拋開(課堂中的)常規(guī)，調(diào)整實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中的實(shí)驗(yàn)，利用在熱學(xué)單元中使用的相關(guān)策略，達(dá)到開放式探究層次?！狵imberlv Lott
　　
　　你課堂中的探究層次需要提高嗎?在許多學(xué)校中，小學(xué)課程都是教師一步一步講授的，所以小學(xué)課堂中高度結(jié)構(gòu)化(NgHy structured，這里是指實(shí)驗(yàn)手冊(cè)詳細(xì)設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)過程，使得教師和學(xué)生沒有更大的自由度——譯者注)的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)很常見。使用實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，準(zhǔn)備課程和實(shí)驗(yàn)比較簡單，學(xué)生也比較容易完成，師生都不需要費(fèi)太多腦筋。然而，使用這樣的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，學(xué)生學(xué)不到要達(dá)到更多引導(dǎo)性探究和依靠自己能力進(jìn)行的開放式探究水平所需的基本探究技能，因此，教師陷入了低水平探究教學(xué)中。采用本文所述的基本步驟，教師能夠創(chuàng)設(shè)一些活動(dòng)幫助學(xué)生投入到更高形式探究中。以《小學(xué)科學(xué)教育：方法、概念和探究》(Sciencein Elementary Education：Methods，Conceptsand Inquiries，作者：Joseph M.Peters，David L.Stout，出版社：Allyn&Bacon)一書中三年級(jí)熱學(xué)單元的“隔熱材料如何減緩熱傳導(dǎo)”為例，說明怎樣將實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)，再轉(zhuǎn)化為引導(dǎo)性探究活動(dòng)，最后轉(zhuǎn)化為開放式探究活動(dòng)，提高探究活動(dòng)的水平。
　　科學(xué)探究可以分為不同的層次(見表1)，但要達(dá)到開放式探究層次，學(xué)生首先需要掌握某些科學(xué)的方法技能：提出問題，制訂研究計(jì)劃，使用收集數(shù)據(jù)的工具和方法，形成基于實(shí)證的結(jié)論(NRC1996)。每個(gè)更高一級(jí)的探究層次都要求學(xué)生更多地提高和掌握這些技能。
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　　教師怎樣改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中的常規(guī)實(shí)驗(yàn)?zāi)?顯然是需要進(jìn)行更多的引導(dǎo)性探究和開放式探究活動(dòng)。但許多教師認(rèn)為這是不可能完成的任務(wù)，因?yàn)樗麄冇羞@樣的錯(cuò)覺：認(rèn)為這需要設(shè)計(jì)全新的活動(dòng)。其實(shí)不然，將常規(guī)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為完全的探究活動(dòng)往往只需對(duì)原有實(shí)驗(yàn)稍作調(diào)整。當(dāng)然，并不是所有的活動(dòng)都適合完全地轉(zhuǎn)化為探究活動(dòng)，但是大部分都至少可以轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)，并且很多可以轉(zhuǎn)化為開放式探究活動(dòng)。
　　
　　第一步：從驗(yàn)證性探究到結(jié)構(gòu)化探究
　　
　　炎癥性探究活動(dòng)是典型的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，即學(xué)生只需簡單地驗(yàn)證已經(jīng)學(xué)過的內(nèi)容。通常教師向?qū)W生介紹一個(gè)活動(dòng)主題，并提供該活動(dòng)主題目標(biāo)的背景信息。然后，給學(xué)生一個(gè)研究問題和尋找答案的實(shí)驗(yàn)過程。因?yàn)閷W(xué)生知道了活動(dòng)的背景信息，所以他們已經(jīng)知道了該調(diào)查研究的正確結(jié)果。在結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)中，教師只給學(xué)生提供研究的問題和實(shí)驗(yàn)過程，但學(xué)生不知道答案。結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)可以讓學(xué)生練習(xí)使用工具和收集數(shù)據(jù)得出基于實(shí)證的結(jié)論等科學(xué)研究的技能和方法。
　　將驗(yàn)證性探究活動(dòng)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)是最簡單的，只需將現(xiàn)有活動(dòng)進(jìn)行很小的改變。步驟如下：
　　(1)因?yàn)閷W(xué)生不會(huì)自己提出問題，首先要將活動(dòng)的題目變成一個(gè)可以激發(fā)學(xué)生好奇心的問題。
　　(2)從學(xué)生的指導(dǎo)手冊(cè)中刪掉所有能夠提供解答線索的內(nèi)容，如原來的活動(dòng)目標(biāo)等。
　　(3)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)性探究的最后和最關(guān)鍵的步驟，是必須在進(jìn)行輔導(dǎo)或閱讀課本前開展探究活動(dòng)。在設(shè)置情境或?qū)嵗砸胫黝}之后，讓學(xué)生通過調(diào)查研究來建構(gòu)相關(guān)科學(xué)概念。在探究活動(dòng)之后，再由教師介紹相關(guān)概念的細(xì)節(jié)，如結(jié)論和詞匯的科學(xué)解釋等。
　　此外，要確保為學(xué)生提供的問題是公平的，并要求學(xué)生根據(jù)自己收集的數(shù)據(jù)得出結(jié)論。用些額外的技巧改寫研究問題要達(dá)到以下目標(biāo)：
　　·要求學(xué)生從自己收集的數(shù)據(jù)中總結(jié)出結(jié)論，代替原來直接提供明確的知識(shí)目標(biāo)。
　　·引導(dǎo)學(xué)生最終發(fā)現(xiàn)預(yù)定的知識(shí)目標(biāo)。
　　
　　活動(dòng)案仍：為什么我們的房子有隔熱層?
　　表2中的案例是一個(gè)很典型的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生已經(jīng)知道了熱量和隔熱的背景信息，因此，他們很容易通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這些信息。從表3中可以看出，通過一些微調(diào)，該實(shí)驗(yàn)活動(dòng)很簡單地就可以轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)?；顒?dòng)題目轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)比較有吸引力的開放式問題，而沒有直接告訴學(xué)生的正確答案?；顒?dòng)目標(biāo)也被刪掉了。表2中活動(dòng)最后的兩個(gè)問題僅僅是要求學(xué)生驗(yàn)證了之前學(xué)過的科學(xué)概念“隔熱材料減緩熱傳導(dǎo)”，表3中活動(dòng)最后采用了兩個(gè)簡單的問題，要求學(xué)生根據(jù)自己的數(shù)據(jù)得出相關(guān)結(jié)論。在修改過的活動(dòng)中，學(xué)生能夠研究隔熱材料對(duì)水溫的影響，然后自己去發(fā)現(xiàn)隔熱材料減緩熱傳導(dǎo)的概念。
　　
　　第二步：從結(jié)構(gòu)化探究到引導(dǎo)性探究
　　
　　引導(dǎo)性探究活動(dòng)不僅要求學(xué)生自己收集數(shù)據(jù)，得出基于實(shí)證的結(jié)論，而且還要求學(xué)生自己制訂研究計(jì)劃。從結(jié)構(gòu)化探究轉(zhuǎn)化為引導(dǎo)性探究并不像驗(yàn)證性探究轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究那樣簡單，因?yàn)椴⒉皇敲總€(gè)活動(dòng)都適合這樣的轉(zhuǎn)換。因此，教師在進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)，需要考慮以下兩個(gè)問題：
　　·針對(duì)要研究的問題，學(xué)生具備制訂研究方案的背景知識(shí)嗎?
　　·是否可以用多種方法研究這個(gè)問題?
　　如果這兩個(gè)問題的答案有一個(gè)是否定的，那么該調(diào)查研究就不適合轉(zhuǎn)化為引導(dǎo)性探究；然而，這些類型的探究活動(dòng)可以采用低級(jí)別的結(jié)構(gòu)化探究形式。教師可以講解實(shí)驗(yàn)過程，但要讓學(xué)生去設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)收集和整理的方案。應(yīng)當(dāng)將學(xué)生活動(dòng)手冊(cè)(或?qū)W生記錄單)中的表格、圖表去掉，讓學(xué)生決定數(shù)據(jù)整理的方法，并選擇最合適的圖表展示數(shù)據(jù)。
　　如果上述兩個(gè)問題的答案都是肯定的，那么該實(shí)驗(yàn)就適合轉(zhuǎn)化為引導(dǎo)性探究。具體操作步驟如下：
　　(1)教師將學(xué)生實(shí)驗(yàn)手冊(cè)中的實(shí)驗(yàn)過程、所有數(shù)據(jù)表格和圖表刪掉；
　　(2)教師給學(xué)生提供探究的問題和可能用到的實(shí)驗(yàn)材料清單；
　　(3)教師引導(dǎo)學(xué)生考慮哪些變量是相關(guān)的，并如何測(cè)量它們；
　　(4)給學(xué)生提供充分的時(shí)間設(shè)計(jì)研究方案；
　　(5)教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，巡視學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，給予相關(guān)的指導(dǎo)。在進(jìn)行指導(dǎo)的過程中，可以問學(xué)生一些啟發(fā)性的問題，來減少學(xué)生的挫折感。比如：
　　·你在做什么?
　　·你想做什么?
　　·如果這樣，你覺得會(huì)發(fā)生什么?
　　學(xué)生回答這些問題之后，教師必須對(duì)學(xué)生的回答做出客觀的回應(yīng)，避免直接告訴學(xué)生正確答案。即使學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，他們的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃也必須符合教室內(nèi)的安全規(guī)范。教師要在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，與他們討論安全問題，并在開始探究之前
　　確認(rèn)研究方案。學(xué)生必須明白即使他們的方案
　　符合安全要求，也并不意味著這個(gè)方案就一定能夠解決研究問題。
　　
　　活動(dòng)案例：哪種材料保溫效果最好?
　　為了讓學(xué)生能夠開展更多的引導(dǎo)性探究，到學(xué)校之前我設(shè)計(jì)了一個(gè)結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)(見表3)。基于這個(gè)活動(dòng)，我讓學(xué)生嘗試著確定哪種材料是最好的隔熱材料。學(xué)生們開始進(jìn)行引導(dǎo)性探究(見表4)。他們積極地參與尋找最好的隔熱材料的競賽，而不是簡單地研究隔熱材料的效果。通過小組合作交流，學(xué)生列出了他們需要的實(shí)驗(yàn)材料。我分發(fā)了手邊的幾種隔熱材料(棉花、木片、鋸末、碎紙、干草)，并且鼓勵(lì)學(xué)生思考還可以用到哪些隔熱材料。然后學(xué)生設(shè)計(jì)檢測(cè)這些材料的方案。很多小組采用了我在結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)中提到的實(shí)驗(yàn)過程。然而，還有小組認(rèn)為他們需要更厚一點(diǎn)的隔熱材料，因此他們改變了密閉容器，使之能夠容納更多的隔熱材料。該實(shí)驗(yàn)用到水龍頭流出的熱水，所以我提醒學(xué)生在取熱水時(shí)采用正確的實(shí)驗(yàn)步驟，小心地將水拿到實(shí)爪驗(yàn)臺(tái)上，然后迅速地將水裝入密閉的容器中，防止水溢出燙傷其他成員。
　　學(xué)生清楚安全問題之后，開始測(cè)試他們的實(shí)驗(yàn)材料，全班交流討論確定哪個(gè)小組的隔熱材料最好。最后全班討論為什么特定材料(或組合材料)隔熱效果比較好。
　　
　　第三步：從引導(dǎo)性探究到開放式探究
　　
　　開展開發(fā)式探究，學(xué)生必須能夠自己提出可驗(yàn)證的探究問題。學(xué)生的探究問題經(jīng)常來源于結(jié)構(gòu)化探究或引導(dǎo)性探究活動(dòng)過程中的觀察。在各個(gè)層次的探究活動(dòng)中，都涉及到觀察技能，但在開放式探究活動(dòng)中尤為重要。即使學(xué)生已經(jīng)參與了低層次的探究活動(dòng)，在進(jìn)行開放式探究活動(dòng)之前他們依然需要培養(yǎng)觀察能力。
　　除了觀察技能，學(xué)生仍然需要教師示范怎樣將觀察到的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為問題。有一種策略叫做“邊想邊說”，該策略可以幫助學(xué)生將難解的觀察資料轉(zhuǎn)化為可驗(yàn)證解決的問題。當(dāng)學(xué)生進(jìn)行觀察時(shí)，教師有目的地大聲與學(xué)生交談，并討論通過觀察發(fā)現(xiàn)的問題。通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行這些示范，他們將能夠從觀察現(xiàn)象中提出自己的問題。
　　一旦學(xué)生開始提出問題，他們必須能夠辨別哪些問題適合探究調(diào)查。有的問題通過認(rèn)真觀察可以得出結(jié)論，例如，學(xué)生也許會(huì)問：“蝴蝶喜歡某個(gè)特定品種的花嗎?”這類問題可以通過認(rèn)真觀察之后來回答，因?yàn)樵诮淌医⒁粋€(gè)蝴蝶園是不可能的。而有的學(xué)生提問：“我們生活的地區(qū)有什么樣的毒蛇?”這樣的問題可以通過網(wǎng)絡(luò)或書籍等資源找到答案。
　　幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)探究問題的另一個(gè)方法是“四問題策略”。該策略可以用于全班討論或小組討論。
　　教師可以先問學(xué)生第一個(gè)問題：“什么樣的材料比較適合研究——?”
　　(在空白處填寫比較感興趣的主題)然后，學(xué)生列出各種可能需要的材料。
　　教師然后問第二個(gè)問題：“——是怎樣變化的?”學(xué)生列出研究某種物體／生物體／材料時(shí)觀察到的變化。
　　教師提出第三個(gè)問題：“你怎樣改變實(shí)驗(yàn)材料去影響這種變化?”學(xué)生回顧問題1中列出的材料，列出改變它們的方法。
　　最后教師提出第四個(gè)問題：“你怎樣測(cè)量或者描述——改變后的反應(yīng)?”學(xué)生回顧問題2列出的變化，列出記錄這些變化的各種可能的方法。
　　通過四個(gè)問題的回答，學(xué)生已經(jīng)形成一個(gè)探究的問題，即簡單的“如果我改變——(問題1列表中的材料)，——(問題2列表中的變化)將怎樣?”從問題3的列表中，他們能夠確定需要改變的材料(自變量)和其他保持不變的材料(控制變量)。問題4的列表，可以幫助他們確定材料改變后的反應(yīng)(因變量)以及數(shù)據(jù)收集和記錄的最精確的方法。
　　開放式探究的問題往往來自于引導(dǎo)性或結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)。當(dāng)教師考慮一個(gè)活動(dòng)是否適合轉(zhuǎn)化為開放式探究活動(dòng)時(shí)，教師可以思考這樣一個(gè)問題：這個(gè)活動(dòng)是否能夠擴(kuò)展到學(xué)生感興趣的其他領(lǐng)域?如果答案是肯定的，那將這一活動(dòng)提升為一個(gè)開放式探究問題對(duì)學(xué)生來說比較合理、簡單。
　　當(dāng)討論哪種材料最隔熱時(shí)，學(xué)生可能問道：隔熱材料適宜保冷嗎?如果我們一開始用冰水呢?諸如此類，我們就開啟了開放式探究!學(xué)生運(yùn)用與引導(dǎo)性探究活動(dòng)相同的實(shí)驗(yàn)過程來探究該問題，但這次研究的卻是他們自己提出的關(guān)于隔熱材料的探究問題。
　　
　　前進(jìn)一小步，探究更深入
　　
　　從驗(yàn)證性探究到結(jié)構(gòu)化探究，再到更高級(jí)的引導(dǎo)性探究和開放式探究，必須經(jīng)過一個(gè)精心設(shè)計(jì)的自然、緩慢的過程，以使教師和學(xué)生能夠從容不迫地過渡。每前進(jìn)一步，教師都要給學(xué)生更多的主動(dòng)探究的空間。由于大部分學(xué)生剛開始都沒有做好主動(dòng)探究的準(zhǔn)備，尤其對(duì)那些習(xí)慣于被告知該怎么做的學(xué)生，所以這也許是一次困難重重的嘗試。學(xué)生在開始高層次的探究活動(dòng)之前，必須在低層次的探究活動(dòng)中練習(xí)相關(guān)的探究技能。為了確定什么時(shí)候?qū)W生可以開始更高一層次的探究活動(dòng)，我設(shè)計(jì)了一系列的探究技能評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)每個(gè)學(xué)生的，如果條件許可的話，也可以用于評(píng)測(cè)一個(gè)小組或一個(gè)班級(jí)。
　　正如學(xué)生需要更多的練習(xí)以提高科學(xué)探究的主動(dòng)性，教師也需要練習(xí)逐漸放松對(duì)學(xué)生的控制。當(dāng)學(xué)生開始自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程時(shí)，教師需要練習(xí)怎樣自始至終地引導(dǎo)學(xué)生，而避免直接告訴學(xué)生該做什么。在較高層次的探究活動(dòng)中，教師不再是按部就班地講解實(shí)驗(yàn)過程，而是要引導(dǎo)學(xué)生更深入地思考，所以教師必須對(duì)這樣的教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行更充分的研究和設(shè)計(jì)。正如學(xué)生需要在較低水平的探究活動(dòng)中鍛煉技能一樣，教師在進(jìn)入更高層次的探究式教學(xué)之前，也要在比較低的探究活動(dòng)中練習(xí)相關(guān)教學(xué)技能。如果科學(xué)探究可以讓學(xué)生在廣闊的科學(xué)海洋中徜徉，那么希望各位科學(xué)教師可以一步一步地引導(dǎo)學(xué)生去享受這個(gè)過程，而不是一下子跳入海中沉沒。
　　作者：Kimberly Lott，美國猶他州立大學(xué)科學(xué)教育助理教授
　　譯者：趙云鈴，中國科協(xié)“做中學(xué)”科學(xué)教育改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)中心(東南大學(xué))
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] Anderson K