探究基于概念建構(gòu)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)策略

楊茜

科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中存在著動(dòng)機(jī)不明確，僅僅追求形式上的“正確”，用程序化的探究過程代替學(xué)生思維，學(xué)生缺乏深層次的探究體驗(yàn)的普遍現(xiàn)象。本文以蘇教版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)《光的行進(jìn)》中“光沿直線傳播”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)為例，提出基于概念建構(gòu)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)策略，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的效能，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)和實(shí)踐能力。

一、學(xué)情分析

“光沿直線傳播”的實(shí)驗(yàn)來源于蘇教版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)第二單元“光與色彩”第一課《光的行進(jìn)》，本課是以課標(biāo)中“識(shí)別光源;知道光在空氣中沿直線傳播的概念”為依據(jù)建構(gòu)的，是學(xué)生認(rèn)識(shí)其他光現(xiàn)象的基礎(chǔ)。

在以往的教學(xué)當(dāng)中，我們都會(huì)做這樣的實(shí)驗(yàn)：學(xué)生先假設(shè)光沿直線傳播，然后我們把一組帶孔的卡片沿直線排列，小孔對(duì)齊，這時(shí)我們打開光源，會(huì)在后面的屛上出現(xiàn)一個(gè)光斑。左右移動(dòng)卡片，光斑會(huì)發(fā)生變化或消失，這就說明了光沿直線傳播。這是實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)基本邏輯。經(jīng)過這樣的實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生是否真正能夠建構(gòu)光沿直線傳播的概念呢？我們帶著這樣的疑問對(duì)學(xué)生（73 人）進(jìn)行了后測，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。

從結(jié)果可以看出，大多數(shù)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光沿直線傳播的假設(shè)，都知道光沿直線傳播這一特性?？赏瑫r(shí)我們也發(fā)現(xiàn)了很嚴(yán)重的問題：88% 的學(xué)生只畫出了穿過小孔的那一條光線。這說明學(xué)生對(duì)于這一概念的建構(gòu)僅僅停留在穿過小孔的那一條光線沿直線傳播上，并沒有關(guān)注到其他的光線。在他們腦海中沒有形成光束是由一道道光線組成的微觀的線性模型概念。這種機(jī)械式的、表象性的、不完整的對(duì)概念的理解，讓學(xué)生無法進(jìn)行知識(shí)的遷移，很難解釋生活中的現(xiàn)象，比如光斑、影子的形成，小孔成像的原理等。如何幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)的光線模型成為我們教學(xué)的核心。

二、實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

1. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)后測結(jié)果、課標(biāo)及學(xué)生的認(rèn)知水平，我們將探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：

（1）探究光在空氣中的傳播路徑，建構(gòu)光沿直線傳播的概念;

（2）通過系列實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象分析，建立科學(xué)的 “光線”模型;

（3）運(yùn)用光線模型解釋小孔成像的原理。

2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

怎樣才能達(dá)到我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)呢？我們對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新，對(duì)教具進(jìn)行了改進(jìn)。通過三個(gè)層級(jí)的系列實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生經(jīng)歷“形象思維”→“抽象思維”→“邏輯思維”的轉(zhuǎn)變過程，逐級(jí)進(jìn)行概念的理解和建構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)一：一條光線沿直線傳播

第一層級(jí)的實(shí)驗(yàn)探究使用的還是教材中的實(shí)驗(yàn)。打開手電，將3 張帶孔卡片放在假設(shè)的光的傳播路徑上。當(dāng)卡片沿直線排列，小孔對(duì)齊時(shí)，屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)光斑。實(shí)驗(yàn)說明：穿過小孔的這一條光線沿直線傳播。通過后測，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生關(guān)注的只是穿過小孔的這條光束，并沒有關(guān)注到其他的光線。造成這一結(jié)果的原因是手電筒發(fā)出的光從學(xué)生觀察的平面上看起來比較窄。

于是我們對(duì)教具進(jìn)行了改進(jìn)，改變光源。將傳統(tǒng)手電筒改為可變焦手電筒，同時(shí)將手電筒的聚光透鏡拆除，擴(kuò)大手電筒的光區(qū)面積（接近180 度）。這時(shí)學(xué)生就會(huì)關(guān)注到，除了穿過小孔的這條光線，還有很多其他的光線，這些光線是不是也是沿直線傳播的呢？

實(shí)驗(yàn)二：立體空間內(nèi)每一條光線沿直線傳播

學(xué)生的認(rèn)識(shí)是不斷發(fā)展的，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)老師這個(gè)手電筒發(fā)出的光不僅限于在這一個(gè)平面內(nèi)，它是一個(gè)立體的，這些光線是不是也是沿直線傳播呢？是不是也可以用之前的方法進(jìn)行求證呢？通過對(duì)前面兩組實(shí)驗(yàn)的分析、類比，學(xué)生推測只要把帶孔紙板舉起來，置于立體空間中，稍微調(diào)整三張紙板的角度即可。

依據(jù)學(xué)生認(rèn)識(shí)的發(fā)展，同時(shí)根據(jù)便于操作的實(shí)驗(yàn)需求，我再一次對(duì)教具進(jìn)行改進(jìn)，將一組帶孔卡片用強(qiáng)力磁鐵和夾子固定在透明直尺上并沿直線排列。將尺子傾斜抬起，使卡片與光源成一定角度。打開光源，調(diào)整直尺角度，直到光屏出現(xiàn)光斑。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于把第二層級(jí)的實(shí)驗(yàn)放到一個(gè)立體空間當(dāng)中。我將實(shí)驗(yàn)三設(shè)定為演示實(shí)驗(yàn)，所以提前預(yù)設(shè)了一組沿直線擺放的帶孔的卡片，上下轉(zhuǎn)動(dòng)光源，可以看到光斑位置沒有改變。那么依據(jù)之前的實(shí)驗(yàn)邏輯，這就說明了在這個(gè)立體空間里有許多光線，每條光線都沿直線傳播。

三、基于概念建構(gòu)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)策略

1.通過“前測”搭建“已知”和“未知”的橋梁

學(xué)生進(jìn)入課堂前已經(jīng)掌握了相關(guān)的科學(xué)概念。在進(jìn)行“光沿直線傳播”概念教學(xué)時(shí)，通過“前測”探明學(xué)生原有的對(duì)“光線”的概念，找到形成“原概念”的原因，通過逐級(jí)推進(jìn)的系列探究實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生逐步建構(gòu)完整的 “光線”模型。因此在每個(gè)單元開始時(shí)，教師要認(rèn)真做好診斷性評(píng)估，主動(dòng)了解學(xué)生在每個(gè)單元中存在的誤區(qū)。師生在此基礎(chǔ)上經(jīng)過教學(xué)互動(dòng)發(fā)生概念轉(zhuǎn)變，從而形成或建構(gòu)出正確的概念。

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果是學(xué)生思維發(fā)展的“素材”

探究實(shí)驗(yàn)的過程要呈現(xiàn)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行比較、分析、歸納、演繹等思維活動(dòng)，思做結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。教材上的“光沿直線傳播”實(shí)驗(yàn)只是簡單讓學(xué)生用三張帶孔紙板驗(yàn)證生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生缺少深度的思考。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)和新舊經(jīng)驗(yàn)交互作用的過程。教師不僅要幫助學(xué)生在探究過程中獲得對(duì)信息的正確理解，同時(shí)還要能夠賦予新的解釋，并在此基礎(chǔ)上重新建構(gòu)知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)不僅要憑著本身的特點(diǎn)去激發(fā)和滿足學(xué)生的好奇心，更要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的過程，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)求證的重要性。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、觀察中能不停地思考，形成對(duì)科學(xué)概念的正確理解，優(yōu)化學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)。實(shí)驗(yàn)不僅是驗(yàn)證假設(shè)的過程，更應(yīng)該是學(xué)生思維參與的探究過程。