探究从实验开始

小学科学课程的学习主要以探究活动为主，而探究活动往往又以实验的形式来组织。实验活动是学生掌握科学知识、获取科学技能、理解科学本质的主要途径。探究活动作为一个过程，有一定的活动程序和操作步骤，这一过程也是对学生进行科学探究能力培养的过程。科学探究能力的培养要从注重培养学生的探究意识起步。在组织实验教学活动时，无论是引起学生认知冲突的情境创设，还是突出学生主体地位的主动探究，都要重视培养学生的科学思维能力，重视培养学生的科学探究意识。下面以《摆的快慢》为课例，探讨实验教学中如何培养学生的探究意识。《摆的快慢》教学设计环节一：创设情境，提出问题。出示摆的结构示意图，复习摆的相关知识：什么是摆？什么是摆幅？出示学生所做“15秒内摆的摆动次数”实验数据统计表，讨论：我们所做的摆为什么在15秒内摆动的次数不一样？激发学生研究兴趣，提出本课研究问题：摆的摆动快慢和什么因素有关？环节二：大胆猜测，提出假设。引导学生对问题进行探讨，大胆猜测：摆的摆动快慢可能和哪些因素有关？梳理学生意见，小结：摆的摆动快慢可能会和摆幅大小、摆锤轻重、摆线长短有关。组织学生根据上节课实验过程和结果继续讨论，提出假设：摆幅的大小、摆锤的轻重、摆线的长短会对摆的摆动产生什么影响？环节三：制订方案，明确步骤。摆幅的大小、摆锤的轻重、摆线的长短都可能会对摆的摆动产生影响，究竟哪一个因素最有可能影响摆的摆动快慢？请选择一个因素作为自己小组的研究内容。摆的研究涉及多个变量，要有效地开展实验就必须控制多余的变量。组织学生分析：针对不同的研究对象，要控制哪些变量不变？小组讨论，教师帮助学生确定研究方案，明确注意事项。环节四：开展实验，收集分析数据。学生根据实验方案开展实验研究，做好记录。在实验中引导学生通过多次实验提高实验的准确性，关注实验数据的科学性，发现问题，全班讨论。组织学生分析实验得到的数据，讨论从中可以得到什么结论。学生交流自己的实验所得。环节五：回顾课堂，总结提升。让学生谈谈本节课的收获。出示摆钟，组织讨论：如何调整时间慢了的摆钟？思考：如何在一定时间内确定摆的摆动次数？环节六：拓展延伸，形成科学概念。摆的摆动快慢与摆绳长短有关，与摆锤轻重无关，那么用同样长短的一根摆绳、长短不一样的摆锤，它们摆动的快慢会一样吗？实验探究：同样长短的摆绳、不一样长短的摆锤，摆动快慢不一样。为什么会出现这种情况？指导学生通过阅读资料，明白：真正的摆长不等于摆绳的长度，摆长是支架到摆锤重心的距离；摆的摆动快慢与摆长有关。阅读有关英国大本钟的资料。一、启发和鼓励学生，提出有探究价值的问题《摆的快慢》是教科版科学五年级上册第三单元的第5课，学生通过前面章节的学习，对摆已有一定的认识，能制作一个摆进行实验。但由于学生制作的摆，摆绳长短不一、摆锤轻重不同、做实验时摆幅大小也有差异，因此通过实验会发现，不同的摆在相同时间内摆动的次数不一样。这为学生继续研究摆提供了基础。环节一的设计是为了触动学生的思维，在数据分析中发现矛盾，产生认知上的冲突，促使学生自动进入情境，提出问题：摆的摆动快慢和什么因素有关？在科学教学中，提出问题，对明确探究方向、激发学生的创造性思维并做出大胆猜测、引导学生进入主动探究状态等具有重要作用。提出问题是科学探究的首要环节，教师要启发和鼓励学生提出有探究价值的科学问题。培养学生的探究意识，首先要从培养学生的问题意识开始。教学中可从以下几个方面进行。科学问题的提出要和学生的科学知识与能力相联系。案例中，学生从上节课的实验中得出“不同的摆摆动快慢不一样”这一结论，激起了学生的好奇心，引起了学生的探究兴趣，明确了本课的研究方向。留给学生独立思考、提出问题的时间和空间。有时教师为了节约课堂教学时间，一提出问题就请学生作答，这样不利于学生科学思维的发展。对于有一定难度的问题，学生必须经过一个思维过程才能选择准确的语言，提出创造性的解决方案。因此要根据问题的难易程度，做出适当时间的停顿。这样学生的思维才会得到锻炼，同时也能培养学生认真的科学态度。对问题的提出要做必要的指导。有时学生限于学识水平，可能提不出问题或提不出准确的问题。这时教师要结合观察、调查、实验、阅读等活动或学生在相应情境中产生的疑惑，引导启发学生发现有探究价值的问题。二、引导猜测和假设，教给学生质疑的思维方式上述案例中，通过环节二的活动引导学生质疑：摆幅的大小、摆锤的轻重、摆线的长短会对摆的摆动产生什么影响？这为接下来的实验明确了研究方向。学生结合前面所学的知识大胆猜测，培养了学生质疑的科学态度。在探讨、假设的过程中，依据原有认识经验帮助学生确立研究的指向，明确本课的研究目标。猜测和假设是学生科学探究中的一种预见性活动，也是培养学生探究意识的重要一环。教学中，教师要鼓励、启发学生主动地、大胆地对问题可能的答案做出猜测和创设。注意激发学生的自信心，要允许学生有不同的思考方向，给予学生融洽的探究氛围，启发学生利用生活经验或科学事实广泛地猜想。要注重培养学生质疑的思维方式，教师不仅要解答问题，更要启发学生思考，教给学生质疑的思维方式，培养学生由质疑而求异，养成思考问题的习惯。案例中，学生会结合摆的结构对影响摆的摆动快慢的因素进行猜测。这样的猜测是有科学依据的，也是符合逻辑的，有助于培养学生对猜测和假设做出论证的意识。三、引导制订研究计划，调动学生在实验设计中的主动性制订一个可行的实验计划是培养学生探究意识的重要方面。探究活动能否成功还要看实验计划是否可行。在这个案例中，控制变量是研究摆的快慢的关键。研究对象不同，所要控制的变量也不一样。研究摆幅大小对摆摆动快慢的影响，只要改变摆幅大小，其他因素不变；研究摆绳长短对摆摆动快慢的影响，只要改变摆绳的长短；研究摆锤轻重对摆摆动快慢的影响，只要改变摆锤的轻重。这里要特别注意的是，改变摆锤轻重，但不能改变摆锤的大小，这样的探究才是科学的。当学生对制订实验方案有困难时，教师的指导很重要。教育学生要全面考虑问题，让学生理解在实验中控制变量对于保证实验公平的重要性，培养学生严谨认真的科学态度。小学生独特的心理和生理发展特点，要求小学科学实验教学必须采取相应的措施。1～2年级学生主要以形象思维为主，在设计和组织实施科学实验时，教师要提供具体的、感性的、形象的材料，实验中的变量不能太多，要采取多种形式，调动他们的各种感官，有意识地直接观察事物。5～6年级的学生认知思维已过渡到抽象思维，在实验活动中就可以增加变量和实验操作的难度。探究意识的培养有助于提高学生探究能力，要让学生经历制订研究计划的过程，充分发挥学生在实验设计中的主动性。比如，研究摆绳长短对摆摆动快慢的影响，如何改变摆绳的长短才能在课堂上方便快捷地完成实验？指导学生合理选择实验器材，构思实验步骤，优选实验方案。可用一根摆绳先做实验，再把摆绳对折后，用一半绳长做实验。这样方便操作，有助于五年级的学生快速完成实验。四、让学生重视实验数据，掌握正确处理数据的方法学会收集处理实验数据是培养学生实验技能的重要内容。在实验中，要让学生重视实验数据的真实性和有效性，培养学生尊重数据的意识，养成实事求是的科学态度。要给学生充分的交流时间，通过对实验数据的分析，可以发现，同一组实验数据的不一致说明实验存在一定的误差，减少误差提高实验的准确率是提高实验效果的重要保证。在实验中可以发现：同一个单摆，摆绳越长摆动越慢，摆绳越短摆动越快，摆锤的质量不会影响摆的摆动快慢。也有学生可能会选择摆幅大小对摆摆动的影响作为研究内容。这个实验有难度，教师要及时肯定和鼓励学生，促使他们主动思考和自我反省，借此契机实施科学思想方法和科学态度教育。在实验中学生得到的实验数据可能误差较大。比如，由于计时的学生和掌握摆锤的学生操作不同步，或计数的学生在摆摆动过程中计数不准确，或学生由于先前猜测形成潜意识，在实验过程中有意识地修正实验数据以符合自己的猜测等，都会影响实验数据的准确性。因此，教师要引导学生对实验的错误数据进行认真分析，看到不重视证据收集的严重后果，培养学生的实证意识，加深学生对实验数据重要性的认识。对于数据的不一致，要引导学生找原因、想方法，甚至重复实验。要尊重原始数据，而不随意取舍、修改数据。这样的科学探究活动才是有效的，才有助于培养学生的科学探究意识，提升学生的科学素养。五、让学生能表达、会反思，在实验中建构科学概念科学论证是科学探究的重要特征，也是提高学生科学探究能力的重要保证。学生用自己的语言解释摆摆动快慢和什么因素有关，有助于培养学生解释和论证的能力。学生用严谨科学的语言去论证实验发现，对提高学生的科学探究意识和探究能力都是不可忽视的。回顾反思有利于学生对所学知识进行梳理，将新学的知识和已有知识、经验建立联系，促进知识的内化，培养学生的反思能力。组织学生讨论如何调整时间慢了的摆钟，将实验内容和生活紧密联系，利用日常生活用品进行探究，学以致用，有助于提高学生的研究兴趣。在环节六中，学生普遍认为，摆绳长度相同、摆锤长度不同的两个摆摆动快慢一样。当实验结果出现时，学生会产生认知上的矛盾。这是对学生进行科学探究意识和科学态度培养的好时机。教师要充分利用这个机会，引导学生通过认知上的冲突展开讨论，反思自己的实验，从而建构科学的概念。科学探究活动的开展就是为了模拟科学家如何探索科学真理，这比一味片面地追求科学知识的接受式学习，