探究從實(shí)驗(yàn)開始

◇孫 浩（江蘇：邳州市燕子埠鎮(zhèn)中心小學(xué)）

小學(xué)科學(xué)課程的學(xué)習(xí)主要以探究活動(dòng)為主，而探究活動(dòng)往往又以實(shí)驗(yàn)的形式來組織。實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)、獲取科學(xué)技能、理解科學(xué)本質(zhì)的主要途徑。探究活動(dòng)作為一個(gè)過程，有一定的活動(dòng)程序和操作步驟，這一過程也是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究能力培養(yǎng)的過程?？茖W(xué)探究能力的培養(yǎng)要從注重培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)起步。在組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，無論是引起學(xué)生認(rèn)知沖突的情境創(chuàng)設(shè)，還是突出學(xué)生主體地位的主動(dòng)探究，都要重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)。下面以《擺的快慢》為課例，探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)。

《擺的快慢》教學(xué)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，提出問題。

出示擺的結(jié)構(gòu)示意圖，復(fù)習(xí)擺的相關(guān)知識(shí)：什么是擺？什么是擺幅？

出示學(xué)生所做“15 秒內(nèi)擺的擺動(dòng)次數(shù)”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，討論：我們所做的擺為什么在15 秒內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)不一樣？激發(fā)學(xué)生研究興趣，提出本課研究問題：擺的擺動(dòng)快慢和什么因素有關(guān)？

環(huán)節(jié)二：大膽猜測(cè)，提出假設(shè)。

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行探討，大膽猜測(cè)：擺的擺動(dòng)快慢可能和哪些因素有關(guān)？

梳理學(xué)生意見，小結(jié)：擺的擺動(dòng)快慢可能會(huì)和擺幅大小、擺錘輕重、擺線長短有關(guān)。

組織學(xué)生根據(jù)上節(jié)課實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果繼續(xù)討論，提出假設(shè)：擺幅的大小、擺錘的輕重、擺線的長短會(huì)對(duì)擺的擺動(dòng)產(chǎn)生什么影響？

環(huán)節(jié)三：制訂方案，明確步驟。

擺幅的大小、擺錘的輕重、擺線的長短都可能會(huì)對(duì)擺的擺動(dòng)產(chǎn)生影響，究竟哪一個(gè)因素最有可能影響擺的擺動(dòng)快慢？請(qǐng)選擇一個(gè)因素作為自己小組的研究內(nèi)容。

擺的研究涉及多個(gè)變量，要有效地開展實(shí)驗(yàn)就必須控制多余的變量。組織學(xué)生分析：針對(duì)不同的研究對(duì)象，要控制哪些變量不變？

小組討論，教師幫助學(xué)生確定研究方案，明確注意事項(xiàng)。

環(huán)節(jié)四：開展實(shí)驗(yàn)，收集分析數(shù)據(jù)。

學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案開展實(shí)驗(yàn)研究，做好記錄。在實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生通過多次實(shí)驗(yàn)提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，關(guān)注實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性，發(fā)現(xiàn)問題，全班討論。

組織學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，討論從中可以得到什么結(jié)論。

學(xué)生交流自己的實(shí)驗(yàn)所得。

環(huán)節(jié)五：回顧課堂，總結(jié)提升。

讓學(xué)生談?wù)劚竟?jié)課的收獲。

出示擺鐘，組織討論：如何調(diào)整時(shí)間慢了的擺鐘？

思考：如何在一定時(shí)間內(nèi)確定擺的擺動(dòng)次數(shù)？

環(huán)節(jié)六：拓展延伸，形成科學(xué)概念。

擺的擺動(dòng)快慢與擺繩長短有關(guān)，與擺錘輕重?zé)o關(guān)，那么用同樣長短的一根擺繩、長短不一樣的擺錘，它們擺動(dòng)的快慢會(huì)一樣嗎？

實(shí)驗(yàn)探究：同樣長短的擺繩、不一樣長短的擺錘，擺動(dòng)快慢不一樣。

為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？指導(dǎo)學(xué)生通過閱讀資料，明白：真正的擺長不等于擺繩的長度，擺長是支架到擺錘重心的距離；擺的擺動(dòng)快慢與擺長有關(guān)。

閱讀有關(guān)英國大本鐘的資料。

一、啟發(fā)和鼓勵(lì)學(xué)生，提出有探究價(jià)值的問題

《擺的快慢》是教科版科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)第三單元的第5 課，學(xué)生通過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，對(duì)擺已有一定的認(rèn)識(shí)，能制作一個(gè)擺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但由于學(xué)生制作的擺，擺繩長短不一、擺錘輕重不同、做實(shí)驗(yàn)時(shí)擺幅大小也有差異，因此通過實(shí)驗(yàn)會(huì)發(fā)現(xiàn)，不同的擺在相同時(shí)間內(nèi)擺動(dòng)的次數(shù)不一樣。這為學(xué)生繼續(xù)研究擺提供了基礎(chǔ)。環(huán)節(jié)一的設(shè)計(jì)是為了觸動(dòng)學(xué)生的思維，在數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)矛盾，產(chǎn)生認(rèn)知上的沖突，促使學(xué)生自動(dòng)進(jìn)入情境，提出問題：擺的擺動(dòng)快慢和什么因素有關(guān)？在科學(xué)教學(xué)中，提出問題，對(duì)明確探究方向、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維并做出大膽猜測(cè)、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入主動(dòng)探究狀態(tài)等具有重要作用。提出問題是科學(xué)探究的首要環(huán)節(jié)，教師要啟發(fā)和鼓勵(lì)學(xué)生提出有探究價(jià)值的科學(xué)問題。培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)，首先要從培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)開始。教學(xué)中可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

科學(xué)問題的提出要和學(xué)生的科學(xué)知識(shí)與能力相聯(lián)系。案例中，學(xué)生從上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)中得出“不同的擺擺動(dòng)快慢不一樣”這一結(jié)論，激起了學(xué)生的好奇心，引起了學(xué)生的探究興趣，明確了本課的研究方向。

留給學(xué)生獨(dú)立思考、提出問題的時(shí)間和空間。有時(shí)教師為了節(jié)約課堂教學(xué)時(shí)間，一提出問題就請(qǐng)學(xué)生作答，這樣不利于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。對(duì)于有一定難度的問題，學(xué)生必須經(jīng)過一個(gè)思維過程才能選擇準(zhǔn)確的語言，提出創(chuàng)造性的解決方案。因此要根據(jù)問題的難易程度，做出適當(dāng)時(shí)間的停頓。這樣學(xué)生的思維才會(huì)得到鍛煉，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

對(duì)問題的提出要做必要的指導(dǎo)。有時(shí)學(xué)生限于學(xué)識(shí)水平，可能提不出問題或提不出準(zhǔn)確的問題。這時(shí)教師要結(jié)合觀察、調(diào)查、實(shí)驗(yàn)、閱讀等活動(dòng)或?qū)W生在相應(yīng)情境中產(chǎn)生的疑惑，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)有探究價(jià)值的問題。

二、引導(dǎo)猜測(cè)和假設(shè)，教給學(xué)生質(zhì)疑的思維方式

上述案例中，通過環(huán)節(jié)二的活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑：擺幅的大小、擺錘的輕重、擺線的長短會(huì)對(duì)擺的擺動(dòng)產(chǎn)生什么影響？這為接下來的實(shí)驗(yàn)明確了研究方向。學(xué)生結(jié)合前面所學(xué)的知識(shí)大膽猜測(cè)，培養(yǎng)了學(xué)生質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度。在探討、假設(shè)的過程中，依據(jù)原有認(rèn)識(shí)經(jīng)驗(yàn)幫助學(xué)生確立研究的指向，明確本課的研究目標(biāo)。猜測(cè)和假設(shè)是學(xué)生科學(xué)探究中的一種預(yù)見性活動(dòng)，也是培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)的重要一環(huán)。教學(xué)中，教師要鼓勵(lì)、啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)地、大膽地對(duì)問題可能的答案做出猜測(cè)和創(chuàng)設(shè)。注意激發(fā)學(xué)生的自信心，要允許學(xué)生有不同的思考方向，給予學(xué)生融洽的探究氛圍，啟發(fā)學(xué)生利用生活經(jīng)驗(yàn)或科學(xué)事實(shí)廣泛地猜想。要注重培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑的思維方式，教師不僅要解答問題，更要啟發(fā)學(xué)生思考，教給學(xué)生質(zhì)疑的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生由質(zhì)疑而求異，養(yǎng)成思考問題的習(xí)慣。案例中，學(xué)生會(huì)結(jié)合擺的結(jié)構(gòu)對(duì)影響擺的擺動(dòng)快慢的因素進(jìn)行猜測(cè)。這樣的猜測(cè)是有科學(xué)依據(jù)的，也是符合邏輯的，有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)猜測(cè)和假設(shè)做出論證的意識(shí)。

三、引導(dǎo)制訂研究計(jì)劃，調(diào)動(dòng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的主動(dòng)性

制訂一個(gè)可行的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃是培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)的重要方面。探究活動(dòng)能否成功還要看實(shí)驗(yàn)計(jì)劃是否可行。在這個(gè)案例中，控制變量是研究擺的快慢的關(guān)鍵。研究對(duì)象不同，所要控制的變量也不一樣。研究擺幅大小對(duì)擺擺動(dòng)快慢的影響，只要改變擺幅大小，其他因素不變；研究擺繩長短對(duì)擺擺動(dòng)快慢的影響，只要改變擺繩的長短；研究擺錘輕重對(duì)擺擺動(dòng)快慢的影響，只要改變擺錘的輕重。這里要特別注意的是，改變擺錘輕重，但不能改變擺錘的大小，這樣的探究才是科學(xué)的。當(dāng)學(xué)生對(duì)制訂實(shí)驗(yàn)方案有困難時(shí)，教師的指導(dǎo)很重要。教育學(xué)生要全面考慮問題，讓學(xué)生理解在實(shí)驗(yàn)中控制變量對(duì)于保證實(shí)驗(yàn)公平的重要性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。小學(xué)生獨(dú)特的心理和生理發(fā)展特點(diǎn)，要求小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須采取相應(yīng)的措施。1～2年級(jí)學(xué)生主要以形象思維為主，在設(shè)計(jì)和組織實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要提供具體的、感性的、形象的材料，實(shí)驗(yàn)中的變量不能太多，要采取多種形式，調(diào)動(dòng)他們的各種感官，有意識(shí)地直接觀察事物。5～6年級(jí)的學(xué)生認(rèn)知思維已過渡到抽象思維，在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中就可以增加變量和實(shí)驗(yàn)操作的難度。

探究意識(shí)的培養(yǎng)有助于提高學(xué)生探究能力，要讓學(xué)生經(jīng)歷制訂研究計(jì)劃的過程，充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的主動(dòng)性。比如，研究擺繩長短對(duì)擺擺動(dòng)快慢的影響，如何改變擺繩的長短才能在課堂上方便快捷地完成實(shí)驗(yàn)？指導(dǎo)學(xué)生合理選擇實(shí)驗(yàn)器材，構(gòu)思實(shí)驗(yàn)步驟，優(yōu)選實(shí)驗(yàn)方案?？捎靡桓鶖[繩先做實(shí)驗(yàn)，再把擺繩對(duì)折后，用一半繩長做實(shí)驗(yàn)。這樣方便操作，有助于五年級(jí)的學(xué)生快速完成實(shí)驗(yàn)。

四、讓學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握正確處理數(shù)據(jù)的方法

學(xué)會(huì)收集處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的重要內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)中，要讓學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性，培養(yǎng)學(xué)生尊重?cái)?shù)據(jù)的意識(shí)，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。要給學(xué)生充分的交流時(shí)間，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，同一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不一致說明實(shí)驗(yàn)存在一定的誤差，減少誤差提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確率是提高實(shí)驗(yàn)效果的重要保證。在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)：同一個(gè)單擺，擺繩越長擺動(dòng)越慢，擺繩越短擺動(dòng)越快，擺錘的質(zhì)量不會(huì)影響擺的擺動(dòng)快慢。也有學(xué)生可能會(huì)選擇擺幅大小對(duì)擺擺動(dòng)的影響作為研究內(nèi)容。這個(gè)實(shí)驗(yàn)有難度，教師要及時(shí)肯定和鼓勵(lì)學(xué)生，促使他們主動(dòng)思考和自我反省，借此契機(jī)實(shí)施科學(xué)思想方法和科學(xué)態(tài)度教育。

在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能誤差較大。比如，由于計(jì)時(shí)的學(xué)生和掌握擺錘的學(xué)生操作不同步，或計(jì)數(shù)的學(xué)生在擺擺動(dòng)過程中計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，或?qū)W生由于先前猜測(cè)形成潛意識(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中有意識(shí)地修正實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以符合自己的猜測(cè)等，都會(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真分析，看到不重視證據(jù)收集的嚴(yán)重后果，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重要性的認(rèn)識(shí)。對(duì)于數(shù)據(jù)的不一致，要引導(dǎo)學(xué)生找原因、想方法，甚至重復(fù)實(shí)驗(yàn)。要尊重原始數(shù)據(jù)，而不隨意取舍、修改數(shù)據(jù)。這樣的科學(xué)探究活動(dòng)才是有效的，才有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

五、讓學(xué)生能表達(dá)、會(huì)反思，在實(shí)驗(yàn)中建構(gòu)科學(xué)概念

科學(xué)論證是科學(xué)探究的重要特征，也是提高學(xué)生科學(xué)探究能力的重要保證。學(xué)生用自己的語言解釋擺擺動(dòng)快慢和什么因素有關(guān)，有助于培養(yǎng)學(xué)生解釋和論證的能力。學(xué)生用嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的語言去論證實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)提高學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)和探究能力都是不可忽視的。

回顧反思有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理，將新學(xué)的知識(shí)和已有知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)系，促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化，培養(yǎng)學(xué)生的反思能力。組織學(xué)生討論如何調(diào)整時(shí)間慢了的擺鐘，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和生活緊密聯(lián)系，利用日常生活用品進(jìn)行探究，學(xué)以致用，有助于提高學(xué)生的研究興趣。

在環(huán)節(jié)六中，學(xué)生普遍認(rèn)為，擺繩長度相同、擺錘長度不同的兩個(gè)擺擺動(dòng)快慢一樣。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)時(shí)，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知上的矛盾。這是對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究意識(shí)和科學(xué)態(tài)度培養(yǎng)的好時(shí)機(jī)。教師要充分利用這個(gè)機(jī)會(huì)，引導(dǎo)學(xué)生通過認(rèn)知上的沖突展開討論，反思自己的實(shí)驗(yàn)，從而建構(gòu)科學(xué)的概念?？茖W(xué)探究活動(dòng)的開展就是為了模擬科學(xué)家如何探索科學(xué)真理，這比一味片面地追求科學(xué)知識(shí)的接受式學(xué)習(xí)，更能培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度和求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)精神，也更能提高學(xué)生科學(xué)的探究意識(shí)。

小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)探究精神，突出科學(xué)實(shí)驗(yàn)思維和方法。教師要用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)方法指導(dǎo)學(xué)生的探究活動(dòng)，通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)不斷提高學(xué)生的探究意識(shí)和實(shí)驗(yàn)探究能力。只有這樣才有助于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中掌握技能、方法，獲得科學(xué)知識(shí)，養(yǎng)成科學(xué)精神，才有助于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)探究在科學(xué)課程中的重要作用。