第四讲探究活动的设计

1、第四讲：多种形式探究活动的设计(2) 观察、发现和解决问题的探究活动观察是重要的科学方法之一，但不是所有的学习活动都能有效地培养学生的观察力。学生常常对许多现象熟视无睹，其原因之一就是缺少对探究活动的精心设计，因此加强观察性探究活动设计的研究更为必要。案例一阳光透过树荫所成光斑的探究提出问题：观察阳光透过树荫产生的现象，看到什么现象？能提出什么问题？见到许多圆形的光斑，这种光斑是从哪里来的？也见到一些非圆形的光斑，这种光斑又是怎样形成的？猜想和预测：交流各组提出的猜测：可能透光的孔近似为圆形，从而使影子的边缘近似为圆形，如果透光的孔为非圆形，那么形成的光斑也就是非圆形；可能是太阳光透过小孔形成

2、的光斑（像），孔的大小可能会影响光斑的形状。究竟哪一种猜想是正确的呢？用实验收集事实证据：实验的方案是怎样的？需要哪些器材？有哪些变量？怎样控制变量？学生分组观察阳光通过纸片上的孔在屏上所成的像。让阳光通过纸片上各种不同形状的孔，如圆形、三角形、方形、菱形等，观察所成的像。让阳光通过纸片上各种不同大小的孔，选三角形、方形、菱形、梯形中的一种，观察所成的像。结论和解释：收集的事实是哪些？归纳的结论是什么？用什么原理对结论进行解释？通过分析所收集的事实，可以归纳出小孔所成的像都是圆形，与孔的形状无关，而当孔大到一定程度，圆形消失，得到与孔形状相似的光斑。用光的直进原理可以解释上述结论：即，太阳面上

3、的一个发光点透过小孔在屏上形成一个光斑，所有的发光点都形成与自己对应的光斑，从而组合成一个太阳的像。评价：能否用其他事实来证明上面的结论呢？用蜡烛代替太阳光做小孔成像的实验，证实结论是正确的。应用：能否用探究得来的结论解决某种问题？能否根据上面的结论测出太阳的直径？公式和方法是什么？报告与交流：用报告说明结论是如何得出的，有哪些事实支持这一结论，有哪些应用？案例一的评析该案例反映了一个全程性的探究活动过程。从观察阳光透过树荫产生的现象出发，提出科学问题，引导学生步步深入地进行主动探究，做出猜想、设计实验、收集证据、理论解释、再收集证据、并应用探究的结果解决新的问题。这一过程能使学生更好地领会探

4、究的科学思想和方法。该案例中，设计者还关注学生的合作学习，主要活动以小组为单位，并适时进行小组间的交流，让每一小组选择一种假设，共同围绕这一假设进行探究。最后再进行大组的汇报和交流，使每个学生共享各组探究的成果。在探究过程中，进行猜想和假设是探究的核心环节。各组提出的假设，有的得到事实和证据的支持而被证实；有的被实验的事实所否定，从而从“失败”的过程中得到了正确的认识。这种创设“失败”机会的策略也是可取的。案例二 筷子插入水中后你会看到怎样的图景？活动1 插入立方容器内（图1）预想：把筷子插入到立方形的水槽中，再注水近满，你认为你会看到哪些现象？用草图把想象中的现象描画出来。观察：注水后从不同

5、的角度观察，你看到了哪些现象？有哪些现象你在预想时没有想到？分析与解释：选择其中某些你意想不到的现象，用你所学的知识并配合简图加以解释。活动2 插入圆柱形玻璃杯内（图2）观察：注水后从不同的角度观察，你看到了哪些现象？由看到的现象你能提出哪些问题？交流：各人或各组看到的现象和想到的问题。分析与解释：对提出的问题进行分析和解释。实验和观察：对你提出的某些问题，你能否用实验来证实你的分析是正确的？你实验观察的结果是怎样的？交流：探究的结果和心得。案例二的评析本案例由两个活动组成，创设的条件使难度递增。“筷子插入水中”似乎是一个大家都熟知的课题，闭着眼睛就能答出“筷子变弯”的答案。但看到的现象却比一

6、般人的想象要复杂得多。因此能给学生观察发现的机会。在活动1中，让学生先猜想后观察，比较猜想到的现象和观察到的现象有什么差异，然后再寻求解释。它的模式是“猜一猜，看一看”，这是一种非常有价值的方法，有利于培养学生带着猜想仔细观察的习惯，也有利于激发学生观察探究的动机。活动2，改用了圆柱形的容器，水中物体发出的光通过圆柱面而射入空气，从而使观察的现象复杂。如果仍采用活动1的模式，让学生先猜想，困难过大，因此采用了“看一看，想一想，做一做”这样一种模式。用“你看到了什么？你想到了什么？”这一开放度较大的问题切入，给了学生较大的观察思考的空间，然后再通过交流，使学生发现自己没有看到和想到的问题，继而进

7、行探究。在对某些现象运用知识进行解释后，进一步引导学生改变某些实验条件再观察现象（例如改变杯中水的深度，改变筷子插入水的倾斜程度），以证实自己的分析是否正确，或发现更多的问题，进行更深入的探究。这样的设计使一个看似简单的活动变成了一个不简单的研究课题，使学生在过程中学习观察发现思考和解决问题的方法，从而得到创造性的教育。(3) 模拟历史题材的科学辩论活动案例关于物体下落快慢的辩论亚里士多德关于落体运动的观点是“重快而轻慢”，他的观点与常见的现象是相符合的，也就是说，有很多的事实证据支持他的观点。伽利略用实验和推理的方法驳斥了亚里士多德的观念，指出重的物体和轻的物体都以相同的加速度下落。究竟谁对

8、谁错，很难用几句话来评说。用科学辩论的形式组织学生探究是一种很好的方式，辩论可以很好地调动学生的积极性，自主地收集素材和证据，发展思维的灵活性，并锻炼学生的口才和培养小组的协作精神。将学生分为三组，第一组称为“伽方”，支持伽利略的观点，第二组称为“亚方”，支持亚里士多德的观点，第三组为裁判方，对参辩的双方进行评价。要求参辩双方，查阅有关资料，搜集有关证据，阐明自己的观点，进行辩说和演示，并寻求理论支持。在各自准备的基础上，填写好辩论提纲，并进行辩论。让学生自己来主持和评论，也是非常有益的。裁判方需要倾听双方的陈述，作出客观和辩证的评价，既从历史的角度、事物本质的角度，又从科学发展的角度来认识有关落体的问题，还要从双方辩