基于科學探究活動提升創(chuàng)新思維的實踐研究

鄭麗冬

浙江省臨安區(qū)昌南初級中學

一、研究的背景

1.發(fā)展的需要。

隨著社會的進步和科技的發(fā)展，創(chuàng)新型人才的需求越來越高，在教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力是時代的要求，也是實施素質教育的根本任務。為了適應時代的發(fā)展，教師必須改變傳統(tǒng)的教學方式， 在初中科學教學中，教師要重視多元教學方法的運用，開展探究活動，激活創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

2.農村中學探究活動的現(xiàn)狀。

教師的功利性太強，重應試輕素質，教師講學生被動的聽，習題的反復強化練習，這就是傳統(tǒng)的科學教學模式。在這種模式下，學生的學習缺乏主動的深層次的思維，沒有培養(yǎng)起學生自主學習的能力，學生連基本的科學原理和概念理解都不透徹，為了應試教師把大量時間花在強化練習上，而在探究活動上用的時間少得可憐，長此以往造成惡性循環(huán)，學生的創(chuàng)新思維沒有得到及時的培養(yǎng)。

二、初中科學開展探究活動的意義

1.落實知識，“強”根基。

科學探究活動學生從問題或任務出發(fā)，設計方案，積極主動地通過多種形式的探究活動，從實踐中獲取事實證據(jù)，解決問題或完成任務，以獲取知識和智能的發(fā)展、培養(yǎng)情感體驗的學習方法。學生從傳統(tǒng)的被動接受，轉變?yōu)橹鲃荧@取知識，有助于對科學基本知識與原理的理解，有助于基本知識的落實。

2.能力提升，“散”思維。

探究活動是在明確主題、精準方向的前提下，通過動手操作、實踐探索，從而完成學習目標的一項教學活動。而探究活動集合了大腦、手等多種感官于一體，在動腦與動手相結合的過程中，不僅可以增加科學教學的趣味性，增強學習體驗感，而且還可以激活思維。思維是支配學生行動、操作的指南，在探究活動中，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，激活思維是前提，同時，在探究活動開展的過程中，不僅有問題引領，還會涉及到分析推理、合作探究、交流溝通等，既是思維碰撞的階段，同時也是促進學生個性發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新思維的關鍵時期。

3.目標達成，“落”素養(yǎng)。

初中科學新課標中指出：在教學中，不僅要提高學生對科學文化知識的掌握，還要培養(yǎng)學生的科學探索精神、科學學習方法以及科學技能、科學能力等素養(yǎng)。但是，在傳統(tǒng)科學教學中，教師都是以知識傳授為主，而忽視了學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，在被動接受學習的過程中，很難完成新課標的育人要求，而探究活動教學法的運用就不同了，是基于學生為學習主體展開的教學方式，旨在通過切實參與、動手操作、探究學習，在經歷科學知識形成和發(fā)展的過程，認識科學本質，使其結合自己所學知識，對科學問題有新的認識和看法，不僅可以培養(yǎng)創(chuàng)新素養(yǎng)，還可以完成新課標要求，提高初中科學課堂教學質量。

三、初中科學開展探究活動的原則

1.啟發(fā)性原則。

在初中科學教學中開展的探究活動，是一項有計劃、目的、有結果的活動。為避免探究活動中形式大于實效的問題，在開展探究活動的時候，要遵從啟發(fā)引導的原則，重視有效問題的情景設置，在層層引導、發(fā)現(xiàn)、探索、分析、解決問題的過程中，激活課堂活力，激活創(chuàng)新思維，從而培養(yǎng)學生科學探索方法、科學學習態(tài)度和科學學習精神，讓學生在經歷科學知識形成的過程中，促使創(chuàng)造思維得到最有效的開發(fā)和培養(yǎng)。

2.主體性原則。

在傳統(tǒng)教學中，教和學是兩個獨立存在的個體，學生處于被動學習的狀態(tài)，教師是教學的主導者，新課標理念下倡導師生雙邊活動，提高學生學習能力。為此，在初中科學探究活動開展中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，需要建立新型的師生關系，樹立以學生為主體的原則，教師要做學生探究學習的指導者、合作者，在合作探究、平等對話、和諧交流的過程中，讓學生敢想、敢說、敢做，從而培養(yǎng)創(chuàng)新思維，使其真正成為學習的主人，為提高學生創(chuàng)新能力提供前提條件。

3.新穎性原則。

學生的科學知識掌握的較弱，所以農村中學的科學探究活動內容選擇要符合農村中學的實情，有實際應用價值；探究活動內容所涉及的知識點難度要適宜，隨著活動開展的進行，難度逐漸增加；內容要新穎，從學生喜歡的活動出發(fā)，讓所有的學生都愿參與到探究活動中來，為每個學生都提供一個提高科學素養(yǎng)的機會。

四、有效開展探究活動，驅動創(chuàng)新思維提升

1.通過模型探究，激發(fā)興趣，打開創(chuàng)新思維的大門。

沒有對科學的興趣，何以談科學創(chuàng)新思維，要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，首先培養(yǎng)學生對科學的興趣。模型探究就是學生對已學知識，在老師的啟發(fā)下，通過自己的理解和思考，動手實踐，用具體的實物制作模型的過程。如制作等高線模型、地球儀模型、植物細胞模型等，通過模型制作來培養(yǎng)學生對科學的興趣。

案例：植物細胞模型的制作：

(1)畫出細胞結構，使學生在制作模型時有所依據(jù)。

(2)準備好從家中帶回細胞結構的各種物品，物品盡量是現(xiàn)成的，不需要另外購買，不加重學生的經濟負擔，同時也可培養(yǎng)學生的發(fā)散思維。

(3)學生制作和展示，在展示過程中，也可幫學生樹立信心。

上面就是其中幾位同學的作品，雖不夠精致，也不完美，但學生所用的材料很豐富，有橡皮泥、泡沫、透明塑料袋、綠豆、板栗等，這說明學生是經過思考的，學生動手與動腦相結合，遠比單一的、機械的記憶或反復的強化練習要有趣。既加深了對科學知識的理解，又讓學生體會到了科學探究活動的樂趣，激發(fā)了學生學習科學的興趣，打開創(chuàng)新思維的大門。

2．開展疑問探究活動，培養(yǎng)學生質疑的品質，激活創(chuàng)新思維。

學起于思，思源于疑，任何一個偉大的創(chuàng)新都是從一個疑問開始的，要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，需要培養(yǎng)學生質疑的品質。疑問探究就是在學習科學基本原理和概念時，學生會存在疑問，教師通過創(chuàng)設問題情景，引導學生提出問題，并以此問題作為科學探究活動的問題而開展探究活動。

案例：影響液體壓強大小的因素

教師演示往同一玻璃管中注入不同深度的水，觀察到橡皮膜的凸出程度隨深度增加而增加。問：在這個過程中水的哪些物理量發(fā)生變化？學生很容易就觀察到水的深度、重力都在變化。再問：水的深度越大，水的壓強越大你這對結論有疑問嗎？學生就會提出問題：為什么不是水的重力越大水的壓強越大？這時教師直接告訴學生重力對液體壓強沒影響，不僅不能解決學生心中的疑問，而且會扼殺學生心中萌發(fā)質疑的種子。請學生設計方案來探究水的重力與壓強大小有什么關系，反而可以把學生的思維推向更深層次，學生設計出如圖方案，在粗細不同的玻璃管中加入相同深度質量不同的水，觀察橡皮膜的情況。在實驗中發(fā)現(xiàn)橡皮膜凸出程度相同，證明水的重力與液體壓強大小確實無關，請同學們再把書本上的實驗方案修改，使其與結論更符合。學生設計了如圖實驗方案，在實驗中把等質量的水加入粗細不同的玻璃管，觀察到細玻璃管的橡皮膜更凸出，就得出水對容器底的壓強與深度的關系，確實與水的重力無關。通過探究解決了心中的疑問，還完善了書本的方案，培養(yǎng)了學生敢于質疑書本、質疑權威的能力，使學生敢于提出探究的問題，能用控制變量法對實驗活動進行探究，加深對科學知識和原理的理解，完成課標的任務，更重要的是培養(yǎng)了學生的問題意識、質疑能力，激活了創(chuàng)新思維。

3．通過探究方案的設計，培養(yǎng)學生的發(fā)散思維。

發(fā)散思維是創(chuàng)新思維的主要表現(xiàn)形式，要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，就要培養(yǎng)學生的發(fā)散思維。探究活動中，選擇一些有多種方法或常規(guī)方法不可以解決的問題作為探究的內容，讓學生完成方案的設計，在設計方案的過程中培養(yǎng)學生的發(fā)散思維。書本的分組實驗有現(xiàn)成的實驗方案和步驟，學生往往會按照書本去做，缺乏自己的思考，限制了學生的發(fā)散思維。如把實驗對象或實驗器材變更一下，創(chuàng)設情景再讓學生重新設計探究方案，既可以完成分組實驗的基本任務，又可培養(yǎng)學生的發(fā)散思維。如沒有電流表怎樣用電壓表測電阻？怎樣用天平測一捆細鐵絲的長度？七年級密度分組實驗中的石塊改成雞蛋，使學生更有新鮮感，更能激發(fā)學生的興趣，雞蛋容易破，會讓學生的操作更細致，雞蛋的體積不能直接用量筒排水法測，創(chuàng)設情景培養(yǎng)學生的發(fā)散思維。

案例：測雞蛋的密度的設計

要求：從天平、量筒、大小燒杯、細線、水等器材中選出儀器較精確的測出雞蛋的密度，完成方案設計。

討論：雞蛋的體積怎樣測量?

量筒和大燒杯在測量體積時會遇到什么樣的問題?

怎樣選擇合適的儀器讓雞蛋既能放進去，又能教精確測出雞蛋的體積？

方案甲：

(1)用天平稱出雞蛋的質量為m。

(2)在燒杯中加入適量的水，把雞蛋放入大燒杯中并在燒杯上做上液面位置記號，把雞蛋用手取出。(學生先用細線綁住雞蛋，發(fā)現(xiàn)不容易綁住，放棄用細線取出雞蛋)。

(3)量筒中量取100mL水，把量筒中的水倒入大燒杯直到記號處，讀出量筒所剩水的體積為V。

(4)用密度公式算出密度。

雞蛋的密度( )56 48 52 52 1.08雞蛋甲的質量(g)量筒中所剩水的體積(cm3)倒入燒杯中水的體積(cm3)雞蛋的體積(cm3)

討論：

方案中用手取出雞蛋時會把燒杯中的一部分水帶出，會造成倒入的水的體積有什么樣的誤差？引起密度有什么樣的誤差？能不能把測雞蛋的體積變“加進去”為“流出來”減小體積的誤差。

方案乙：

(1)用天平稱出雞蛋的質量為m。

(2)把大燒杯底部一部分墊高，往大燒杯中加滿水。(發(fā)現(xiàn)水從燒杯四周溢出，才想到把杯底墊高，讓水只從燒杯尖嘴一個地方流出)。

(3)把雞蛋慢慢放入大燒杯，水慢慢從大燒杯的尖嘴流入小燒杯。

(4)把小燒杯中水倒入量筒測出體積為V。

(5)用密度公式算出密度。

雞蛋的質量(g)雞蛋的體積(cm3) 雞蛋的密度( )56 51 1.1

討論：燒杯中的水倒入量筒有殘余液體留在燒杯，會造成雞蛋的體積有什么樣的誤差?小燒杯中的水的體積還可以怎樣測，才能減小上面方案中的誤差。

方案丙：

(1)用天平稱出雞蛋的質量為m1。

(2)用天平稱出空小燒杯的質量為m2。

(3)把大燒杯底部一部分墊高，往大燒杯中加滿水。

(4)把雞蛋慢慢放入大燒杯，水慢慢流入小燒杯。

(5)用天平稱出小燒杯和水的總質量m3，算出水的體積。

(6)算出雞蛋的密度。

雞蛋的質量(g)空小燒杯的質量(g)小燒杯和水的質 量(g)水 的質 量(g)水 的體 積(cm3)雞蛋的密度()56 23.3 74.6 51.3 51.3 1.09

在這個探究過程中，學生經過實踐發(fā)現(xiàn)自己方案的不足之處，能從問題出發(fā)用不同的方法調整自己的方案，使自己的方案更加完善，在這個過程中掌握了科學探究的方法，發(fā)展了科學探究的能力，培養(yǎng)了學生的發(fā)散思維。

4．生活探究學以致用，創(chuàng)新思維的得以提升。

初中科學新課標指出：教學的最終目標是學以致用，讓學生能夠運用科學的眼光、科學的思維、科學知識和科學方法探索生活、認識生活和解決生活實際問題。生活探究就是把科學探究用于解決實際問題的一種探究活動。學校要舉行年級紙飛機直線距離比賽，為參加區(qū)的比賽選出人選，所以把紙飛機直線飛行距離作為探究活動的一次內容。

案例：紙飛機模型飛行直線距離與飛機的長度、機翼寬度的關系。

要求：A4紙一張，不能把紙裁掉，折法不限。

制作：學生按照自己的想法把A4紙，折成紙飛機。

試飛：由一同學統(tǒng)一試飛(便于試飛過程中速度、高度、角度的控制)

討論：觀察飛的較遠的紙飛機與自己的紙飛機外形上有什么差異？紙飛機直 線距離與什么因素有關？

猜測：(1)可能跟機翼的寬度有關。(2)可能跟飛機的長度有關。

設計方案1：紙飛機直線距離與機翼寬度的關系。

同一種折法控制長度相同，機翼寬度不同折成不同的飛機，試飛比較飛行距離。(從窄到寬編上1-5的數(shù)字，同一人，要求飛出的瞬間各種要素基本控制成相同)

第1次 第2次 第3次 平均值1號模型 7.41m 7.25 m 7.32 7.32m 2號模型 8.53m 8.34m 8.23m 8.37m 3號模型 6.18m 6.01m 6.27m 6.15m 4號模型 6.40m 6.22m 6.18m 6.27m 5號模型 3.50m 3.42m 3.70m 3.54m

得出飛行距離與寬度的關系：2號模型的寬度飛得最遠，寬度要適宜。

設計方案2：紙飛機直線距離與飛機長度的關系：

控制機翼寬度相同(選擇方案一中2號紙飛機的寬度)，折成不同長度的飛機，試飛比較飛行距離。(從長到短編上1-5的數(shù)字，同一人，要求飛出的瞬間各種要素基本控制成相同，5號飛機，多次試飛，飛出去，都會往回偏轉，基本落在起點，所以取了4組有效數(shù)據(jù))

飛機模型 第1次 第2次 第3次 平均值1號 7.09m 7.04m 7.35m 7.16m 2號 7.70m 7.32m 7.65m 7.56m 3號 4.10m 4.5m 4.32m 4.31m

4號 4.7 5 m 4.8 4 m 5.0 2 m 4.5 4 m

得出飛行距離與長度的關系：2號模型最遠，長度要適宜。

這次探究活動雖然只探究了一種折法，但學生能把探究方法應用到實際練習中，能折出各種各樣的飛機，用控制變量法找出自己的飛機合適的長度和機翼的寬度，和飛出時適宜角度、速度等，在不斷練習中找出飛得最遠的折法、飛出的角度、速度等。在這次活動中大多數(shù)同學的紙飛機的直線距離有很多進步，兩個班中有19人獲得學校的獎項，圖片1中的男生表現(xiàn)尤為突出，文化課成績在年級中倒數(shù)，在年級紙飛機直線距離比賽中竟然獲得第二名的好成績。在這次探究活動中，用科學的知識和方法解決了實際問題，學生有很大的成就感，發(fā)展了學生的探究能力，學生的創(chuàng)新思維也有很大的提升。

五、成果與反思

通過問卷調查，多數(shù)學生認為科學探究活動能加深科學知識的理解，能用所學的知識解決生活中的實際問題，還可以體會到科學的樂趣，激發(fā)學習科學的興趣，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維。

問題(任教的兩個班48人) 是 否不 確定是的人數(shù)科學探究活動對你的科學是否有幫助？ 46 1 1 46在科學探究過程中是否提高了學習科學的興趣？ 47 1 0 47在科學探究過程中是否加深了對該知識點的理解？ 45 3 0 45在科學探究過程中是否鍛煉了動手能力？ 46 1 1 46在科學探究過程中有疑問是否會提出來？ 39 9 0 39是否能通過科學探究活動解決生活實際問題？ 40 8 40是否愿意繼續(xù)采用科學探究活動這種教學方式？ 47 1 0 47

在實踐過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如紙飛機的直線距離的探究活動時間遠遠超出了我們原計劃的時間，怎樣處理好時間與效果的關系，將是今后科學探究要深思的一個問題。讓科學探究活動在科學教學中發(fā)揮更好的作用，能更好的培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。