在科學實驗中推進科學探究深度

李卉

【摘? 要】小學生只有置于真正的科學探究中，才能揭示科學的規(guī)律和秘密，才有助于促進科學核心素養(yǎng)的全面提升。在小學科學教學中，引導學生開展科學實驗?zāi)苡行七M他們科學探究的深度，以此達到高效化探究教學的效果。為此，筆者從借助游戲情境、組織科學實驗、引導實驗總結(jié)等方面對“擺的研究”一課的教學進行了探究，幫助學生感知擺的現(xiàn)象、進行擺的研究、發(fā)現(xiàn)擺的秘密，以此推進小學科學探究的深度，促進學生科學素養(yǎng)的提升。

【關(guān)鍵詞】小學科學;科學實驗;“擺的研究”;科學探究

《科學課程標準》特別強調(diào)，應(yīng)當引導學生展開科學探究式學習，這一點非常關(guān)鍵。學生只有置于真正的科學探究中，才能揭示科學的規(guī)律和秘密，才有助于促進科學核心素養(yǎng)的全面提升，而科學活動的本質(zhì)，就是要帶領(lǐng)學生深入科學探究，理解知識的本質(zhì)。因此，科學探究落實于小學科學教學實踐中，首先需要準確把握探究這一核心，進而才有助于提高學生參與其中的主觀能動性，才能真正深入這個過程，形成智慧，發(fā)展思維品質(zhì)。在科學教學過程中，教師不僅要以學生的自主架構(gòu)為核心，還要促使學生從中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，真正完成對問題的解決，這樣才能真正有助于學生科學素養(yǎng)的形成與發(fā)展。以“擺的研究”一課的教學為例，這是組織學生開展科學探究的重要載體，根據(jù)兒童心理學和教育心理學等相關(guān)理論，在實際教學過程中，教師首先為學生創(chuàng)設(shè)真實的情境，既有助于提高學生學習過程的趣味性，也能對學生的多感官形成正向刺激;既是為了實現(xiàn)協(xié)調(diào)運作，也是為了學生在整堂課都保持積極高昂的學習情緒;既有助于發(fā)展學生的學科探究精神，也有助于打造高效的科學課堂。

一、以培養(yǎng)學生實驗論證能力為目的，設(shè)計實驗方案

實驗室內(nèi)的研究內(nèi)容學生在現(xiàn)實生活中接觸較少，教師提前設(shè)置好操作、準備好器材，對學生的吸引度較低，難以被學生接受。這是學生的生活經(jīng)驗缺乏所導致的，當學生群體面對陌生的實驗室器材，并沒有辦法引導他們的思維跟實際生活日常所見相聯(lián)系，因此，無法讓學生調(diào)用生活經(jīng)驗來對實驗進行觀察和研究，這樣的實驗方案就會顯得蒼白無力、不接地氣，也很難提高學生的參與度和思考度。為了提高學生的接受度，教師在設(shè)計實驗方案時可讓其進行自主選擇，通過引導式的提問方式，讓學生將課堂所需實踐的理論知識跟學生的日常生活內(nèi)容進行反復對比，嘗試讓學生從生活經(jīng)驗中尋找跟課堂實驗相近或相同的情境，然后讓學生按照對該項內(nèi)容的判斷和理解來組織實驗。一方面可以大大提高學生的積極性，讓他們充分進行思考和識別，調(diào)用已有的理論知識和生活常識相結(jié)合來解決教師所提出的引導式問題，以鍛煉他們的思維能力和知識運用能力;另一方面可以提高學生的實驗操作能力，通過生活經(jīng)驗和教師引導，自主獨立地開展主題實驗，真正地做到加強學生探究、解決問題的能力。

如在“擺的研究”的教學前，囑咐學生各自主動回想生活中存在擺的物理現(xiàn)象的具體例子，依照教材要求準備實驗器材，有個性化地嘗試制作擺。課前檢查發(fā)現(xiàn)學生準備了橡皮泥、塑料球、小鐵球等材料，并應(yīng)用這些材料制作出各式各樣的擺。

變量的控制是對比實驗的重點、難點。為了培養(yǎng)學生思維的深刻性，引導學生設(shè)計、完善課程實驗方案，教師通過設(shè)問獲取學生的意見。

師：我們采用對比實驗的方法探究“擺的快慢可能與擺錘的質(zhì)量有關(guān)”，在實驗方案中，如何確定要改變的條件和不改變的條件呢？

生1：每次使用相同的力，用力要勻速。

生2：用手丈量擺幅的大小，將擺幅控制在相同的5° 角內(nèi)。

通過學生自主設(shè)計實驗，使其積極思考實驗中存在的問題，能夠培養(yǎng)其思維能力和解決問題的能力，從而有助于學生從各個層面和角度上全面理解理論知識，對知識點的理解會更深刻，也就更容易記憶。經(jīng)過經(jīng)常、反復性的思考，使學生明白研究的目的，提升學生的論證能力。

二、借助游戲情境，感知“擺的現(xiàn)象”

在導入環(huán)節(jié)，教師基于游戲的方式為學生創(chuàng)設(shè)真實的情境，使學生能在短時間內(nèi)快速聚焦注意力，提高學生的參與興趣，這也為接下來的深入感知以及理解奠定良好的情感基調(diào)，能夠以此激發(fā)學生主動參與探究的興趣，豐富其感性認知。

首先，邀請三名同學完成騎木馬的表演。在這一過程中，引導學生得出結(jié)論：在騎木馬的過程中，身體基于不同位置，呈現(xiàn)出前后往返式運動。其次，再邀請三名同學模仿正步走，引導學生感受走路過程中左右兩臂的擺動，實際上這也是一種基于不同位置的前后往返運動。之后，教師又呈現(xiàn)了學生非常熟悉的玩具不倒翁，要求學生認真觀察其搖擺過程，然后得出結(jié)論：實際運動過程中，其本身的位置并沒有發(fā)生改變，只是基于兩側(cè)進行往返。最后，教師出示教材中所呈現(xiàn)的鐘擺，仍然要求學生認真觀察，體會其擺動的過程。同時，為了能讓學生把接觸到的感性演示材料轉(zhuǎn)化為理論分析和總結(jié)，在經(jīng)過游戲具體情境的表演后，可以引導學生進行抽象化的圖紙表達，針對不同的實驗內(nèi)容，進行相應(yīng)的圖紙概括總結(jié)，方便進行抽象化的圖紙對比，再引導學生進行理論性分析，這樣可以鍛煉學生從“客觀”到“主觀”的總結(jié)概括能力，也加強他們自身的探究能力。

上述環(huán)節(jié)的演示，極大地激發(fā)了學生的興趣，看著他們高昂的小臉，教師能感受到他們此時此刻的急切心情，甚至還有學生高聲嚷道：“擺動就是置于不動的位置的兩側(cè)進行往返運動?！边€有學生對該回答作出補充：“如果只往返一次，說明擺動為一次;如果這個動作只進行了一半，不能認為這是一個擺動的過程?！备鶕?jù)學生的回答，教師發(fā)現(xiàn)，此時是引入課題的最佳契機，不僅能借助直觀豐富的表象為學生呈現(xiàn)相對應(yīng)的概念，同時也易于學生理解和掌握。

三、組織科學實驗，進行“擺的研究”

在《科學課程標準》中，特別強調(diào)了科學實驗的重要性，其目的就是通過實驗活動，讓學生自主發(fā)現(xiàn)擺的秘密。在課堂教學的過程中，教師為學生設(shè)置了探究實驗，以促使學生對此展開深入研究。

（一）借助演示實驗，規(guī)范操作流程

教師首先引入的是伽利略的故事，講述他如何發(fā)現(xiàn)擺的秘密，然后根據(jù)故事內(nèi)容呈現(xiàn)相應(yīng)的實驗示范。由于這一實驗活動具有一定的復雜性，所以在示范之前，應(yīng)帶領(lǐng)學生梳理以下要點：其一，對比兩個單擺，從中發(fā)現(xiàn)異同，在這一過程中，應(yīng)引導學生聚焦于擺長及擺錘兩個不同的視角;其二，了解擺座，帶領(lǐng)學生借助投影儀聚焦于擺座上的三條線，了解虛線和實線各自指代的內(nèi)容;其三，完整地呈現(xiàn)具體的步驟：在確保擺錘靜止不動時，以食指、拇指配合捏住擺錘，然后提高到和實線相等的位置，在計時的同時松開手指。在這一過程中，教師需要明確觀察要點，這樣學生才能從中有所發(fā)現(xiàn)、完成記錄。

（二）引導互動討論，設(shè)計實驗方案

在實際教學過程中，設(shè)計方案是保障實驗效能的關(guān)鍵所在，而學生在進行科學實驗的過程中，大都以小組的形式進行，因此，有必要在進行實驗之前，組織學生展開互動探討，完成對實驗方案的設(shè)計。為了實現(xiàn)這一目標，教師須對學生進行一下引導。

師：在鐘擺擺動的過程中，當其擺動的次數(shù)越多時，說明其擺動速度越快。那么，擺動的快慢究竟與哪些因素相關(guān)？（針對這一問題，可以提前預(yù)設(shè)學生的回答，例如擺幅大小、擺繩長度等。）

師：接下來是匯報環(huán)節(jié)，說一說你們小組的實驗方案設(shè)計。

（1）小組研究的問題是什么？你們的猜測是什么？

（2）使用哪些實驗方法？在這一過程中，發(fā)生改變的條件以及未曾改變的條件分別是什么？

（3）你們將會如何進行這些實驗？說明具體的實驗步驟。

師：哪些小組所研究的問題與其不同？說出你的想法。

（三）組織小組合作，開展實驗探究

在實驗環(huán)節(jié)，學生必須嚴格遵循每一個活動步驟，不僅要動手實踐，還要動腦推理，更要實現(xiàn)小組成員之間的協(xié)同合作，既要實現(xiàn)合理的任務(wù)分配，又要積極主動參與其中，順利完成每一個實驗任務(wù)。對具體的實驗過程而言，不僅能為學生建立豐富的感性認知，也有助于培養(yǎng)其協(xié)同合作意識和合作精神。在完成方案設(shè)計之后需要進行實驗活動，具體實驗過程使用的是相同的鐘擺，首先是完成兩次15秒內(nèi)擺動，然后完成兩次20秒內(nèi)擺動;其次，使用不同的鐘擺，分別再次完成上述擺動實驗過程。當然，在這一過程中，也包含以下情況：其一，擺線的長短相同，擺錘重量不同;其二，擺線長短不同，擺錘重量相同。為了完善記錄，還需要使用量角器測量擺的角度。通過這樣的方式，不僅為學生建立了豐富的表象，也能促使學生從不同的視角了解和擺動相關(guān)的知識;不僅形成了積極向上的學習氛圍，也有助于提高活動以及教學的實效性。

四、引導實驗總結(jié)，發(fā)現(xiàn)“擺的秘密”

班級匯報不僅是為了對之前的實驗過程進行總結(jié)，也是為了發(fā)現(xiàn)其中的內(nèi)在規(guī)律，這樣才能以原有的感性認知為根基，將其上升到理性層面。此外，教師針對學生的匯報也要做出積極的評價，只有這樣才有助于強化學生的合作精神，才能保護學生在這一過程中的良好行為，并促使其成功地轉(zhuǎn)化為習慣。

在小組實驗結(jié)束之后，還需要進行交流展示環(huán)節(jié)，說一說實驗步驟，闡釋實驗現(xiàn)象以及結(jié)論等。對不同的小組而言，在實驗的過程中，各因素存在顯著不同，既需要學生正確把握其中的差異，也要學生完成對感性認知的梳理和歸納，這是其上升到理性層面的關(guān)鍵前提。學生進行交流和分享的同時，也是對學生表達及概括能力的有效訓練，也可以教材中所呈現(xiàn)的表格為載體，組織學生進行探討。

師：這兩個擺是相同的嗎？有哪些異同之處？

師：你認為它們擺動的快慢是否相同？

教師先進行演示實驗，然后要求學生進行觀察和探討：在這一過程中，你發(fā)現(xiàn)了什么？

師：針對擺的長度有必要做出更精準的界定，其與擺繩長度并不相同。然后引導學生歸納：在鐘擺擺動的過程中，其速度與擺線長短相關(guān)，和擺錘重量不存在直接關(guān)聯(lián)。

在具體的實驗過程中，小組成員之間能實現(xiàn)友好的協(xié)同合作，每個成員也能認真完成個人任務(wù)，既樹立了合作精神，也提高了集體榮譽感。因此，教師認為有必要在日后的教學過程中，組織學生展開多元化的小組合作，以實現(xiàn)合作精神和集體精神的進一步升華。在經(jīng)歷這一環(huán)節(jié)之后，科學實驗必然能為學生留下深刻的印象，還有學生以此為主題進行了科學寫作。由此可見，充分利用科學實驗，由學生自主探究科學規(guī)律這一過程，也能為其他知識的學習提供有效的方法、奠定扎實的根基。

通過本節(jié)課的學習，教師收獲良多，在實際教學過程中，應(yīng)組織學生開展科學探究式學習，這樣才能通過這一過程，由學生自主發(fā)現(xiàn)科學知識，體會嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，真正促進科學核心素養(yǎng)的全面提升。

【參考文獻】

[1]許永奎.農(nóng)村小學科學實驗教學存在問題及解決途徑[J].現(xiàn)代中小學教育，2018，34（8）：51-53.

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