湯緒華

【摘要】如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，科學(xué)探究是一條很重要的途徑，但如果探究的切入點(diǎn)不夠合理，使探究流于形式，為探究而探究，將會導(dǎo)致學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有所缺失。于是把握探究的有利時機(jī)在科學(xué)教學(xué)中顯得十分必要。文章從“迷惑、延伸、遷移、定勢、意外”等疑惑中捕捉時機(jī)點(diǎn)，對合理切入科學(xué)探究的實(shí)踐做了一些歸納與總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)探究；迷惑；延伸；定勢；意外

在教學(xué)實(shí)踐中，科學(xué)探究已成為課堂的一項(xiàng)必要項(xiàng)目。但由于在實(shí)際中實(shí)施探究的切入點(diǎn)不夠合理，許多探究的開展顯得牽強(qiáng)，使探究流于一種形式，表面上熱熱鬧鬧，實(shí)際上缺乏實(shí)質(zhì)性，甚至有為了探究而探究或驗(yàn)證性地做實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)課本上內(nèi)容是否正確，對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)無多大益處。教育心理學(xué)認(rèn)為，學(xué)習(xí)中如果能有效地捕捉住探究契機(jī)，就能提高探究的有效度，從而獲得最大教學(xué)效益。本文從教學(xué)實(shí)踐的運(yùn)用中，對實(shí)施探究的切入點(diǎn)進(jìn)行了一些思考。

一、從“迷惑而疑”中切入

科學(xué)現(xiàn)象往往是錯綜復(fù)雜的，一個科學(xué)量涉及多種因素，這些因素中有與問題的本質(zhì)有相關(guān)聯(lián)的量，也有無關(guān)聯(lián)的量；有主要變量，也有次要變量。所以必然會引發(fā)認(rèn)知上的疑惑：有些因素好像是有關(guān)的，有些因素好像是無關(guān)的，這些迷惑因素我們往往很難確定。

案例1：在《指南針為什么能指方向》的教學(xué)中，在選擇器材自己制作指南針時，讓學(xué)生通過探究知道有磁性的物體是可以指示南北方向的。之后我特意提供了鐵針、鋼針、木針、金針、銀針、鎳針、塑料針、鈷針器材供選擇，學(xué)生能很快地分辨出鐵、鋼是能吸引的，木針和塑料針是不能吸引的，但對于金針、銀針、鎳針和鈷針就分辨不清楚了。

針對這種迷惑的因素，怎么辦呢？分小組探究，我給每個小組準(zhǔn)備了一個信封，里面分別裝著他們易混的銀制品、鎳制品和鈷制品器械，對金這種材料我就拿出一枚金戒指用磁鐵試一下。這幾種材料學(xué)生平時見得少，所以我讓學(xué)生自己通過實(shí)驗(yàn)探究得出結(jié)論。在磁鐵能吸的物品中，有學(xué)生提出5角硬幣， 我特意找到了資料——《人民幣那點(diǎn)事》（如圖1），供同學(xué)們參考。

知道5角硬幣主要材質(zhì)是合金，舊版材質(zhì)為銅鋅合金，不能被磁鐵吸引，新版為鋼鍍銅合金，是能被吸引的。

人民幣那點(diǎn)事

1992年6月中華人民共和國第四套人民幣正式發(fā)行。第四套人民幣發(fā)行了 三種鑄幣，分別是1元、5角、1角。1角由鋁鎂合金制成，5角為銅鋅合金制成，1元為鋼芯鍍鎳制成。

1999年10月1日，在中華人民共和國建國50周年之際，發(fā)行第五套人民幣。第五套人民幣的1角材質(zhì)改為不銹鋼，5角材質(zhì)改為鋼鍍銅合金，1元材質(zhì)不變。

第六套人民幣預(yù)計(jì)2019年發(fā)行。

案例2：在《能量轉(zhuǎn)化的量度》教學(xué)中，我當(dāng)時的預(yù)習(xí)方案設(shè)計(jì)如下。

請你做裁判：小王說：“真累，體育老師讓我把各個角落的球都要撿到球筐中，做的功可真不少啊?！毙〖t說：“我才累呢，所有人的衣服都讓我拿著站了這么久，做功比你多?！毙⊥跽f：“其實(shí)你一點(diǎn)功都沒做?！毙〖t硬是覺得自己做了功，兩個人吵了起來。請你說一說，哪個同學(xué)講得有道理，并說明原因。

這樣設(shè)計(jì)的目的：“做功”和“做工”“工作”的意義不同，學(xué)生在學(xué)習(xí)后很容易混淆迷惑，概念模糊不清，這時恰好是我們弄清問題的時候。針對這種易混的概念，我當(dāng)時是組織學(xué)生以三方辯論賽的形式，通過打比方舉例說明的方法來弄清這些概念的。

二、從“延伸而疑”中切入

認(rèn)知理論揭示，學(xué)生在認(rèn)知事物時，在已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在教師的引導(dǎo)、組織下，通過自己主動觀察、分析、猜測、驗(yàn)證、概括，從而形成認(rèn)知并納入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中去。也就是說，學(xué)生的認(rèn)知有一個水平縱向提升的過程，在這個過程中必定存在一種“半認(rèn)知狀態(tài)”，基于已有的認(rèn)知，進(jìn)行一些合理的推論，并有一種“應(yīng)該是這樣”的疑惑。

案例3：在《大氣壓的存在》一課中設(shè)置環(huán)節(jié)：比一比，誰能將飲料吸上來。

材料準(zhǔn)備：消毒過的錐形瓶，橡皮塞里插吸管裝滿飲料（如圖2）。

活動：每個組派一名代表吸飲料，要求不能打開瓶子，看看哪個組吸得最快？

學(xué)生：使勁吸，但吸不上來。

此時我安排小組討論：在不打開瓶蓋的前提下，如何喝到飲料？不是吸上來的，到底是怎么上來的呢？之后我組織學(xué)生開展了一個探究活動，器材如圖3所示，玻璃管中水面上升是什么原因呢？通過實(shí)驗(yàn)分析得出結(jié)論：瓶中的飲料不是吸上來的，而靠大氣壓上來的。

案例4： 在學(xué)習(xí)《物質(zhì)的密度》時，學(xué)生在生活中，從自己家的用水收費(fèi)單上了解到水表計(jì)數(shù)單位是體積（立方米），收費(fèi)單位是噸，于是產(chǎn)生了一種模糊的想法：“水的體積和質(zhì)量肯定有一種對應(yīng)關(guān)系?！比缓笕〔煌w積的水測出質(zhì)量，找對應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量與體積的比值是一個定值?！澳敲词遣皇敲糠N物質(zhì)都有這種對應(yīng)關(guān)系呢？比值會一樣嗎？”這兩個問題就是一種延伸。由認(rèn)識沖突而激發(fā)出好奇心，猜一猜，測一測，從而培養(yǎng)學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣。

對學(xué)生而言，由延伸引發(fā)的疑惑的最大特點(diǎn)是學(xué)生的一種一試身手的需求。此時實(shí)施探究，能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的合理猜想能力，為提升學(xué)生認(rèn)知水平巧妙地鋪設(shè)了落腳點(diǎn)，重要的是學(xué)生的探究是積極而快樂的。

三、從“遷移而疑”中切入

教育學(xué)表明，有學(xué)習(xí)就會有遷移，孤立的彼此不影響的學(xué)習(xí)是不存在的。在由此及彼的橫向?qū)Ρ冗w移中，受各種因素的影響，在已有的知識延伸到新情景的過程中，學(xué)生必然會產(chǎn)生“是否可行”的疑惑。

案例5：在《流體的壓強(qiáng)特點(diǎn)》學(xué)習(xí)中，當(dāng)學(xué)生通過探究獲得了“流動氣體的壓強(qiáng)特點(diǎn)是流速大壓強(qiáng)小”的認(rèn)知后，對比遷移到流動液體的壓強(qiáng)特點(diǎn)時，學(xué)生產(chǎn)生了疑惑：“靜止的液體和氣體在壓強(qiáng)特點(diǎn)上具有很大的相似性，那么流動的液體是否具有和流動氣體相似的性質(zhì)呢？”此時學(xué)生急切地向我提出了問題，看著他們迫切的心情與欲望，我并不會直接告知他們答案，而是提出了實(shí)驗(yàn)探究的要求：“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、需要的實(shí)驗(yàn)器材、預(yù)期實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?！蓖瑢W(xué)們設(shè)計(jì)了以下一些實(shí)驗(yàn)方案。

方案一：用水槽裝水。漂浮兩只小燒杯，用玻璃棒劃動小燒杯中間的水流。猜想：預(yù)期小燒杯會向中間靠攏。

方案二：用水槽裝水。漂浮兩塊泡沫，用橡皮管接通自來水沖擊兩塊泡沫中間。猜想：預(yù)期泡沫會向中間靠攏。

方案三：用水槽裝水。漂浮兩只乒乓球，用注射器向兩乒乓球中間注水。猜想：預(yù)期乒乓球會向中間靠攏。

實(shí)驗(yàn)器材中還有使用玩具小船、紙折小船、小木塊等漂浮物體的情況，可分別開展實(shí)驗(yàn)，預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中也有不發(fā)生變化和向背遠(yuǎn)離這兩種情況。這樣，由一種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象擴(kuò)展遷移到類似的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋與分析就能得心應(yīng)手了。

案例6：在《學(xué)習(xí)大氣壓強(qiáng)》時，學(xué)生對練習(xí)中醫(yī)院里面掛鹽水有一個管是開口向空中的，為什么鹽水流向人的靜脈血管卻不流向空氣產(chǎn)生了疑問。這是在學(xué)習(xí)大氣壓之后的練習(xí)中出現(xiàn)的，所以同學(xué)們能想到是大氣壓的原因，但不知道其真正的原理。因此，我在講到這一練習(xí)時，找來雙孔橡皮塞和廣口瓶（如圖6），在瓶中加水后向下倒過來觀察水流情況。學(xué)生觀察到為什么每次只有一個孔出水，由掛鹽水實(shí)驗(yàn)遷移到大氣壓對液體的作用。因此，跟學(xué)生講解還不如讓他們先做實(shí)驗(yàn)后分析其原因，加強(qiáng)其對知識的理解與鞏固。

案例7 ：《尋找金屬變化的規(guī)律》教學(xué)片段。

問題一：（投影不同銹蝕程度的鐵、銅、金）。同樣的條件下，它們的氧化程度為什么不一樣呢？引出方法一：與氧氣反應(yīng)比較活動性。

問題二：剛才我們是運(yùn)用了金屬的什么性質(zhì)比較了金屬的活動性？

生：化學(xué)性質(zhì)。

師：那么你們還知道金屬的其他化學(xué)性質(zhì)嗎？（知識的遷移）

生：能與酸反應(yīng)。

師：那能不能利用酸與金屬反應(yīng)這一化學(xué)性質(zhì)來比較金屬的活動性呢？引出方法二：與酸反應(yīng)比較金屬的活動性。

師：請同學(xué)們設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，予以研究。

縱觀這類探究，探究問題來源于對比遷移；探究有較重的“模仿痕跡”。在一系列的對比模仿中訓(xùn)練了學(xué)生的思維；探究的結(jié)論有效解答了疑惑，使知識有效實(shí)現(xiàn)了過渡。整個過程一氣呵成。在更深層面上，模仿為創(chuàng)新改進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

四、從“定勢而疑”中切入

科學(xué)前概念是學(xué)習(xí)中表現(xiàn)尤為突出的一種定勢。由于中學(xué)生的知識經(jīng)驗(yàn)有限，思維的獨(dú)立性和批判性還不成熟，考慮問題容易產(chǎn)生表面性，且往往會被表面現(xiàn)象所迷惑而看不到事物本質(zhì)，所以在接觸科學(xué)知識前，對現(xiàn)實(shí)生活現(xiàn)象易形成一些錯誤的前概念。例如在學(xué)習(xí)牛頓第一定律時，有多數(shù)同學(xué)認(rèn)為有力物體才會運(yùn)動；在學(xué)習(xí)簡單磁現(xiàn)象時，多數(shù)同學(xué)又會認(rèn)為磁鐵能吸引金屬等。這些前意識根深蒂固，它排斥了正確科學(xué)概念的建立，在與正確的科學(xué)概念的斗爭中轉(zhuǎn)化為一個個“不可思議”的疑惑。

案例8：《摩擦力》教學(xué)中，分析影響滑動摩擦力的因素，學(xué)生提出了“接觸面積大小與摩擦力大小有關(guān)的觀點(diǎn)”。理由：①人在冰上行走要滑倒，而穿了帶有冰刀的溜冰鞋就不會滑倒，這里面就有面積的差異；②人摔倒在水泥地上，接觸面積不一樣，那么皮膚上的劃痕受傷程度也就不一樣；③汽車剎車時留在地面上的橡膠痕跡，卻沒有看到自行車剎車時有橡膠痕跡。表面看來確實(shí)都有面積因素，效果也不一樣，仔細(xì)分析，本質(zhì)上都有壓力的影響。若僅僅從理論上解釋給學(xué)生聽，學(xué)生說什么也不會相信。于是，我因勢要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案加以探究。

思考：如何控制變量？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案？如何獲得證據(jù)？

展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖（圖7中的滑塊為一長方體物塊），解釋方案。

選取器材，實(shí)驗(yàn)操作，獲得數(shù)據(jù)。在接觸面性質(zhì)、接觸面間的壓力一定的條件下（控制變量法），研究滑動摩擦力與接觸面積的關(guān)系。

換材料，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，獲得數(shù)據(jù)（徹底摧毀學(xué)生固守的錯誤經(jīng)驗(yàn)）。

分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

案例9：《機(jī)械效率》的教學(xué)片段。

教師提出了一個問題：“現(xiàn)在要把一個物體升高到高度為h的地方，可以用手直接提高，也可以用動滑輪、定滑輪來提高，還可以沿斜面推到相同的高度。請同學(xué)們猜想一下，使用這四種方法所做的功是否相同？并說出你的理由?！?/p>

結(jié)果是大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為用手直接提高物體時，做功會多一些。沒有學(xué)生認(rèn)為機(jī)械做功會比用手做功多。他們所給出的理由主要是“機(jī)械的工作效率高”之類的定勢判斷。

教學(xué)實(shí)踐中，教師借機(jī)提出探究要求：“請你們運(yùn)用動滑輪設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證你的猜想。”大多數(shù)學(xué)生提出通過測量用手做功和用機(jī)械做功的數(shù)值直接進(jìn)行比較。

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同學(xué)們驚奇地發(fā)現(xiàn)，用機(jī)械做的功竟然比用手直接做功還要多。

教師請大家討論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否合理。在討論的過程中，學(xué)生意識到在實(shí)際情況中使用機(jī)械所做的功比用手直接做的功還要多，也就是說“使用機(jī)械并不能省功”。

在閱讀教材的基礎(chǔ)上，教師請學(xué)生繼續(xù)思考并討論：“使用機(jī)械做功為什么比用手直接做功還多？”適時引入了“有用功”“額外功”“總功”和“機(jī)械效率”的概念。

克服科學(xué)學(xué)習(xí)前的定勢，探究的證據(jù)是征服學(xué)生最有效的手段，對于消除這些錯誤概念而言，任何講授都是蒼白無力的，必須借助直觀實(shí)驗(yàn)探究，用事實(shí)證據(jù)摧毀錯誤的堡壘。這些探究，除了知識目標(biāo)、過程與方法目標(biāo)的有效達(dá)成，更是在情感、態(tài)度、價值觀目標(biāo)上，讓學(xué)生領(lǐng)悟到實(shí)驗(yàn)的重要性，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

五、從“意外而疑”中切入

在科學(xué)史上，一些不經(jīng)意的細(xì)節(jié)往往蘊(yùn)含著偉大的發(fā)現(xiàn)，如赫茲做證實(shí)無線電波存在的實(shí)驗(yàn)時，不經(jīng)意發(fā)現(xiàn)在紫外光的照射下，兩個小銅球之間的放電現(xiàn)象激烈一些，他雖然不明白這是什么原因，但真實(shí)地記錄了下來，日后，這一不經(jīng)意的細(xì)節(jié)使得愛因斯坦提出了光量子假說。同樣，意外現(xiàn)象在教學(xué)實(shí)踐中不斷地生成，既有實(shí)驗(yàn)中的次要現(xiàn)象，也有實(shí)驗(yàn)中的失敗，更有學(xué)生的靈感。這些意外，都會伴隨著學(xué)生“一探究竟”的思維活動。

案例10：在學(xué)習(xí)NaOH能與 H2SO4 反應(yīng)的性質(zhì)時，需要滴加指示劑酚酞試液，學(xué)生都能理解酚酞試液的指示作用。可是有一位學(xué)生不經(jīng)意提出：“為什么要先向NaOH溶液內(nèi)滴加酚酞試液，再滴加H2SO4溶液？可以將滴加酚酞試液與H2SO4溶液的順序調(diào)換嗎？”從本節(jié)課的內(nèi)容來看，只要能夠說明NaOH能與 H2SO4 反應(yīng)就可以，所以這個問題是次要的，對教師而言，這個問題是一種意外，可以置之不理?？墒俏翼槃葸M(jìn)行了發(fā)揮，設(shè)置了問題：“先滴加H2SO4溶液后滴加酚酞試液，酚酞試液不變色，是否能說明NaOH與 H2SO4恰好完全反應(yīng)？請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以說明?！?/p>

學(xué)生設(shè)計(jì)了如下方案：

取樣品，滴加紫色石蕊。變藍(lán)色，則說明NaOH過量；變紅色，則說明H2SO4過量；不變色，則說明恰好完全反應(yīng)。

（這個方案引起了學(xué)生激烈的討論，因?yàn)榻處熢O(shè)置的問題中NaOH肯定已經(jīng)反應(yīng)完全。經(jīng)過討論后，學(xué)生認(rèn)識到這個問題的實(shí)質(zhì)是探究H2SO4是否過量，因而更正了實(shí)驗(yàn)方案。）

①取樣品，加入少量碳酸鈣粉末，觀察是否有氣泡產(chǎn)生；

②取樣品，加入少量金屬鋅粒，觀察是否有氣泡產(chǎn)生；

③取樣品，加入氯化鋇溶液，觀察是否有白色沉淀產(chǎn)生。

第③個方案也引起了激烈的討論，因?yàn)榱蛩岣冀K存在，必定會出現(xiàn)沉淀，并不能說明H2SO4過量。經(jīng)過討論，學(xué)生認(rèn)識到反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是離子交換。

案例11：在《種子的結(jié)構(gòu)》這一節(jié)教學(xué)中，需要讓學(xué)生探究碘遇到淀粉的顏色變化?？墒菍?shí)驗(yàn)中學(xué)生發(fā)現(xiàn)顏色是變黑的，這一現(xiàn)象與變藍(lán)的結(jié)論產(chǎn)生了矛盾?！暗庥龅降矸鄣降资亲兪裁搭伾靠赡苁鞘裁丛蛟斐珊谏哪?？”于是我鼓勵學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究碘遇淀粉到底是什么顏色。學(xué)生設(shè)計(jì)了不同的方法：把碘液滴到饅頭上（學(xué)生吃剩的早飯）；用刀片刮一點(diǎn)染色的胚乳放在表面皿中，再加一點(diǎn)水稀釋；把染色的胚乳涂在白紙上；把染色的胚乳均勻地涂在無色透明的塑料紙上，看會透過什么顏色的光；刮下一點(diǎn)胚乳放入水中，再滴入碘酒……

與此相類似，在《堿的共性》教學(xué)中，酚酞滴入NaOH中，酚酞變紅色的現(xiàn)象非常明顯，可是把它擺放在試管架上，過了一會兒，學(xué)生們發(fā)現(xiàn)紅色消失了，學(xué)生驚奇地叫了起來：“老師，顏色沒了！”由此得到意外驚喜。

一個與教學(xué)主題沒有多大關(guān)聯(lián)的次要問題，從知識角度來看價值不是很大，甚至有可能是游離于書本之外，而由此培養(yǎng)科學(xué)學(xué)習(xí)興趣卻是卓有成效的，因?yàn)樗闹匾幵谟谂囵B(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

六、小結(jié)

教學(xué)的追求是在最適合的時機(jī)讓學(xué)生進(jìn)入情境之中，體驗(yàn)探究的樂趣。在一系列有深度的科學(xué)探究活動中，體現(xiàn)了學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)，突出了學(xué)生的主體地位。真正體現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)中的“以生為主”核心理念，實(shí)施科學(xué)探究的時機(jī)是否合理，檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)就在于“探究是否基于學(xué)生的需求，是否真的有利于學(xué)生的發(fā)展”。只要切入點(diǎn)引領(lǐng)得當(dāng)，學(xué)生探究的欲望會更強(qiáng)烈，我們不僅要重視學(xué)生探究的過程和結(jié)果，更要重視對學(xué)生科學(xué)探究意識的培養(yǎng)，激發(fā)他們的求知欲望，讓他們以科學(xué)探究的方式去認(rèn)識世界，去發(fā)現(xiàn)真實(shí)生活中的各種現(xiàn)象。

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