到深層次探究的過程，由已有知識走向未知知識的過程，由知識建構(gòu)到技能再到核心素養(yǎng)逐步生成的過程，真實探究根據(jù)學情設(shè)置情景激發(fā)認知沖突，可以適時設(shè)置針對性的任務(wù)進行探究，進而激發(fā)創(chuàng)新思維。

課中探究案例：探究雪碧項目

探究目標：通過實驗設(shè)計和小組活動，掌握二氧化碳的性質(zhì)，培養(yǎng)在科學探究中嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

一是大膽試錯，產(chǎn)生問題。探究雪碧項目從學生已有的生活經(jīng)驗出發(fā)，用生活中的素材創(chuàng)設(shè)問題情景，整堂課圍繞一瓶雪碧展開探究。但在研究CO2與H2O反應(yīng)的探究中，有些學生選擇了直接用雪碧為原料進行探究。此時適時展示雪碧汽水標簽的內(nèi)容，學生從中反思自己實驗設(shè)計的不嚴密，深刻體會科學探究中的控制變量法的作用。在教學中給學生試錯的機會，及時捕捉學生的最近興趣點或者錯誤點，拉近學生與問題的距離，當真實問題與課本知識相矛盾時，學生會產(chǎn)生認知沖突，進而產(chǎn)生強烈求知欲，對后面的探究活動會收到事半功倍的效果。

二是任務(wù)驅(qū)動，展示交流。具體任務(wù)能讓學生在思想上有緊迫感。學習中遇到的問題，可以通過查閱資料、教材小組合作交流、教師點撥指導(dǎo)，打破了“教師一言堂”的局面。對比實驗是化學實驗的重要方法，通過二氧化碳溶于水后使石蕊變色的探究，讓學生設(shè)計實驗，學習對比實驗的理念和方法。在實驗設(shè)計過程，有部分小組只設(shè)計了將紫蝴蝶（含有紫色石蕊，遇到某些物質(zhì)能夠變色，有時候變成紅色，有時候變成藍色）放進溶解有二氧化碳的水中一個實驗，通過科學探究設(shè)計評價交流環(huán)節(jié)的思維碰撞，暴露了部分學生缺乏對比實驗設(shè)置意識的真實的學習狀況，同時在與同伴的交流中改進方案。再讓學生經(jīng)歷實驗探究過程，在根據(jù)實驗現(xiàn)象分析、得出結(jié)論從而獲得成功的喜悅和對科學學習的持續(xù)興趣。加強實驗設(shè)計的體驗，通過讓學生講述自己的設(shè)計提高學生的表述能力，并使學生初步學會評價和改進實驗設(shè)計；通過生生互評、師生共評和自我反思讓學生感受成功的喜悅，激發(fā)學生持續(xù)的學習興趣。

研究成效

讓探究走向真實 科學探究是初中科學的本質(zhì)特征，更是科學學習的重要方式。科學探究是實驗活動和邏輯推理交互作用的創(chuàng)造性思維過程。將科學探究置于真實情境中，讓學生親自經(jīng)歷探究的整個過程，引導(dǎo)學生關(guān)注身邊的科學現(xiàn)象，利用身邊的物品進行實驗，主動參與探究活動，提升思維的創(chuàng)新性，在教學中基于學生的真實問題去設(shè)計科學探究目標，讓目標更適切、達成更有效。指向高階思維的科學探究項目教學讓學生真正經(jīng)歷一次完整的科學探究，落實“從生活中來，到生活中去”的教學理念。

讓學習走向深度 學生自己發(fā)現(xiàn)身邊的科學問題，讓學生主動去探索，去解決問題。指向高階思維的科學探究項目教學往往用更多的時間安排學生進行項目合作自主探究式學習，以合作分享為平臺，實現(xiàn)教學的雙向互動，主動的學習讓學生對學習產(chǎn)生內(nèi)驅(qū)力，促進學生深入可持續(xù)學習。在雪碧探究項目中，在如何證明雪碧里溶有的氣體是CO2的實驗設(shè)計中，學生發(fā)散思維提出了多種驗證方法，讓學生在思考中走向深度學習。

讓思維走向高階 項目教學中學生基于真實情境以質(zhì)疑精神和批判性思維去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。在雪碧探究項目的課后家庭小實驗：配制汽水（原料：檸檬酸、小蘇打、純凈水和白砂糖等）中，讓學生經(jīng)歷了從研究汽水到研發(fā)汽水，激發(fā)了學生創(chuàng)新思維。同時在展示評價中關(guān)注素養(yǎng)目標的達成，及時的評價反饋調(diào)動了學生探究的欲望，令學生在科學探究中充滿著滿滿的成就感。在項目實施中不斷啟發(fā)學生進行思辨和實證，讓課堂充滿思維的碰撞，助力學生高階思維的發(fā)展。

（作者單位：浙江省杭州市大關(guān)中學）