淺析基于真實情境的科學探究教學

朱慶華 蕭山區(qū)河上鎮(zhèn)初級中學

科學課程的本質(zhì)是科學探究。學生對科學的學習始于他們在生活實踐中對自然界的認識，而不是單純的書本知識的記憶和接受。在科學課程的教學中，教師要創(chuàng)設(shè)真實情境，運用多種方式對學生進行科學探究的訓練。而有效的科學探究，應(yīng)該是基于真實情境的科學探究。實施有效的教學策略可以促進學生科學核心素養(yǎng)的落實。

一、創(chuàng)設(shè)真實情境，引發(fā)認知沖突

在學生的認知結(jié)構(gòu)中，有大量基于生活學習經(jīng)驗的前概念，這些前概念有些屬于科學真理，但有些與正確的科學思想、科學知識相違背。

因此，在教學活動中，首先應(yīng)該創(chuàng)設(shè)真實情境，使情境與學生原有認知結(jié)構(gòu)發(fā)生強烈沖突，充分暴露學生的錯誤前概念，從而引發(fā)學生提出相異觀點—與原有認知結(jié)構(gòu)相沖突的觀點。

以力的存在一課為例。這節(jié)課中，學生存在多個相異觀點：兩個沒有相互接觸的物體，也會產(chǎn)生力的作用。堅硬的物體受到力的作用時也會發(fā)生形變。作用力與反作用力大小相等。這些相異觀點與學生原有生活經(jīng)驗形成強烈沖突，通過真實情境的創(chuàng)設(shè)，可以將學生的錯誤前概念暴露出來，并在課堂上對認知結(jié)構(gòu)進行修正或重構(gòu)。比如“作用力與反作用力大小相等嗎”這一問題，通過展示工程車與小汽車相撞、小汽車撞電線桿、小鳥撞飛機等圖片或其他素材，將知識沖突化，強烈的視覺沖擊加上生活經(jīng)驗會讓學生認為“作用力與反作用力大小不相等”，引發(fā)認知沖突，由此教師便可引導(dǎo)學生進入下一個環(huán)節(jié)—設(shè)計獲取事實證據(jù)的方案并進行實驗，運用證據(jù)進行分析論證，實現(xiàn)科學概念和知識的“再平衡”。

通過真實情境的創(chuàng)設(shè)，引發(fā)認知沖突，有助于學生批判思維的養(yǎng)成和質(zhì)疑精神的培養(yǎng)，有助于學生質(zhì)疑創(chuàng)新等核心素養(yǎng)的落實。

二、滲透科學思想，內(nèi)化科學方法

學生所學習的科學知識，在科學歷史長河中所占比重少之又少，但引導(dǎo)學生像科學家一樣進行科學探究，領(lǐng)會科學思想和掌握科學方法對學生而言是至關(guān)重要的。學生在設(shè)計獲取證據(jù)的方案時，往往存在以下問題：如何對設(shè)計出的方案進行優(yōu)化，如何對變量進行控制和轉(zhuǎn)化，如何設(shè)置對照實驗。

在九年級上冊第四章第2節(jié)《食物消化與吸收》中，探究實驗：探究影響酶催化作用的因素。該實驗很顯然運用到了控制變量的科學方法，同時還涉及變量轉(zhuǎn)化。如：探究溫度對酶催化作用的影響。該實驗設(shè)計的關(guān)鍵就在于控制變量，具體表現(xiàn)為：改變自變量—溫度，觀測因變量—淀粉酶的催化效率、控制無關(guān)變量—PH值、淀粉液濃度、淀粉液的量、唾液的量等等。而對于淀粉酶的催化效率，直接觀測無法實現(xiàn)，因此需用到先行組織者“淀粉遇碘變藍色”，用碘液來檢驗淀粉的存在與否。這樣就實現(xiàn)不可觀測的“催化效率”轉(zhuǎn)化為了可觀測的“是否變藍”。科學探究貫穿于整個初中科學課程的學習，也是考試重點考查的內(nèi)容。

科學探究活動在具體實驗時，常常要用到“控制變量法”。在教學活動中，教師要引導(dǎo)學生分析自變量、因變量、無關(guān)變量，從自變量的設(shè)置、無關(guān)變量的控制，因變量的觀測三方面引導(dǎo)學生設(shè)計對照實驗，通過不斷地滲透變量意識，增強學生的控制變量和轉(zhuǎn)化變量的能力，從而提升實驗設(shè)計能力。

科學的研究對象是自然現(xiàn)象，自然現(xiàn)象是復(fù)雜的，受到眾多因素影響的，但自然現(xiàn)象背后的原因和規(guī)律是可以被認識的?？茖W實驗的目的就是排除眾多因素的干擾，研究單一的因素對實驗現(xiàn)象的影響，從而逐步揭示科學本質(zhì)。教師在進行設(shè)計獲取證據(jù)方案的教學活動時，要引導(dǎo)學生汲取科學家和前人的智慧，將“知識的知識”—科學思想和科學方法內(nèi)化和運用。

三、落實證據(jù)意識，獲取有效證據(jù)

科學課程中的“事實證據(jù)”有別與法律意義上的證據(jù)，科學課程中的事實證據(jù)不僅僅包括科學事實（實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)等實驗情境），也包括理論依據(jù)[1]。在教學活動中，要逐步養(yǎng)成學生的證據(jù)意識，學會科學的方法與技能獲取有效證據(jù)。在探究活動中，注重高階思維的訓練，發(fā)展學生獲取證據(jù)、邏輯推理、分析論證等素養(yǎng)。

在學生實驗“探究凸透鏡成像規(guī)律”中，若將物距等于2f、f這兩個關(guān)鍵的點給學生，學生只需將蠟燭移動至相應(yīng)范圍內(nèi)。這樣的實驗教學顯然屬于“無腦實驗”，學生僅僅是動手操作一番，證據(jù)獲取的能力并未得到鍛煉，更談不上獲取有效證據(jù)。我們將實驗的主體地位還給學生，指導(dǎo)學生從離凸透鏡較遠的位置開始，將蠟燭逐步靠近凸透鏡，移動光屏找到像，記錄像的性質(zhì)及像距。例：凸透鏡的焦距為10cm，則在設(shè)置物距時可以是30、28、26、24、22、20、18、16……相同間隔的整數(shù)值作為物距，如下表所示（部分欄省略）。

實驗次數(shù) 物距u/cm 像距v/cm 像的性質(zhì)1 30 2 28 3 26…… ……

教師引導(dǎo)學生通過比較數(shù)據(jù)，基于真實的實驗情境和數(shù)據(jù)，分析推理出凸透鏡成像規(guī)律。對于物距和像距的處理，用描點法作圖的方法，將物距和像距畫在直角坐標系中，引導(dǎo)學生利用“臨界點”的思路，意識到放大的像與縮小的像之間存在一個臨界點，并再次通過實驗驗證[2]。在日常教學活動中，教師要培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，學會獲取有效證據(jù)，合理運用數(shù)理方法處理數(shù)據(jù)，養(yǎng)成“利用證據(jù)主張觀點”的習慣。

無論是通過實驗獲取實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)，還是理論依據(jù)，我們都認為是真實實驗情境下的事實證據(jù)，只要是學生實事求是，細心觀察、測量，真實獲取的，都是值得肯定的。在日常教學活動中，教師要培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，在證據(jù)獲取的過程中，養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，培養(yǎng)證據(jù)意識，引導(dǎo)學生在解決實際問題時能夠有理有據(jù)，靠證據(jù)主張觀點。

四、回歸真實情境，運用證據(jù)再說觀點

科學課程引入了大量的科學探究實驗，旨在讓學生在學習科學知識的同時，經(jīng)歷科學探究的過程，領(lǐng)會科學思想、掌握科學方法，培養(yǎng)學生分析問題，運用科學知識解決實際問題的能力。將科學知識融入到真實情境，有利于學生今后發(fā)展過程中解決實際問題能力的提高?？茖W探究讓學生像科學家一樣思考，像科學家一樣探究，通過科學探究的各個環(huán)節(jié)或部分環(huán)節(jié)，基于分析論證得出科學結(jié)論，并將科學結(jié)論內(nèi)化為學生認知結(jié)構(gòu)中的理論依據(jù)。

在教學活動中，教師需創(chuàng)設(shè)真實情境，將科學知識、科學理論與學生實際生活學習緊密聯(lián)系，引導(dǎo)學生運用理論依據(jù)分析、推理、解釋有關(guān)現(xiàn)象，解決實際問題，即運用證據(jù)再說觀點。

在力的存在一課中，學生論證“力的作用是相互的”之后，“力的作用是相互的”便成了學生的理論依據(jù)，可以讓學生思考解決兩個問題（1）人在游泳時為什么要向后劃水？（2）火箭是依靠什么動力飛上天的？教師要引導(dǎo)學生按照“情境→理論依據(jù)→推理分析→結(jié)果”的路徑進行回答。再比如大氣壓強一課中，有大量的生活現(xiàn)象，也可以按照上述路徑進行分析說理。

此外，教師也可以通過模型建構(gòu)，將真實情境通過模型搬進課堂，甚至可以進行簡單的實驗。理論推導(dǎo)→實驗驗證，實驗驗證→理論推導(dǎo)，相互論證。

真實的情境有助于引發(fā)認知沖突，將科學思想和科學方法在科學探究教學活動中加以滲透和內(nèi)化，并培養(yǎng)學生實事求是、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，學會用證據(jù)主張觀點的能力。在得出新的科學結(jié)論時，學生的認知結(jié)構(gòu)進行了修正和完善，要引導(dǎo)學生回歸真實情境，運用證據(jù)主張觀點，學以致用。

以上四個方面的教學策略，有助于提升科學探究的有效性，有助于科學思維、科學方法的訓練，有利于學生“科學思想、證據(jù)獲取、批判質(zhì)疑、分析論證、邏輯推理”等核心素養(yǎng)的發(fā)展。

同時，我們也認為：科學思想、證據(jù)獲取、批判質(zhì)疑、分析論證、邏輯推理等核心素養(yǎng)并不是孤立的，而是相輔相成的，科學探究能力是一種綜合能力。因此，在實際教學活動中，還要注意對核心素養(yǎng)的整體把握，運用多種教學策略。