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主動(dòng)建構(gòu)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力
主動(dòng)建構(gòu)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力
張海濱
�。ㄕ憬『贾菔杏嗪紖^(qū)塘棲二中）
摘 要：科學(xué)探究應(yīng)讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家研究自然界所用的方法，因?yàn)檫@樣可以讓學(xué)生少走彎路，較快地找到科學(xué)探究的大門，為此在以下方面做了些嘗試：創(chuàng)設(shè)情境，主動(dòng)建構(gòu)；強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；重視科學(xué)探究史教學(xué)。
關(guān)鍵詞：科學(xué)探究能力；情境；實(shí)驗(yàn)；探究史
科學(xué)的核心是探究。何為科學(xué)探究？美國(guó)的《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)探究做了明確的定義，“科學(xué)探究指的是科學(xué)家們用于研究自然并基于此種研究獲得的證據(jù)提出解釋的多種不同途徑。也指學(xué)生用以獲得知識(shí)、領(lǐng)悟科學(xué)家的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家研究自然界所用的方法而進(jìn)行的種種活動(dòng)”。由此可見(jiàn)，探究式教學(xué)實(shí)質(zhì)上是將科學(xué)領(lǐng)域的探究引入課堂，使學(xué)生通過(guò)類似科學(xué)家的探究過(guò)程，理解科學(xué)概念和科學(xué)探究的本質(zhì)，并培養(yǎng)科學(xué)探究能力的一種特殊的教學(xué)方法。
簡(jiǎn)而言之，探究教學(xué)強(qiáng)調(diào)的并不是問(wèn)題的答案，而是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程和途徑。當(dāng)今世界是一個(gè)信息社會(huì)化的世界，也是一個(gè)知識(shí)爆炸的時(shí)代，現(xiàn)有知識(shí)的量非常大，知識(shí)的獲取也比較容易，只要在網(wǎng)上百度一下就行了。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)重要的不是掌握了多少科學(xué)知識(shí)，而是要用一顆敏感的心去感受大自然，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探究問(wèn)題和解決問(wèn)題，這對(duì)于他們今后的工作、學(xué)習(xí)和生活都是終身受益的。
那么，我們?cè)谡n堂上如何進(jìn)行科學(xué)探究的教學(xué)呢？對(duì)照美國(guó)的《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)科學(xué)探究的定義，我認(rèn)為在具體的教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)最大可能再現(xiàn)科學(xué)家的探究過(guò)程。因?yàn)檫@樣可以讓學(xué)生少走彎路，較快地找到科學(xué)探究的大門。對(duì)此，本人主要在以下方面做了一些嘗試。
一、創(chuàng)設(shè)情境，主動(dòng)建構(gòu)
對(duì)于一些操作上比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，我們要盡可能地沿著科學(xué)家的思維軌跡和探究過(guò)程對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)。例如，在上電流的磁效應(yīng)時(shí)，我們不應(yīng)該演示了實(shí)驗(yàn)后馬上就得出電流周圍存在著磁場(chǎng)的結(jié)論。因?yàn)檫@樣并沒(méi)有讓學(xué)生嘗試到探究的樂(lè)趣，也不利于他們思維的發(fā)展。這節(jié)課我是這樣處理的，在演示了奧斯特實(shí)驗(yàn)后問(wèn)道：小磁針為什么會(huì)偏轉(zhuǎn)？事實(shí)上此時(shí)絕大多數(shù)學(xué)生并沒(méi)有把它和磁現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，有一位學(xué)生說(shuō)可能是由于我閉合開(kāi)關(guān)時(shí)手指的轉(zhuǎn)動(dòng)引起了空氣的流動(dòng)，從而使小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。我首先對(duì)這位學(xué)生敢于猜想的作風(fēng)加以肯定，同時(shí)指出，如果是那樣的話，過(guò)一會(huì)兒小磁針應(yīng)該恢復(fù)南北指向，而事實(shí)上卻沒(méi)有，但切斷電源后小磁針恢復(fù)了南北指向，從而否定了剛才那位學(xué)生的猜想。這時(shí)又有一位學(xué)生提出可能是由于導(dǎo)線通電后發(fā)熱（依據(jù)日常生活經(jīng)驗(yàn)），使得周圍空氣流動(dòng)，從而使小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，我同樣肯定了這位學(xué)生的敢于猜想，接著馬上指出，如果是那樣的話，我把小磁針換成火柴梗也會(huì)偏轉(zhuǎn)，但演示后并沒(méi)有；或者在導(dǎo)線和小磁針之間用玻璃板、硬紙板等障礙物隔開(kāi)，小磁針應(yīng)該不會(huì)偏轉(zhuǎn)，但演示后照樣偏轉(zhuǎn)，從而否定了第二位學(xué)生的猜想�！降资鞘裁丛蚰�？我引導(dǎo)學(xué)生思考：日常生活中什么東西能使小磁針偏轉(zhuǎn)？這時(shí)一位學(xué)生怯生生地提出：是不是導(dǎo)線通電后變成一根磁鐵而有磁性了？聽(tīng)到這句話后其他學(xué)生的思路也一下子被打開(kāi)，師生一起設(shè)計(jì)了各種方法進(jìn)行探究，最后得出了結(jié)論：通電直導(dǎo)體周圍確實(shí)存在著磁場(chǎng)，但磁感線的形狀并不像條形磁鐵。
小結(jié)時(shí)我告訴學(xué)生，剛才那兩位學(xué)生提出的猜想奧斯特也想到過(guò)，得知這一情況，學(xué)生激動(dòng)萬(wàn)分：沒(méi)想到我們竟然和科學(xué)家想到一塊去了，原來(lái)科學(xué)探究并不神秘。他們的內(nèi)心獲得了極大的滿足，充分享受到了科學(xué)探究的樂(lè)趣。
二、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
在進(jìn)行科學(xué)探究時(shí)，當(dāng)提出問(wèn)題和猜想后我們需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題，這是學(xué)生覺(jué)得最困難的。因?yàn)檫@需要學(xué)生有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、嚴(yán)密的數(shù)理邏輯和開(kāi)闊的視野。因此，我們需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行這方面的強(qiáng)化，方法之一是讓學(xué)生模擬科學(xué)家進(jìn)行相關(guān)的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
例如，關(guān)于焦耳定律的內(nèi)容，教材上是將一個(gè)設(shè)計(jì)好的裝置進(jìn)行演示，然后得出焦耳定律。我覺(jué)得這樣并不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。其實(shí)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作比較簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是這個(gè)裝置是怎么來(lái)的？為什么要采用這樣的裝置？這其實(shí)是讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的一個(gè)非常好的素材。因此，我對(duì)這節(jié)課的內(nèi)容是這樣處理的，在講了電流的熱效應(yīng)后，請(qǐng)學(xué)生猜想一下導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量可能跟哪些因素有關(guān)，由于學(xué)生在八年級(jí)時(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些電學(xué)知識(shí)，所以不難猜到可能跟電流和電阻有關(guān)，接著我讓學(xué)生當(dāng)一回焦耳，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證剛才的猜想，設(shè)計(jì)時(shí)畫草圖和電路圖均可。在大部分學(xué)生完成設(shè)計(jì)后，教師選取幾個(gè)比較典型的方案（應(yīng)選取那些有良好創(chuàng)意和典型錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)方案）和大家一起討論：發(fā)熱體應(yīng)該用一個(gè)還是兩個(gè)？這兩個(gè)發(fā)熱體應(yīng)怎樣連接？如何改變和測(cè)量電路中的電流？如何測(cè)量導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量？當(dāng)這些問(wèn)題都解決后，一個(gè)比較完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就出來(lái)了。然后將師生共同設(shè)計(jì)的方案和教材上的進(jìn)行比較，看看還有哪些不足或者比教材上更可取的地方。通過(guò)這樣的模擬設(shè)計(jì)，可以很好地鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究能力。
又如，有關(guān)大氣壓強(qiáng)的內(nèi)容，教材在介紹了馬德堡半球?qū)嶒?yàn)說(shuō)明大氣壓強(qiáng)很大后，就直接引出了大氣壓的數(shù)值，我覺(jué)得這樣讓學(xué)生被動(dòng)地接受大氣壓的數(shù)值根本不利于他們各方面能力（包括科學(xué)探究能力）的培養(yǎng)，而且他們也不容易記住大氣壓的數(shù)值，相關(guān)的概念很模糊，其實(shí)在這里我們完全可以模擬一下科學(xué)家們的探究過(guò)程。因此，我在演示了馬德堡半球?qū)嶒?yàn)后，對(duì)學(xué)生說(shuō)：“既然大氣有壓強(qiáng)，你能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)定出大氣壓的數(shù)值到底是多少？請(qǐng)大家試試看。”在我的要求下學(xué)生紛紛開(kāi)動(dòng)腦筋進(jìn)行嘗試，其中有一位學(xué)生提出用紙片托水的實(shí)驗(yàn)可以測(cè)定出大氣壓的數(shù)值，他說(shuō)把玻璃杯弄得長(zhǎng)一點(diǎn)，直到紙片托不住水，這時(shí)紙片上方液體的壓強(qiáng)就等于大氣壓強(qiáng)。我對(duì)該學(xué)生的這一想法大加贊賞，指出等效替代是科學(xué)探究上的一種常用方法，同時(shí)引導(dǎo)大家一起討論對(duì)該實(shí)驗(yàn)加以完善：能否將玻璃杯換成直徑較小的玻璃管？由于大氣壓的數(shù)值很大，能夠托起很高的水柱，玻璃管可能要很長(zhǎng)，對(duì)此我們應(yīng)該怎么辦？是否可以用其他的液體來(lái)代替水？……當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案趨于完善后，我給他們演示了實(shí)驗(yàn)，得出大氣壓的數(shù)值，并指出這一實(shí)驗(yàn)是意大利科學(xué)家托里拆利最先設(shè)計(jì)并做出來(lái)的，所以被稱為托里拆利實(shí)驗(yàn)。經(jīng)此一過(guò)程，學(xué)生茅塞頓開(kāi)，充分理解了大氣壓的數(shù)值、水銀氣壓計(jì)的原理等相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，并且對(duì)等效替代的科學(xué)方法也有了一定的了解。
三、重視科學(xué)探究史教學(xué)
對(duì)于一些比較復(fù)雜的科學(xué)探究我們不可能在課堂上用實(shí)驗(yàn)去重現(xiàn)科學(xué)家們的探究過(guò)程，但是應(yīng)該而且有必要向?qū)W生介紹科學(xué)家的探究史。例如，關(guān)于血型的內(nèi)容，教材上只是介紹了血型的類型，而對(duì)于血型的發(fā)現(xiàn)卻并無(wú)提及，但我每次講到血型時(shí)，都要向?qū)W生介紹血型的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)，主要是這樣三點(diǎn)：（1）較早時(shí)期人們進(jìn)行輸血嘗試的失��；（2）奧地利醫(yī)學(xué)家蘭德斯坦納的發(fā)現(xiàn)；（3）第一次世界大戰(zhàn)中，德國(guó)醫(yī)學(xué)家?jiàn)W登堡根據(jù)蘭德斯坦納的研究成果進(jìn)行輸血，居然大獲成功，挽救了大量傷員。學(xué)生聽(tīng)了之后不僅了解了人類在挽救生命上所作的努力，更使他們深刻地認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究的重要性。
再如，關(guān)于酸堿指示劑的內(nèi)容，由于日常生活中我們很少接觸到相關(guān)的物質(zhì)和概念，所以幾乎每屆都有學(xué)生問(wèn)我：酸堿指示劑是從哪里來(lái)的？它是怎么被發(fā)現(xiàn)的？于是我向他們介紹波義耳發(fā)現(xiàn)和提取酸堿指示劑的經(jīng)歷，學(xué)生聽(tīng)了之后明白了科學(xué)探究就在我們身邊，但是機(jī)遇只青睞那些有心的人，成功只屬于那些有準(zhǔn)備的人。
此外，像細(xì)胞學(xué)說(shuō)的提出、血液循環(huán)和光合作用的發(fā)現(xiàn)等內(nèi)容都是進(jìn)行科學(xué)探究史教學(xué)的很好的素材，通過(guò)這些科學(xué)探究史的教育，可以使學(xué)生明白科學(xué)探究的長(zhǎng)期性和艱巨性，增強(qiáng)他們不畏艱難，愈挫愈勇，終生獻(xiàn)身科學(xué)事業(yè)的信心。
參考文獻(xiàn)：
劉廣�？茖W(xué)探究能力要素的培養(yǎng)研究［D］。南京師范大學(xué)，2005.
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