有效进行探究活动的设计方案与实施

1、有效进行探究活动的设计与实施-科学论文有效进行探究活动的设计与实施袁辉蔡建平2015年中国教育学会科学教育分会年会在云南昆明举行，主题为“基于 学生核心素养的物质科学领域教学理论与实践研究”。湖南省株洲市荷塘区宾雨 老师参加了本次年会的现场课展示，执教内容为浮与沉，在全程参与本课研 究的过程中，我们真正感受到有效进行探究活动的设计与实施的挑战与精彩。查阅不同版本的小学科学教材，“浮与沉”内容有的涉及物体排水量 大小的比较，有的涉及液体密度比较，其中有部分已是中学的内容，而这些内容 对小学生来说过于深奥。选择湘版科学教材中的浮与沉作为展示课，主 要是考虑浮与沉现象与学生原有经验冲突比较大，有利于

2、基于学生的核心素养进 行探究活动的设计与实施。教材主要有两个内容，一是认识浮力的概念，二是探 究没入水中的物体是否受到浮力。 通过几轮试讲我们发现，这两个内容接近学生 的已有认知，可以在第二个内容的基础上增加一个探究活动， 探究“没入水中不 同位置的物体受到的浮力是否一样”， 让孩子感受“浮与沉”的奇妙，延续探究 的兴趣。在实践中我们还发现，增加的探究内容难度并没有超出学生的认知能力， 只要为学生搭建好探究的脚手架，学生顺势踮一踮就能发现“没入水中不同位置 的物体受到的浮力一样大”。为此，我们设计了三个层层递进的探究活动， 以较 好地达到培养学生科学素养的目的。一、体验感知，构建水的浮力的科学

3、概念在本课的第一个活动中，学生很快了解到不同物体在水中的浮与沉。由于学生在生活中对沉浮的现象有比较多的了解， 他们通过“将气球或泡沫板竖直往 下压”的活动发现，物体在水中会浮是因为物体在水中受到了一种向上顶或向上 推的力，即水的浮力。在学生汇报交流的过程中，老师及时抓住学生汇报时所用 的托、推、顶、向上的表达，引导学生认识水的浮力的存在及方向，帮助学生透 过直观感知上升到理性思维的层面，使学生比较容易地构建水的浮力的概念。二、初步探究，定性认识下沉物体受到水的浮力前概念是学生根据自己的经验观察和理解世界的结果，前概念在学生学习科学的过程中起着非常重要的作用。 教师了解学生的前概念，有利于课堂各

4、环节 时间的科学分配，使教学有的放矢，更好地提升教学效果。学生的前概念有的是正确的，有的是不正确的。下沉的物体是否受到浮力？本课第二个要探究的问题抛出来时， 绝大多数学生受前概念的影响，认为下 沉的物体没有受到浮力，这是错误认识。为了让学生充分暴露前概念，教师继续 追问：你认为下沉的物体没有受到浮力的依据是什么？学生普遍认为，如果物体在水下受到浮力，物体就不会下沉，物体会被水的浮力托起来。学生对这一看法 立场很坚定，此时教师用简单的讲授改变不了学生的认识，学生甚至在课堂上进 行了争论、辩论。这是本堂课第一个矛盾冲突点，在相持不下的认知冲突中，学 生兴趣十分浓厚，自发地想进一步研究，无形中产生了

5、任务驱动。如何修正学生已有的错误前概念呢？老师引导学生设计了这样的探究活 动一一用提砖块掂量的办法认识下沉的物体是否受到浮力。学生分组讨论、制 定方案，然后进行观察、实验，比较在空气中与在水中提砖块用力的大小，研究 水下的砖块是否受到浮力。学生通过实验发现，在水中比在空气中提同一砖块用的力小一些。教师趁机发问：“为什么提水中的砖块时，用的力气小了呢？ ”学生很快意识到，是“水把砖块托上去了” “顶上去了” “水中的砖块受到了水的浮力”。学生边实验边分析推测，采用定性认识事物的方法，发现没入水中的砖块也受到了浮力。三、深入探究，定量分析物体在水中的沉浮规律1 激发新矛盾，引发探究欲望在学生探究下

6、沉物体是否受到水的浮力时，老师抓拍了几个实验场景的照 片，由此导出问题：“在水中下沉的物体也受到了浮力，那么在水里上、中、下 不同位置的砖块，它所受浮力的大小怎样呢？说说你的理由。”一石激起千层浪，学生的前概念淋漓尽致地得到显现，全班学生进入了思 维碰撞的阶段。有的说，上、中、下三个不同位置物体所受浮力是依次减小的， 理由是重量不变，受到的浮力越大就越“浮”得靠近水的上层。还有的说，上、 中、下三个不同位置物体所受浮力是依次增大的， 理由是水越深，水的力量就越 大，浮力也更大。也有极少数学生说上、中、下三个部位浮力是一样大的，理由 说不清。孩子们各说各的理由，甚至发生了小小的争论，谁也不服谁。

7、这是本节课 第二个矛盾冲突点。2 巧用橡皮筋，引导定量检测在冲突过程中，学生想到了做实验，用事实说活。等到继续用掂量的办法 来做实验却发现，用估量的办法不能准确知道浮力大小的问题。有没有更好的办 法呢？学生跃跃欲试。此时，老师抓住契机启发：比较物体的重量，你可以用什么合适的工具呢？ 学生自然想到了尺子、杆秤、橡皮筋。老师一边问一边示范性地拉一拉橡皮筋， 追问：为什么可以用橡皮筋呢？学生马上想到，用橡皮筋称物体重量时，物体轻, 橡皮筋被拉伸得短；物体重，橡皮筋被拉伸得长。用橡皮筋来称量，这既是在学生没有学过弹簧秤的情况下，采用的“量体 裁衣”简单又效果佳的方法，又为学生后续学习弹簧秤的使用打下坚

8、实的基础。3 妙用统计图，进行分析推理用橡皮筋定量测量后，如何对数据进行呈现和分析？几经实践与调整，我 们最终决定引入数学柱形统计图来记录、 整理数据。统计图能将实验结果直观呈 现，数形结合展开分析推理，一目了然。这样一个改进，我们也经历了较长时间的打磨：从简单的表格记录改进到 直观的柱形统计图记录；从4次重复地标数据、撕纸条、贴纸条记录程序到分别 测量后一次性画记号、撕纸条、贴纸条的两次记录程序。最初，我们是用表格来进行数据分析（如表一），方法中规中矩，没什么 明显缺点，也没什么优点。表一实验记录表筛块没人永中15*.|并堤洼人*中30崖壯后来，我们改统计表为柱形统计图，在图上分别标明 4次

9、测量数据：即在 空气中以及在水表面以下三个不同位置（分别以上、中、下标注） 。我们发现， 学生将用尺子量得的实验数据写在记录纸上， 画出柱形统计图，再去比较数据的 大小，这样做有一些弊端：一是橡皮筋总是上下抖动，难以获得准确数据；二是 获得的数据是提重物用的力，难以转换到浮力；三是实验操作时难免有误差，当 学生发现“没入水中上、中、下三个部位橡皮筋伸长数据不一样”时， 就会推出 错误的结论。小学生在定量测量时，考虑到对数据要求的精确度不需要很高，可以采用 模糊一点定量的方法，于是，我们又进行了改进，将柱形统计图的柱长用彩色纸 条（三种不同颜色）代替，直观而清晰。采用画记号、撕纸条、贴纸条的办法

10、，学生只要看一看自己制作的柱形统 计图，就能发现没入水的上、中、下三个部位橡皮筋伸长是一样的，加强了学生 的感性认识。但由于孩子年龄小，重复四次量、贴用时较长，且合作时的差错也 相应增加。怎样提高学生操作的效率？我们意识到应减少学生重复操作的过程，于是 对操作程序进行了优化，即将砖块没入水中上、中、下三次实验连续做完后，在 三种不同颜色的纸条上一次性画记号， 再将石块提出水面，进行撕纸条、贴纸条 的工作。这样做既省时又能提高实验的准确度，比起之前的记录表直观形象，利于展开分析。4 分析统计图，发现浮沉规律当看到表示手提砖块及没入水中三个不同部位提砖块用力的纸条高度时， 学生惊讶了。砖块在空气中

11、和没入水中所用的力有差距， 橡皮筋伸的长度也有差 距，提水下砖块的橡皮筋变短了。在教师的指导下，学生在对应的柱形图中找到 这个变短的部分，经过思考，他们发现图表中反映的手提砖块的力与砖块受到水 的浮力之间的数量关系，意识到那部分柱高差就是浮力（如下图所示）。引导学生关注入水前和入水后纸条的高度差，发现高度差就是砖块没入水中受到的浮 力，很好地帮助学生由现象深入到本质。学生还发现，没入水中三个位置时，同 一砖块所受的浮力是一样的，学生顺利地推理出结论：同一物体在水下不同位置 所受浮力是一样的。浮力蜜犹柱影ME计梱探究式学习过程的核心认知活动是高水平思维。本课中，学生能够对知识 进行灵活运用，对数

12、据、图表进行分析得到证据，找到规律，同时辩证地认识事 物，即从具体到抽象，从个别到一般。全节课，教师适时地抛出问题，打破学生认知上的平衡，激发了他们的好 奇心，使他们能够自主、积极地带着问题去学习。学生思维能够及时转换，流畅 性、变通性更为明显。学生经历了两次重大的矛盾冲突， 也更多地触发了他们的“从惊讶到思考”：学习、生活中常常有一些事物，初步看似乎就是这样，可仔 细探究，结果往往是那样的！科学，需要求真！培养学生科学求真的精神，是培 养他们“核心素养”的一个非常重要的方面。 从体验浮力是水对物体的一种向上 托的力，到探究发现下沉在水中的物体也受到浮力， 再到将柱形统计图数据进行 分析转化，认识到物体下沉在水中