在探究式科學(xué)教育中激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力

屋頂上垂落的長條錫箔紙、桌椅上搭建的簡易軌道、經(jīng)過改裝的奇特水桶、裝有五顏六色液體的瓶子、會(huì)發(fā)光的酒杯、蒙著橡皮薄膜的可樂瓶、磁鐵、電線、繩子、空牛奶盒、學(xué)生作品……2012年4月“做中學(xué)”高級(jí)教師研修活動(dòng)的教室被布置成1間有趣的科學(xué)工作室。2天中，40名小學(xué)教師、教研員、科技場館教育項(xiàng)目工作人員和瑞典斯德哥爾摩大學(xué)Hans Persson教授、東南大學(xué)學(xué)習(xí)科學(xué)研究中心葉兆寧教授共同探討如何將創(chuàng)造性和多樣化作為探究式科學(xué)教育的有效手段。

通過探究式活動(dòng)激發(fā)創(chuàng)造力

Hans教授認(rèn)為，在科學(xué)教育中的創(chuàng)造力是指學(xué)生能夠用一種創(chuàng)新的方式將想法轉(zhuǎn)化為行動(dòng)，并用于解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力應(yīng)該從鼓勵(lì)他們天馬行空的想象開始?！澳g(shù)水桶”是他最常用的科學(xué)導(dǎo)入活動(dòng)：給學(xué)生展示一個(gè)裝有漏斗和出水管的小桶，將帶有顏色的液體從不透明的漏斗倒進(jìn)去，學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)從出水管流出來的液體都變成無色透明。教師通過組織該活動(dòng)引入一種科學(xué)探究的方法：讓學(xué)生猜想能導(dǎo)致這種結(jié)果的水桶其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是什么樣，幫助他們提出自己的假設(shè)，追問學(xué)生假設(shè)的理由，然后將學(xué)生的想法提煉成科學(xué)問題，鼓勵(lì)他們自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證合理性和可行性。學(xué)生可能會(huì)憑直覺和生活經(jīng)驗(yàn)提出木桶里有一塊肥皂，有沙子，有一片云，帶顏色的液體沉在透明液體下面等猜想。教師要做的就是從學(xué)生使用的日常語匯中提取出科學(xué)問題。例如，回應(yīng)學(xué)生提到桶里有肥皂這個(gè)假設(shè)可以通過一些化學(xué)反應(yīng)來驗(yàn)證；沙子、木炭等涉及到材料的物理和化學(xué)特性，可以引導(dǎo)從“過濾”這個(gè)角度設(shè)計(jì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)；云彩可以看出學(xué)生對(duì)于“蒸發(fā)”和“凝結(jié)”已經(jīng)有初步的認(rèn)識(shí)；至于帶顏色液體下沉的方案則可以作為“密度”概念學(xué)習(xí)的切入點(diǎn)……教師可以將學(xué)生提出的假設(shè)按照科學(xué)學(xué)科歸類分組，并盡可能設(shè)計(jì)方案一一驗(yàn)證，這個(gè)導(dǎo)入活動(dòng)可以使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)不只是有一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”答案，還可以幫助他們了解科學(xué)家工作的模型。

在開展“魔術(shù)水桶”活動(dòng)的過程中，Hans教授注意到有些學(xué)生會(huì)提出一些奇特甚至“不著調(diào)”的猜想：有的把它的原理和家里的抽水馬桶工作方式聯(lián)系起來；有人提到桶里本身有大量無色透明液體，把帶顏色液體稀釋了；有的猜想桶里藏有一條變色龍，或者里面有一個(gè)類似于人體“腎臟”的器官；還有一個(gè)學(xué)生指出，大家都是色盲，所以看到無色液體流出水管……當(dāng)老師采用開放的心態(tài)，避免對(duì)學(xué)生的想法進(jìn)行正誤判斷，并且允許多種風(fēng)格的表現(xiàn)形式時(shí)，學(xué)生的想象力和創(chuàng)造性就會(huì)被充分地激發(fā)出來。

探究“有意義”的問題

如果單純從課堂組織形式上看，有動(dòng)手操作和實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師一不留神，容易把科學(xué)探究活動(dòng)做成單純的勞技制作活動(dòng)或者娛樂表演。兩者的本質(zhì)區(qū)別在于是否圍繞科學(xué)概念開展，Hans教授在研修活動(dòng)中反復(fù)強(qiáng)調(diào)：要探究“有意義”的問題。

研修活動(dòng)中的“冰氣球”可以很好地區(qū)分這兩類活動(dòng)：教師將氣球裝滿水，放入冰箱內(nèi)冷凍，等成型后將外皮剝掉，剩下圓圓的冰球，然后帶到課堂上展示。勞技制作活動(dòng)可能會(huì)關(guān)注冰球的外觀、形狀等表面特征；科學(xué)探究活動(dòng)則會(huì)從科學(xué)的角度切入，冰球?yàn)槭裁词菆A的？過多長時(shí)間會(huì)融化？在水中是沉還是?。繉Ⅺ}撒到冰球上會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？老師要幫助學(xué)生將觀察與有關(guān)的科學(xué)概念，如密度、溫度、物態(tài)變化等聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生將自己的提問發(fā)展成可以探究和實(shí)驗(yàn)的一系列過程。

讓學(xué)生用各種能找到的材料“制作一朵花”是小學(xué)勞技制作或者美術(shù)課中的常見活動(dòng)，但是在科學(xué)課上做這個(gè)活動(dòng)，學(xué)生除了完成制作和表現(xiàn)美感之外，還應(yīng)關(guān)注研究不同花的結(jié)構(gòu)和功能，教師可以從植物學(xué)的角度引導(dǎo)學(xué)生活動(dòng)，還可以從材料和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)需求的方面有意識(shí)地讓學(xué)生解決問題。其實(shí)，“有意義”的探究活動(dòng)就是指要圍繞科學(xué)概念，建立學(xué)習(xí)實(shí)踐和科學(xué)概念之間的關(guān)聯(lián)。Hans教授與2位老師合作，在研修現(xiàn)場上展示了一個(gè)簡短的科普表演：在自己身上纏上細(xì)繩，手上套著紅白兩色紙卡，伸直雙手，站在2位身著紅白衣服的教師之間轉(zhuǎn)圈，現(xiàn)場彌漫著熱烈而歡樂的氣氛，教師們對(duì)“電和磁”有關(guān)概念的印象變得很深刻。

此外，“有意義”的探究式教育活動(dòng)還需要從學(xué)生原有概念出發(fā)。Hans教授舉了一個(gè)小學(xué)生學(xué)習(xí)“人體”概念的教學(xué)活動(dòng)案例，課堂一開始，教師給每位學(xué)生發(fā)一張空白的人體形狀卡片，讓他們?cè)诳ㄆ媳憩F(xiàn)出自己所理解的人體結(jié)構(gòu)。學(xué)生們有用彩筆畫的，有用紙片粘貼的，有用細(xì)線制作的，教師從學(xué)生對(duì)人體各種表現(xiàn)形式進(jìn)行深入分析，能夠了解學(xué)生對(duì)“人體”這個(gè)概念都了解了哪些部分，了解到何種程度。例如，有些學(xué)生描繪出人體肌肉分布輪廓，有些表現(xiàn)出對(duì)骨骼形態(tài)的基本認(rèn)識(shí)，還有些對(duì)心臟血管等器官有模糊的概念，讓人印象深刻的是一位學(xué)生畫出他所認(rèn)識(shí)到吃進(jìn)去的食物都儲(chǔ)存在肺部。基于學(xué)生的前概念，老師可以開展更有針對(duì)性的探究性活動(dòng)，逐步幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。

不可否認(rèn)，組織“有意義”的科學(xué)探究活動(dòng)對(duì)教師跨學(xué)科知識(shí)背景、基本科學(xué)素養(yǎng)和課堂控制能力都帶來巨大的挑戰(zhàn)。

學(xué)習(xí)像科學(xué)家一樣工作

探究式科學(xué)教育可以讓學(xué)生模擬和再現(xiàn)科學(xué)家對(duì)某些問題研究的過程，鼓勵(lì)他們像科學(xué)家那樣，通過實(shí)驗(yàn)方法建立科學(xué)模型，解釋和解決實(shí)際問題。像科學(xué)家一樣工作應(yīng)該首先保證科學(xué)探究活動(dòng)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，例如，研修班上，大家中討論“溫度對(duì)皮球彈跳的影響”這個(gè)話題，Hans教授提醒老師們應(yīng)讓學(xué)生明確如何測量球彈跳的高度，如何保證每次測量標(biāo)準(zhǔn)的一致，用哪些方法冷卻球、加熱球?？茖W(xué)探究活動(dòng)要讓學(xué)生學(xué)習(xí)、理解和運(yùn)用科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)方法，明確起始條件、控制條件，設(shè)置對(duì)照組。另外，在觀察和得出數(shù)據(jù)之前不進(jìn)行解釋，避免用先入為主的觀點(diǎn)得到自己“期望”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也是保證科學(xué)探究的準(zhǔn)確性和可信度的重要方法。

Hans教授還提到，用科學(xué)史學(xué)習(xí)作為教學(xué)方法對(duì)于幫助學(xué)生理解科學(xué)家的工作很有幫助?？茖W(xué)史還能讓學(xué)生加深對(duì)科學(xué)本身的屬性理解認(rèn)識(shí)。《科學(xué)教育的原則和大概念》一書中提到，應(yīng)該讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到每一種現(xiàn)象都具有一個(gè)或者多個(gè)原因；科學(xué)上的解釋、理論、模型都是在特定時(shí)期內(nèi)與實(shí)施最為吻合的；科學(xué)研究可以用于開發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品；科學(xué)的運(yùn)用可能對(duì)倫理、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治產(chǎn)生影響等。但是利用科學(xué)史教授科學(xué)，教師必須要重點(diǎn)幫助學(xué)生從故事中看到某個(gè)科學(xué)問題的研究過程，了解科學(xué)本身的發(fā)展和變化歷程。如果失去了這個(gè)教學(xué)核心，科學(xué)史就會(huì)成為歷史課而不是科學(xué)課了。

背景鏈接

該研修活動(dòng)是中國科協(xié)青少年科技中心、教育部師范教育司共同主辦的“做中學(xué)”科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目高級(jí)研修系列活動(dòng)之一。該系列研修活動(dòng)目的在于幫助我國科學(xué)教育工作者了解國際科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)資源、教育研究方面的理論發(fā)展和實(shí)踐進(jìn)展，為推動(dòng)科學(xué)教育改革、培養(yǎng)科學(xué)教育教研專家和科學(xué)教育實(shí)證研究專業(yè)人才提供學(xué)習(xí)與交流平臺(tái)。每期研修活動(dòng)都會(huì)邀請(qǐng)12名國際科學(xué)教育專家和國內(nèi)科學(xué)教育專家聯(lián)合主講。2011年在東南大學(xué)學(xué)習(xí)科學(xué)研究中心舉辦了該系列研修活動(dòng)的第1期活動(dòng)。2012年，除了本次研修活動(dòng)外，主辦方還計(jì)劃邀請(qǐng)英國約克大學(xué)教育學(xué)院的專家團(tuán)隊(duì)來華主講。