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主動建構培養(yǎng)學生的科學探究能力
主動建構培養(yǎng)學生的科學探究能力
張海濱
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摘 要：科學探究應讓學生體會科學家的思想觀念、領悟科學家研究自然界所用的方法，因為這樣可以讓學生少走彎路，較快地找到科學探究的大門，為此在以下方面做了些嘗試：創(chuàng)設情境，主動建構；強化實驗設計；重視科學探究史教學。
關鍵詞：科學探究能力；情境；實驗；探究史
科學的核心是探究。何為科學探究？美國的《國家科學教育標準》對探究做了明確的定義，“科學探究指的是科學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。也指學生用以獲得知識、領悟科學家的思想觀念、領悟科學家研究自然界所用的方法而進行的種種活動”。由此可見，探究式教學實質上是將科學領域的探究引入課堂，使學生通過類似科學家的探究過程，理解科學概念和科學探究的本質，并培養(yǎng)科學探究能力的一種特殊的教學方法。
簡而言之，探究教學強調的并不是問題的答案，而是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程和途徑。當今世界是一個信息社會化的世界，也是一個知識爆炸的時代，現(xiàn)有知識的量非常大，知識的獲取也比較容易，只要在網(wǎng)上百度一下就行了。對于學生來說重要的不是掌握了多少科學知識，而是要用一顆敏感的心去感受大自然，學會發(fā)現(xiàn)問題、探究問題和解決問題，這對于他們今后的工作、學習和生活都是終身受益的。
那么，我們在課堂上如何進行科學探究的教學呢？對照美國的《國家科學教育標準》對科學探究的定義，我認為在具體的教學實踐中應最大可能再現(xiàn)科學家的探究過程。因為這樣可以讓學生少走彎路，較快地找到科學探究的大門。對此，本人主要在以下方面做了一些嘗試。
一、創(chuàng)設情境，主動建構
對于一些操作上比較簡單的實驗，我們要盡可能地沿著科學家的思維軌跡和探究過程對學生進行引導。例如，在上電流的磁效應時，我們不應該演示了實驗后馬上就得出電流周圍存在著磁場的結論。因為這樣并沒有讓學生嘗試到探究的樂趣，也不利于他們思維的發(fā)展。這節(jié)課我是這樣處理的，在演示了奧斯特實驗后問道：小磁針為什么會偏轉？事實上此時絕大多數(shù)學生并沒有把它和磁現(xiàn)象聯(lián)系起來，有一位學生說可能是由于我閉合開關時手指的轉動引起了空氣的流動，從而使小磁針發(fā)生了偏轉。我首先對這位學生敢于猜想的作風加以肯定，同時指出，如果是那樣的話，過一會兒小磁針應該恢復南北指向，而事實上卻沒有，但切斷電源后小磁針恢復了南北指向，從而否定了剛才那位學生的猜想。這時又有一位學生提出可能是由于導線通電后發(fā)熱（依據(jù)日常生活經(jīng)驗），使得周圍空氣流動，從而使小磁針發(fā)生了偏轉，我同樣肯定了這位學生的敢于猜想，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偏轉，但演示后并沒有；或者在導線和小磁針之間用玻璃板、硬紙板等障礙物隔開，小磁針應該不會偏轉，但演示后照樣偏轉，從而否定了第二位學生的猜想。……到底是什么原因呢？我引導學生思考：日常生活中什么東西能使小磁針偏轉？這時一位學生怯生生地提出：是不是導線通電后變成一根磁鐵而有磁性了？聽到這句話后其他學生的思路也一下子被打開，師生一起設計了各種方法進行探究，最后得出了結論：通電直導體周圍確實存在著磁場，但磁感線的形狀并不像條形磁鐵。
小結時我告訴學生，剛才那兩位學生提出的猜想奧斯特也想到過，得知這一情況，學生激動萬分：沒想到我們竟然和科學家想到一塊去了，原來科學探究并不神秘。他們的內心獲得了極大的滿足，充分享受到了科學探究的樂趣。
二、強化實驗設計
在進行科學探究時，當提出問題和猜想后我們需要設計實驗解決問題，這是學生覺得最困難的。因為這需要學生有扎實的基礎知識、嚴密的數(shù)理邏輯和開闊的視野。因此，我們需要對學生進行這方面的強化，方法之一是讓學生模擬科學家進行相關的科學探究實驗設計。
例如，關于焦耳定律的內容，教材上是將一個設計好的裝置進行演示，然后得出焦耳定律。我覺得這樣并不利于培養(yǎng)學生的科學探究能力。其實，這個實驗的操作比較簡單，關鍵是這個裝置是怎么來的？為什么要采用這樣的裝置？這其實是讓學生進行科學探究的一個非常好的素材。因此，我對這節(jié)課的內容是這樣處理的，在講了電流的熱效應后，請學生猜想一下導體產(chǎn)生的熱量可能跟哪些因素有關，由于學生在八年級時已經(jīng)學習了一些電學知識，所以不難猜到可能跟電流和電阻有關，接著我讓學生當一回焦耳，設計一個實驗來驗證剛才的猜想，設計時畫草圖和電路圖均可。在大部分學生完成設計后，教師選取幾個比較典型的方案（應選取那些有良好創(chuàng)意和典型錯誤的設計方案）和大家一起討論：發(fā)熱體應該用一個還是兩個？這兩個發(fā)熱體應怎樣連接？如何改變和測量電路中的電流？如何測量導體產(chǎn)生的熱量？當這些問題都解決后，一個比較完整的實驗設計就出來了。然后將師生共同設計的方案和教材上的進行比較，看看還有哪些不足或者比教材上更可取的地方。通過這樣的模擬設計，可以很好地鍛煉學生的科學探究能力。
又如，有關大氣壓強的內容，教材在介紹了馬德堡半球實驗說明大氣壓強很大后，就直接引出了大氣壓的數(shù)值，我覺得這樣讓學生被動地接受大氣壓的數(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，相關的概念很模糊，其實在這里我們完全可以模擬一下科學家們的探究過程。因此，我在演示了馬德堡半球實驗后，對學生說：“既然大氣有壓強，你能否設計一個實驗測定出大氣壓的數(shù)值到底是多少？請大家試試看�！痹谖业囊笙聦W生紛紛開動腦筋進行嘗試，其中有一位學生提出用紙片托水的實驗可以測定出大氣壓的數(shù)值，他說把玻璃杯弄得長一點，直到紙片托不住水，這時紙片上方液體的壓強就等于大氣壓強。我對該學生的這一想法大加贊賞，指出等效替代是科學探究上的一種常用方法，同時引導大家一起討論對該實驗加以完善：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，對此我們應該怎么辦？是否可以用其他的液體來代替水？……當實驗設計方案趨于完善后，我給他們演示了實驗，得出大氣壓的數(shù)值，并指出這一實驗是意大利科學家托里拆利最先設計并做出來的，所以被稱為托里拆利實驗。經(jīng)此一過程，學生茅塞頓開，充分理解了大氣壓的數(shù)值、水銀氣壓計的原理等相關知識內容，并且對等效替代的科學方法也有了一定的了解。
三、重視科學探究史教學
對于一些比較復雜的科學探究我們不可能在課堂上用實驗去重現(xiàn)科學家們的探究過程，但是應該而且有必要向學生介紹科學家的探究史。例如，關于血型的內容，教材上只是介紹了血型的類型，而對于血型的發(fā)現(xiàn)卻并無提及，但我每次講到血型時，都要向學生介紹血型的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過，主要是這樣三點：（1）較早時期人們進行輸血嘗試的失�。唬�2）奧地利醫(yī)學家蘭德斯坦納的發(fā)現(xiàn)；（3）第一次世界大戰(zhàn)中，德國醫(yī)學家奧登堡根據(jù)蘭德斯坦納的研究成果進行輸血，居然大獲成功，挽救了大量傷員。學生聽了之后不僅了解了人類在挽救生命上所作的努力，更使他們深刻地認識到科學探究的重要性。
再如，關于酸堿指示劑的內容，由于日常生活中我們很少接觸到相關的物質和概念，所以幾乎每屆都有學生問我：酸堿指示劑是從哪里來的？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，學生聽了之后明白了科學探究就在我們身邊，但是機遇只青睞那些有心的人，成功只屬于那些有準備的人。
此外，像細胞學說的提出、血液循環(huán)和光合作用的發(fā)現(xiàn)等內容都是進行科學探究史教學的很好的素材，通過這些科學探究史的教育，可以使學生明白科學探究的長期性和艱巨性，增強他們不畏艱難，愈挫愈勇，終生獻身科學事業(yè)的信心。
參考文獻：
劉廣�？茖W探究能力要素的培養(yǎng)研究［D］。南京師范大學，2005.
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