在科学实验中推进科学探究深度

【摘

要】小学生只有置于真正的科学探究中，才能揭示科学的规律和秘密，才有助于促进科学核心素养的全面提升。在小学科学教学中，引导学生开展科学实验能有效推进他们科学探究的深度，以此达到高效化探究教学的效果。为此，笔者从借助游戏情境、组织科学实验、引导实验总结等方面对“摆的研究”一课的教学进行了探究，帮助学生感知摆的现象、进行摆的研究、发现摆的秘密，以此推进小学科学探究的深度，促进学生科学素养的提升。【关键词】小学科学;科学实验;“摆的研究”;科学探究《科学课程标准》特别强调，应当引导学生展开科学探究式学习，这一点非常关键。学生只有置于真正的科学探究中，才能揭示科学的规律和秘密，才有助于促进科学核心素养的全面提升，而科学活动的本质，就是要带领学生深入科学探究，理解知识的本质。因此，科学探究落实于小学科学教学实践中，首先需要准确把握探究这一核心，进而才有助于提高学生参与其中的主观能动性，才能真正深入这个过程，形成智慧，发展思维品质。在科学教学过程中，教师不仅要以学生的自主架构为核心，还要促使学生从中发现问题、提出问题，真正完成对问题的解决，这样才能真正有助于学生科学素养的形成与发展。以“摆的研究”一课的教学为例，这是组织学生开展科学探究的重要载体，根据儿童心理学和教育心理学等相关理论，在实际教学过程中，教师首先为学生创设真实的情境，既有助于提高学生学习过程的趣味性，也能对学生的多感官形成正向刺激;既是为了实现协调运作，也是为了学生在整堂课都保持积极高昂的学习情绪;既有助于发展学生的学科探究精神，也有助于打造高效的科学课堂。一、以培养学生实验论证能力为目的，设计实验方案实验室内的研究内容学生在现实生活中接触较少，教师提前设置好操作、准备好器材，对学生的吸引度较低，难以被学生接受。这是学生的生活经验缺乏所导致的，当学生群体面对陌生的实验室器材，并没有办法引导他们的思维跟实际生活日常所见相联系，因此，无法让学生调用生活经验来对实验进行观察和研究，这样的实验方案就会显得苍白无力、不接地气，也很难提高学生的参与度和思考度。为了提高学生的接受度，教师在设计实验方案时可让其进行自主选择，通过引导式的提问方式，让学生将课堂所需实践的理论知识跟学生的日常生活内容进行反复对比，尝试让学生从生活经验中寻找跟课堂实验相近或相同的情境，然后让学生按照对该项内容的判断和理解来组织实验。一方面可以大大提高学生的积极性，让他们充分进行思考和识别，调用已有的理论知识和生活常识相结合来解决教师所提出的引导式问题，以锻炼他们的思维能力和知识运用能力;另一方面可以提高学生的实验操作能力，通过生活经验和教师引导，自主独立地开展主题实验，真正地做到加强学生探究、解决问题的能力。如在“摆的研究”的教学前，嘱咐学生各自主动回想生活中存在摆的物理现象的具体例子，依照教材要求准备实验器材，有个性化地尝试制作摆。课前检查发现学生准备了橡皮泥、塑料球、小铁球等材料，并应用这些材料制作出各式各样的摆。变量的控制是对比实验的重点、难点。为了培养学生思维的深刻性，引导学生设计、完善课程实验方案，教师通过设问获取学生的意见。师：我们采用对比实验的方法探究“摆的快慢可能与摆锤的质量有关”，在实验方案中，如何确定要改变的条件和不改变的条件呢？生1：每次使用相同的力，用力要匀速。生2：用手丈量摆幅的大小，将摆幅控制在相同的5°角内。通过学生自主设计实验，使其积极思考实验中存在的问题，能够培养其思维能力和解决问题的能力，从而有助于学生从各个层面和角度上全面理解理论知识，对知识点的理解会更深刻，也就更容易記忆。经过经常、反复性的思考，使学生明白研究的目的，提升学生的论证能力。二、借助游戏情境，感知“摆的现象”在导入环节，教师基于游戏的方式为学生创设真实的情境，使学生能在短时间内快速聚焦注意力，提高学生的参与兴趣，这也为接下来的深入感知以及理解奠定良好的情感基调，能够以此激发学生主动参与探究的兴趣，丰富其感性认知。首先，邀请三名同学完成骑木马的表演。在这一过程中，引导学生得出结论：在骑木马的过程中，身体基于不同位置，呈现出前后往返式运动。其次，再邀请三名同学模仿正步走，引导学生感受走路过程中左右两臂的摆动，实际上这也是一种基于不同位置的前后往返运动。之后，教师又呈现了学生非常熟悉的玩具不倒翁，要求学生认真观察其摇摆过程，然后得出结论：实际运动过程中，其本身的位置并没有发生改变，只是基于两侧进行往返。最后，教师出示教材中所呈现的钟摆，仍然要求学生认真观察，体会其摆动的过程。同时，为了能让学生把接触到的感性演示材料转化为理论分析和总结，在经过游戏具体情境的表演后，可以引导学生进行抽象化的图纸表达，针对不同的实验内容，进行相应的图纸概括总结，方便进行抽象化的图纸对比，再引导学生进行理论性分析，这样可以锻炼学生从“客观”到“主观”的总结概括能力，也加强他们自身的探究能力。上述环节的演示，极大地激发了学生的兴趣，看着他们高昂的小脸，教师能感受到他们此时此刻的急切心情，甚至还有学生高声嚷道：“摆动就是置于不动的位置的两侧进行往返运动。”还有学生对该回答作出补充：“如果只往返一次，说明摆动为一次;如果这个动作只进行了一半，不能认为这是一个摆动的过程。”根据学生的回答，教师发现，此时是引入课题的最佳契机，不仅能借助直观丰富的表象为学生呈现相对应的概念，同时也易于学生理解和掌握。三、组织科学实验，进行“摆的研究”在《科学课程标准》中，特别强调了科学实验的重要性，其目的就是通过实验活动，让学生自主发现摆的秘密。在课堂教学的过程中，教师为学生设置了探究实验，以促使学生对此展开深入研究。（一）借助演示实验，规范操作流程教师首先引入的是伽利略的故事，讲述他如何发现摆的秘密，然后根据故事内容呈现相应的实验示范。由于这一实验活动具有一定的复杂性，所以在示范之前，应带领学生梳理以下要点：其一，对比两个单摆，从中发现异同，在这一过程中，应引导学生聚焦于摆长及摆锤两个不同的视角;其二，了解摆座，带领学生借助投影仪聚焦于摆座上的三条线，了解虚线和实线各自指代的内容;其三，完整地呈现具体的步骤：在确保摆锤静止不动时，以食指、拇指配合捏住摆锤，然后提高到和实线相等的位置，在计时的同时松开手指。在这一过程中，教师需要明确观察要点，这样学生才能从中有所发现、完成记录。（二）引导互动讨论，设计实验方案在实际教学过程中，设计方案是保障实验效能的关键所在，而学生在进行科学实验的过程中，大都以小组的形式进行，因此，有必要在进行实验之前，组织学生展开互动探讨，完成对实验方案的设计。为了实现这一目标，教师须对学生进行一下引导。师：在钟摆摆动的过程中，当其摆动的次数越多时，说明其摆动速度越快。那么，摆动的快慢究竟与哪些因素相关？（针对这一问题，可以提前预设学生的回答，例如摆幅大小、摆绳长度等。）师：接下来是汇报环节，说一说你们小组的实验方案设计。（1）小组研究的问题是什么？你们的猜测是什么？（2）使用哪些实验方法？在这一过程中，发生改变的条件以及未曾改变的条件分别是什么？（3）你们将会如何进行这些实验？说明具体的实验步骤。师：哪些小组所研究的问题与其不同？说出你的想法。（三）组织小组合作，开展实验探究在实验环节，学生必须严格遵循每一个活动步骤，不仅要动手实践，还要动脑推理，更要实现小组成员之间的协同合作，既要实现合理的任务分配，又要积极主动参与其中，顺利完成每一个实验任务。对具体的实验过程而言，不仅能为学生建立丰富的感性认知，也有助于培养其协同合作意识和合作精神。在完成方案设计之后需要进行实验活动，具体实验过程使用的是相同的钟摆，首先是完成两次15秒内摆动，然后完成两次20秒内摆动;其次，使用不同的钟摆，分别再次完成上述摆动实验过程。当然，在这一过程中，也包含以下情况：其一，摆线的长短相同，摆锤重量不同;其二，摆线长短不同，摆锤重量相同。为了完善记录，还需要使用量角器测量摆的角度。通过这样的方式，不仅为学生建立了丰富的表象，也能促使学生从不同的视角了解和摆动相关的知识;不仅形成了积极向上的学习氛围，也有助于提高活动以及教学的实效性。四、引导实验总结，发现“摆的秘密”班级汇报不仅是为了对之前的实验过程进行总结，也是为了发现其中的内在规律，这样才能以原有的感性认知为根基，将其上升到理性层面。此外，教师针对学生的汇报也要做出积极的评价，只有这样才有助于强化学生的合作精神，才能保护学生在这一过程中的良好行为，并促使其成功地转化为习惯。在小组实验结束之后，还需要进行交流展示环节，说一说实验步骤，阐释实验现象以及结论等。对不同的小組而言，在实验的过程中，各因素存在显著不同，既需要学生正确把握其中的差异，也要学生完成对感性认知的梳理和归纳，这是其上升到理性层面的关键前提。学生进行交流和分享的同时，也是对学生表达及概括能力的有效训练，也可以教材中所呈现的表格为载体，组织学生进行探讨。师：这两个摆是相同的吗？有哪些异同之处？师：你认为它们摆动的快慢是否相同？教师先进行演示实验，然后要求学生进行观察和探讨：在这一过程中，你发现了什么？师：针对摆的长度有必要做出更精准的界定，其与摆绳长度并不相同。然后引导学生归纳：在钟摆摆动的过程中，其速度与摆线长短相关，和摆锤重量不存在直接关联。在具体的实验过程中，小组成员之间能实现友好的协同合作，每个成员也能认真完成个人任务，既树立了合作精神，也提高了集体荣誉感。因此，教师认为有必要在日后的教学过程中，组织学生展开多元化的小组合作，以实现