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主动建构培养学生的科学探究能力
主动建构培养学生的科学探究能力
张海滨
（浙江省杭州市余杭区塘栖二中）
摘 要：科学探究应让学生体会科学家的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法，因为这样可以让学生少走弯路，较快地找到科学探究的大门，为此在以下方面做了些尝试：创设情境，主动建构；强化实验设计；重视科学探究史教学。
关键词：科学探究能力；情境；实验；探究史
科学的核心是探究。何为科学探究？美国的《国家科学教育标准》对探究做了明确的定义，“科学探究指的是科学家们用于研究自然并基于此种研究获得的证据提出解释的多种不同途径。也指学生用以获得知识、领悟科学家的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法而进行的种种活动”。由此可见，探究式教学实质上是将科学领域的探究引入课堂，使学生通过类似科学家的探究过程，理解科学概念和科学探究的本质，并培养科学探究能力的一种特殊的教学方法。
简而言之，探究教学强调的并不是问题的答案，而是发现问题、解决问题的过程和途径。当今世界是一个信息社会化的世界，也是一个知识爆炸的时代，现有知识的量非常大，知识的获取也比较容易，只要在网上百度一下就行了。对于学生来说重要的不是掌握了多少科学知识，而是要用一颗敏感的心去感受大自然，学会发现问题、探究问题和解决问题，这对于他们今后的工作、学习和生活都是终身受益的。
那么，我们在课堂上如何进行科学探究的教学呢？对照美国的《国家科学教育标准》对科学探究的定义，我认为在具体的教学实践中应最大可能再现科学家的探究过程。因为这样可以让学生少走弯路，较快地找到科学探究的大门。对此，本人主要在以下方面做了一些尝试。
一、创设情境，主动建构
对于一些操作上比较简单的实验，我们要尽可能地沿着科学家的思维轨迹和探究过程对学生进行引导。例如，在上电流的磁效应时，我们不应该演示了实验后马上就得出电流周围存在着磁场的结论。因为这样并没有让学生尝试到探究的乐趣，也不利于他们思维的发展。这节课我是这样处理的，在演示了奥斯特实验后问道：小磁针为什么会偏转？事实上此时绝大多数学生并没有把它和磁现象联系起来，有一位学生说可能是由于我闭合开关时手指的转动引起了空气的流动，从而使小磁针发生了偏转。我首先对这位学生敢于猜想的作风加以肯定，同时指出，如果是那样的话，过一会儿小磁针应该恢复南北指向，而事实上却没有，但切断电源后小磁针恢复了南北指向，从而否定了刚才那位学生的猜想。这时又有一位学生提出可能是由于导线通电后发热（依据日常生活经验），使得周围空气流动，从而使小磁针发生了偏转，我同样肯定了这位学生的敢于猜想，接着马上指出，如果是那样的话，我把小磁针换成火柴梗也会偏转，但演示后并没有；或者在导线和小磁针之间用玻璃板、硬纸板等障碍物隔开，小磁针应该不会偏转，但演示后照样偏转，从而否定了第二位学生的猜想。……到底是什么原因呢？我引导学生思考：日常生活中什么东西能使小磁针偏转？这时一位学生怯生生地提出：是不是导线通电后变成一根磁铁而有磁性了？听到这句话后其他学生的思路也一下子被打开，师生一起设计了各种方法进行探究，最后得出了结论：通电直导体周围确实存在着磁场，但磁感线的形状并不像条形磁铁。
小结时我告诉学生，刚才那两位学生提出的猜想奥斯特也想到过，得知这一情况，学生激动万分：没想到我们竟然和科学家想到一块去了，原来科学探究并不神秘。他们的内心获得了极大的满足，充分享受到了科学探究的乐趣。
二、强化实验设计
在进行科学探究时，当提出问题和猜想后我们需要设计实验解决问题，这是学生觉得最困难的。因为这需要学生有扎实的基础知识、严密的数理逻辑和开阔的视野。因此，我们需要对学生进行这方面的强化，方法之一是让学生模拟科学家进行相关的科学探究实验设计。
例如，关于焦耳定律的内容，教材上是将一个设计好的装置进行演示，然后得出焦耳定律。我觉得这样并不利于培养学生的科学探究能力。其实，这个实验的操作比较简单，关键是这个装置是怎么来的？为什么要采用这样的装置？这其实是让学生进行科学探究的一个非常好的素材。因此，我对这节课的内容是这样处理的，在讲了电流的热效应后，请学生猜想一下导体产生的热量可能跟哪些因素有关，由于学生在八年级时已经学习了一些电学知识，所以不难猜到可能跟电流和电阻有关，接着我让学生当一回焦耳，设计一个实验来验证刚才的猜想，设计时画草图和电路图均可。在大部分学生完成设计后，教师选取几个比较典型的方案（应选取那些有良好创意和典型错误的设计方案）和大家一起讨论：发热体应该用一个还是两个？这两个发热体应怎样连接？如何改变和测量电路中的电流？如何测量导体产生的热量？当这些问题都解决后，一个比较完整的实验设计就出来了。然后将师生共同设计的方案和教材上的进行比较，看看还有哪些不足或者比教材上更可取的地方。通过这样的模拟设计，可以很好地锻炼学生的科学探究能力。
又如，有关大气压强的内容，教材在介绍了马德堡半球实验说明大气压强很大后，就直接引出了大气压的数值，我觉得这样让学生被动地接受大气压的数值根本不利于他们各方面能力（包括科学探究能力）的培养，而且他们也不容易记住大气压的数值，相关的概念很模糊，其实在这里我们完全可以模拟一下科学家们的探究过程。因此，我在演示了马德堡半球实验后，对学生说：“既然大气有压强，你能否设计一个实验测定出大气压的数值到底是多少？请大家试试看。”在我的要求下学生纷纷开动脑筋进行尝试，其中有一位学生提出用纸片托水的实验可以测定出大气压的数值，他说把玻璃杯弄得长一点，直到纸片托不住水，这时纸片上方液体的压强就等于大气压强。我对该学生的这一想法大加赞赏，指出等效替代是科学探究上的一种常用方法，同时引导大家一起讨论对该实验加以完善：能否将玻璃杯换成直径较小的玻璃管？由于大气压的数值很大，能够托起很高的水柱，玻璃管可能要很长，对此我们应该怎么办？是否可以用其他的液体来代替水？……当实验设计方案趋于完善后，我给他们演示了实验，得出大气压的数值，并指出这一实验是意大利科学家托里拆利最先设计并做出来的，所以被称为托里拆利实验。经此一过程，学生茅塞顿开，充分理解了大气压的数值、水银气压计的原理等相关知识内容，并且对等效替代的科学方法也有了一定的了解。
三、重视科学探究史教学
对于一些比较复杂的科学探究我们不可能在课堂上用实验去重现科学家们的探究过程，但是应该而且有必要向学生介绍科学家的探究史。例如，关于血型的内容，教材上只是介绍了血型的类型，而对于血型的发现却并无提及，但我每次讲到血型时，都要向学生介绍血型的发现经过，主要是这样三点：（1）较早时期人们进行输血尝试的失败；（2）奥地利医学家兰德斯坦纳的发现；（3）第一次世界大战中，德国医学家奥登堡根据兰德斯坦纳的研究成果进行输血，居然大获成功，挽救了大量伤员。学生听了之后不仅了解了人类在挽救生命上所作的努力，更使他们深刻地认识到科学探究的重要性。
再如，关于酸碱指示剂的内容，由于日常生活中我们很少接触到相关的物质和概念，所以几乎每届都有学生问我：酸碱指示剂是从哪里来的？它是怎么被发现的？于是我向他们介绍波义耳发现和提取酸碱指示剂的经历，学生听了之后明白了科学探究就在我们身边，但是机遇只青睐那些有心的人，成功只属于那些有准备的人。
此外，像细胞学说的提出、血液循环和光合作用的发现等内容都是进行科学探究史教学的很好的素材，通过这些科学探究史的教育，可以使学生明白科学探究的长期性和艰巨性，增强他们不畏艰难，愈挫愈勇，终生献身科学事业的信心。
参考文献：
刘广。科学探究能力要素的培养研究［D］。南京师范大学，2005.
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