提高科學(xué)探究開放性的策略

陳建姣

摘? ? 要：為真正實(shí)現(xiàn)將科學(xué)探究作為教與學(xué)的重要方式，需要提高科學(xué)探究的開放性。通過“充分體現(xiàn)從數(shù)據(jù)到結(jié)論的過程性”“努力提高從問題到過程的理解力”來開放結(jié)論，通過“少點(diǎn)引導(dǎo)，體現(xiàn)探究的試錯(cuò)性”“多點(diǎn)選擇，體現(xiàn)方案的多樣性”來開放過程和方法，通過“創(chuàng)設(shè)情境，聚焦問題”“實(shí)驗(yàn)觀察，發(fā)散問題”來開放問題。提高探究開放性應(yīng)注意四個(gè)原則：適切性原則、漸進(jìn)性原則、從容性原則、激勵(lì)性原則。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究;開放性;多樣性

一、探究開放性概念的提出與界定

國內(nèi)外科學(xué)教育的一個(gè)共同的特點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)將科學(xué)探究作為教與學(xué)的重要方式。[1]33要真正實(shí)現(xiàn)教與學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，則需要設(shè)法提高探究的開放性，從而放手讓學(xué)生開展探究。

根據(jù)問題、過程與方法、結(jié)論三個(gè)要素，將探究水平分為四個(gè)等級：0級、1級、2級、3級（見表1）。[1]65

從表1可看出，從結(jié)論的開放到過程與方法的開放，再到問題的開放，隨著開放內(nèi)容的增多，探究的層次也越來越高。從表中還可看出，結(jié)論的開放最容易做到，而問題的開放則最難做到，這與提出問題是創(chuàng)新的過程相關(guān)，也與長期忽視問題意識(shí)的培養(yǎng)相關(guān)。

教師平時(shí)教學(xué)中開展的大部分探究所屬的層級一般只能到達(dá)1級，甚至只能處于0級，這對培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)中的科學(xué)精神是極其不利的。

本文所涉及的探究開放性不僅包括問題、過程和方法、結(jié)論三方面的內(nèi)容開放性，同時(shí)也包括其中的多樣性。

二、提高科學(xué)探究開放性的策略

（一）結(jié)論的開放策略

在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在“下結(jié)論”環(huán)節(jié)中暴露出的主要問題如表2所示。

面對學(xué)生在下結(jié)論中存在的問題，可采取以下策略來開放結(jié)論。

1.充分體現(xiàn)從數(shù)據(jù)到結(jié)論的過程性

學(xué)生在下結(jié)論時(shí)存在諸多問題，這也就說明教師在教學(xué)中對下結(jié)論能力的訓(xùn)練不夠或針對性還不強(qiáng)。這就要求教師在教學(xué)中要留出足夠的時(shí)間讓學(xué)生獨(dú)立完成下結(jié)論這一過程。反觀我們的課堂教學(xué)，在此環(huán)節(jié)中，教師往往讓能正確回答的同學(xué)站起來交流，而使其他同學(xué)面對較完美的答案失去了獨(dú)立思考、暴露錯(cuò)誤、更正結(jié)論、反思評價(jià)的機(jī)會(huì)。

為更充分地體現(xiàn)從數(shù)據(jù)到結(jié)論的過程性，可以讓每位學(xué)生將自己得出的結(jié)論寫下來，教師在巡視的基礎(chǔ)上找到典型錯(cuò)誤的例子，在全班進(jìn)行交流、評價(jià)，從而真正讓學(xué)生在此過程中辨析、領(lǐng)悟下結(jié)論的正確方法。

2.努力提高從問題到過程的理解力

“以現(xiàn)象代替結(jié)論”、“正比與遞增關(guān)系不清”“歸納層次不清晰”“因果關(guān)系顛倒”等錯(cuò)誤的發(fā)生與學(xué)生對探究的問題理解不到位有關(guān)。若學(xué)生理解了探究的問題是物體動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)，在下結(jié)論時(shí)，就會(huì)這樣描述：“……動(dòng)能越大”，而不會(huì)描述成“……木塊被推開的距離越遠(yuǎn)”;若學(xué)生理解了探究的問題是定性的還是定量的關(guān)系，則可避免正比與遞增關(guān)系、反比與遞減關(guān)系不清;若學(xué)生明確了探究水的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)，則可避免得出“液體的壓強(qiáng)……”這類歸納層次不清的問題;若學(xué)生明確探究的是“重力與哪些因素有關(guān)”，也就不易出現(xiàn)因果關(guān)系顛倒的結(jié)論了。

“自變量把握不準(zhǔn)”“以現(xiàn)象代替結(jié)論”等問題的發(fā)生與學(xué)生不理解探究的過程有關(guān)。在研究動(dòng)能大小的因素時(shí)，若學(xué)生真正理解“控制物體從同一斜面的同一高度靜止下落”是為了使“物體的運(yùn)動(dòng)速度相同”，那么“控制物體從同一斜面的同一高度靜止下落”只是操作變量，而不是自變量了。若學(xué)生真正理解為了“比較物體的動(dòng)能大小”需要下操作性定義，即能將木塊推開距離越遠(yuǎn)的物體所具有的動(dòng)能就越大，那么就不會(huì)將此作為結(jié)論中的因子來描述。

而要使學(xué)生充分理解探究的問題，比較好的方法是學(xué)生能自己提出問題，這樣學(xué)生對探究問題的理解自然就準(zhǔn)確了。讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)、完成探究，即實(shí)現(xiàn)探究過程與方法的開放，在此過程中，會(huì)促進(jìn)學(xué)生更深入地理解探究的過程。因此，問題的開放、過程與方法的開放是成功實(shí)現(xiàn)結(jié)論開放的有力保障。

（二）過程與方法的開放策略

1.少點(diǎn)引導(dǎo)，體現(xiàn)探究的試錯(cuò)性

在探究教學(xué)中，教師往往為了使學(xué)生少走彎路，就想方設(shè)法進(jìn)行引導(dǎo)，讓學(xué)生盡量避開困難，使學(xué)生能比較順利地完成探究的任務(wù)。但這樣的做法，大大減少了學(xué)生試錯(cuò)的機(jī)會(huì)，降低了探究的挑戰(zhàn)性，剝奪了學(xué)生解決問題能力的鍛煉，大大削弱了探究的成就感。

如在“探究電流與電壓、電阻的關(guān)系”時(shí)，可讓學(xué)生完全根據(jù)自己小組設(shè)計(jì)的方案開展探究。這樣設(shè)計(jì)的意圖是想改進(jìn)我們原來的一貫做法：總是讓各小組先匯報(bào)自己的方案，然后全班同學(xué)一起來改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，最后所有小組都按公認(rèn)最優(yōu)方案開展探究。這種探究沒有完全能達(dá)到2級，探究的方案并不是各小組自己設(shè)計(jì)的，學(xué)生不能深刻體會(huì)到在做方案階段為何需要完成這些決策。

采用改進(jìn)的方法進(jìn)行實(shí)踐，在匯報(bào)階段發(fā)現(xiàn)：當(dāng)通過改變電池節(jié)數(shù)來改變電源電壓時(shí)，電流大小似乎與電池節(jié)數(shù)存在正比的關(guān)系;測定了不同電池節(jié)數(shù)的電壓的小組發(fā)現(xiàn)，電壓大小與電池節(jié)數(shù)并不成正比關(guān)系;發(fā)現(xiàn)電池節(jié)數(shù)不變，而只改變電阻大小時(shí)，電流大小似乎與電阻大小成反比;發(fā)現(xiàn)只改變電阻大小時(shí)，電阻兩端的電壓大小并不是保持不變的。這樣，學(xué)生才領(lǐng)悟到探究的問題是定量的問題，即電流與電壓、電阻的定量關(guān)系，而不是平時(shí)經(jīng)常研究的量與量之間的定性關(guān)系。而為解決“更換電阻后，如何使電阻兩端的電壓保持不變？”“如何使同一電阻兩端的電壓能成倍地發(fā)生變化？”學(xué)生很快想到：只要在電路中串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器即可，且為了能準(zhǔn)確反映電壓的值則需要在電阻兩端并聯(lián)電壓表。學(xué)生再根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究，就容易得出正確的結(jié)論了。

2.多點(diǎn)選擇，體現(xiàn)方案的多樣性

在探究課中，往往需要教師提供適當(dāng)?shù)闹Ъ?，而且最需要提供的是多樣的、可選擇的材料，從而使探究過程多樣，這樣也可從多樣的方案中得出更具普遍性的結(jié)論。

如在《阿基米德原理》的探究中，教師可提供：量筒（能放進(jìn)金屬圓柱體）、金屬圓柱體組（銅、鐵、鋁）、重為1～2N大小不同的小石塊、小桶、溢水杯、細(xì)線、彈簧測力計(jì)、水等。學(xué)生從以上材料中可自由選擇，可選擇規(guī)則的金屬圓柱體，也可選擇形狀不規(guī)則的石塊作為研究對象;可以選擇量筒來確定排開水的多少，也可以選擇溢水杯來確定排開水的多少;可以選擇量筒來度量排開水的多少，也可以選擇彈簧測力計(jì)來度量排開水的多少。通過探究，可從多個(gè)研究對象，而不是一個(gè)特殊的圓柱體得出結(jié)論，從而較好地體現(xiàn)結(jié)論的普遍性;可以用不同的方法得知排開水的多少，來體現(xiàn)科學(xué)方法的多樣性。

再如在《質(zhì)量守恒定律》的探究中，教師可提供下列藥品和器材：雙氧水、二氧化錳、硫酸銅溶液、氫氧化鈉溶液、暖寶寶、錐形瓶、小試管、氣球、塑料瓶、燒杯、藥匙、托盤天平等。以上藥品和器材，可體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置的多樣化及化學(xué)變化的多樣化。

（三）問題的開放策略

1.創(chuàng)設(shè)情境，聚焦問題

如何讓學(xué)生自己提出探究的問題，并激發(fā)學(xué)生的好奇心？教師可通過實(shí)驗(yàn)、圖片、視頻、故事等來創(chuàng)設(shè)情境，從而使學(xué)生產(chǎn)生共同的問題。

如在《質(zhì)量守恒定律》的探究一課，教師可設(shè)置下列情境：

通過實(shí)驗(yàn)便可引發(fā)學(xué)生提出問題：通過化學(xué)變化會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量變化嗎？是變小還是變大？還是不發(fā)生變化？

再如在《阿基米德原理》的探究中，教師可在課的開始展示如圖3所示的圖片，并現(xiàn)場展示一個(gè)大號(hào)泡沫箱（長約60cm、寬約44cm、高約26cm）。讓學(xué)生思考：在這個(gè)泡沫箱內(nèi)放入質(zhì)量等同于老師質(zhì)量的物體，泡沫箱仍能浮在水面上嗎？

學(xué)生要回答這個(gè)問題，自然就涉及這個(gè)大泡沫箱可產(chǎn)生的最大浮力的問題，也就可以聚焦到“影響浮力大小的因素”的探究中來。

2.實(shí)驗(yàn)觀察，發(fā)散問題

如何讓不同的小組提出不同的問題，體現(xiàn)問題的開放性和創(chuàng)造性？教師可提供一定的器材，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、觀察提出探究的問題。

如在《小孔成像》的拓展性課程的教學(xué)中，學(xué)生可根據(jù)教師提供的如圖4的自制學(xué)具，分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀察，在觀察到燭焰倒立的像后，讓學(xué)生自己提出想探究的問題。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生提出的可探究問題有很多：“像的大小與哪些因素有關(guān)？”“像的亮度與哪些因素有關(guān)？”“像的形狀與哪些因素有關(guān)？”等。學(xué)生可進(jìn)一步運(yùn)用教師提供的學(xué)具：F型光源、帶小孔的方形板、光屏及光具座等器材進(jìn)行探究。因?yàn)閷W(xué)生探究的是自己提出的問題，學(xué)習(xí)的興趣和專注度比以往明顯提高了，在交流評價(jià)階段，學(xué)生匯報(bào)的內(nèi)容也更豐富且更具特色，真正做到了相互啟發(fā)、引發(fā)思考的作用。

三、結(jié)語

教育的目的是培養(yǎng)知情的決策者，使學(xué)生具有進(jìn)行正確決策的知識(shí)基礎(chǔ)和能力。[1]267而決策能力是科學(xué)核心素養(yǎng)的高度結(jié)晶。努力提高科學(xué)探究開放性，使學(xué)生在真實(shí)的探究情境中進(jìn)行決策的鍛煉，這無疑是提高學(xué)生決策能力的一條重要途徑。

但在提高科學(xué)探究開放性中要注意以下幾個(gè)原則。

1.適切性原則

并不是所有科學(xué)探究問題都適合開放，在教學(xué)中要注意內(nèi)容的選擇。如“凸透鏡成像規(guī)律”的探究在難度上太大，就不適合開放度太高。

2.漸進(jìn)性原則

隨著學(xué)生的探究能力的提高，探究的開放度可逐步提高，從結(jié)論的開放漸變到問題的開放。而且決定學(xué)生探究能力的不應(yīng)是學(xué)生所在的學(xué)段，而應(yīng)是學(xué)生的實(shí)際探究能力。

3.從容性原則

學(xué)生要進(jìn)行真正開放的探究，需要教師和學(xué)生都能從容地對待探究。教師首先要給學(xué)生留足充裕的探究時(shí)間，其次不要過于看重學(xué)生探究的結(jié)果。對學(xué)生而言，探究過程中需要專注地投入探究，而不受其他同學(xué)的干擾，不為與其他同學(xué)比探究的進(jìn)程而草率從事。

4.激勵(lì)性原則

教師在教學(xué)過程中，要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性、論證性、邏輯性、人文性、實(shí)踐性等方面的亮點(diǎn)，而且要用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)捕捉這些亮點(diǎn)，在交流評價(jià)環(huán)節(jié)進(jìn)行激勵(lì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王耀村.初中科學(xué)課程實(shí)施論（下冊）[M].杭州：浙江教育出版社，2017.