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主動建構(gòu)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力
主動建構(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，因為這樣可以讓學(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，主動建構(gòu)；強化實驗設(shè)計；重視科學(xué)探究史教學(xué)。
關(guān)鍵詞：科學(xué)探究能力；情境；實驗；探究史
科學(xué)的核心是探究。何為科學(xué)探究？美國的《國家科學(xué)教育標準》對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、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行的種種活動”。由此可見，探究式教學(xué)實質(zhì)上是將科學(xué)領(lǐng)域的探究引入課堂，使學(xué)生通過類似科學(xué)家的探究過程，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。
簡而言之，探究教學(xué)強調(diào)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(xué)生來說重要的不是掌握了多少科學(xué)知識，而是要用一顆敏感的心去感受大自然，學(xué)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(xué)習(xí)和生活都是終身受益的。
那么，我們在課堂上如何進行科學(xué)探究的教學(xué)呢？對照美國的《國家科學(xué)教育標準》對科學(xué)探究的定義，我認為在具體的教學(xué)實踐中應(yīng)最大可能再現(xiàn)科學(xué)家的探究過程。因為這樣可以讓學(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，主動建構(gòu)
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(xué)家的思維軌跡和探究過程對學(xué)生進行引導(dǎo)。例如，在上電流的磁效應(yīng)時，我們不應(yīng)該演示了實驗后馬上就得出電流周圍存在著磁場的結(jié)論。因為這樣并沒有讓學(xué)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(zhuǎn)？事實上此時絕大多數(shù)學(xué)生并沒有把它和磁現(xiàn)象聯(lián)系起來，有一位學(xué)生說可能是由于我閉合開關(guān)時手指的轉(zhuǎn)動引起了空氣的流動，從而使小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。我首先對這位學(xué)生敢于猜想的作風(fēng)加以肯定，同時指出，如果是那樣的話，過一會兒小磁針應(yīng)該恢復(fù)南北指向，而事實上卻沒有，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），使得周圍空氣流動，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偏轉(zhuǎn)，但演示后并沒有；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，小磁針應(yīng)該不會偏轉(zhuǎn)，但演示后照樣偏轉(zhuǎn)，從而否定了第二位學(xué)生的猜想。……到底是什么原因呢？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？聽到這句話后其他學(xué)生的思路也一下子被打開，師生一起設(shè)計了各種方法進行探究，最后得出了結(jié)論：通電直導(dǎo)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(jié)時我告訴學(xué)生，剛才那兩位學(xué)生提出的猜想奧斯特也想到過，得知這一情況，學(xué)生激動萬分：沒想到我們竟然和科學(xué)家想到一塊去了，原來科學(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)探究的樂趣。
二、強化實驗設(shè)計
在進行科學(xué)探究時，當提出問題和猜想后我們需要設(shè)計實驗解決問題，這是學(xué)生覺得最困難的。因為這需要學(xué)生有扎實的基礎(chǔ)知識、嚴密的數(shù)理邏輯和開闊的視野。因此，我們需要對學(xué)生進行這方面的強化，方法之一是讓學(xué)生模擬科學(xué)家進行相關(guān)的科學(xué)探究實驗設(shè)計。
例如，關(guān)于焦耳定律的內(nèi)容，教材上是將一個設(shè)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(xué)生的科學(xué)探究能力。其實，這個實驗的操作比較簡單，關(guān)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(xué)生進行科學(xué)探究的一個非常好的素材。因此，我對這節(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)生在八年級時已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些電學(xué)知識，所以不難猜到可能跟電流和電阻有關(guān)，接著我讓學(xué)生當一回焦耳，設(shè)計一個實驗來驗證剛才的猜想，設(shè)計時畫草圖和電路圖均可。在大部分學(xué)生完成設(shè)計后，教師選取幾個比較典型的方案（應(yīng)選取那些有良好創(chuàng)意和典型錯誤的設(shè)計方案）和大家一起討論：發(fā)熱體應(yīng)該用一個還是兩個？這兩個發(fā)熱體應(yīng)怎樣連接？如何改變和測量電路中的電流？如何測量導(dǎo)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(shè)計就出來了。然后將師生共同設(shè)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(shè)計，可以很好地鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究能力。
又如，有關(guān)大氣壓強的內(nèi)容，教材在介紹了馬德堡半球?qū)嶒炚f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(xué)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(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，其實在這里我們完全可以模擬一下科學(xué)家們的探究過程。因此，我在演示了馬德堡半球?qū)嶒灪�，對學(xué)生說：“既然大氣有壓強，你能否設(shè)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(xué)生紛紛開動腦筋進行嘗試，其中有一位學(xué)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(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，同時引導(dǎo)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(yīng)該怎么辦？是否可以用其他的液體來代替水？……當實驗設(shè)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(xué)家托里拆利最先設(shè)計并做出來的，所以被稱為托里拆利實驗。經(jīng)此一過程，學(xué)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(guān)知識內(nèi)容，并且對等效替代的科學(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驗去重現(xiàn)科學(xué)家們的探究過程，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?qū)W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(xué)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(xué)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(xué)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(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(xué)生聽了之后明白了科學(xué)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(xué)說的提出、血液循環(huán)和光合作用的發(fā)現(xiàn)等內(nèi)容都是進行科學(xué)探究史教學(xué)的很好的素材，通過這些科學(xué)探究史的教育，可以使學(xué)生明白科學(xué)探究的長期性和艱巨性，增強他們不畏艱難，愈挫愈勇，終生獻身科學(xué)事業(yè)的信心。
參考文獻：
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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