【高段学生科学探究的特点与教学的路径分析】 科学探究的特点

高段学生科学探究的特点与教学的路径分析

一、科学探究活动中隐含了更强的逻辑思维性 例如“物体在水中的沉浮与什么因素有关”这个探究活 动就隐含了很强的逻辑思维性，对学生的科学探究思维水平 提出了更高的要求。学生把7种轻重、体积不同的物体放入 水中，发现结果与推测不符，引发了认知冲突，促发他们进 一步分析和反省：为什么探究的结果与事先的预测不一样？ 探究的设计和计划的实施存在什么缺陷？探究活动的哪些 方面还需要改进？在一系列问题的驱动下，学生各抒己见， 对活动进行了有目的的改进，再研究……显而易见，学生伴 随探究活动本身的思维方式是纵向型的，活动与活动板块存 在着明显的递进关系，探究活动一环紧扣一环，前面建立的 科学概念是后面科学概念构建的基础和保证。活动中，只有 学生的外部探究与逻辑思维相继并进，才能推进探究活动的 顺利达成。它已经不像刚刚起步的探究活动那样，思维结构 是横向平行型的，活动板块之间是以并列关系存在，前后活动间不存在明显的推进关系。

皮亚杰儿童认知发展理论告诉我们，高段学生的思维正 处于具体运算阶段，认知结构中已经有了抽象概念，能从多 维度对事物进行归类，具有思维的可逆性和去自我中心性， 能够在具体事物的支持下进行逻辑推理。因此，在小学高段 科学教学中安排这样的探究活动，不仅能使学生主动建构科 学概念，而且还能提高他们的科学逻辑思维能力，起到厚积 薄发的作用。

教学建议 1.理解并挖掘教材每个活动、活动与活动间的逻辑思维 关系 教科版小学科学教材是由一个个科学活动组合而成，每 一课包含的小活动与小活动、前后课时的大活动与大活动之 间存在一定的内在逻辑联系，这种逻辑联系是否被教师真正 理解和把握，从根本上引导着课堂的方向，影响着探究科学 教育的成效。

例如：教科版五年级下册《马铃薯在液体中的沉浮》一 课出现了两种教法。

教学方法一：学生发现马铃薯在一杯液体中会浮起来， 马上回应：“浮的一杯是盐水！”听一个学生这样说，更多 的学生都附和着说是盐水。老师肯定了学生的判断：“好！ 真聪明！这确实是盐水。”接下来老师又问：“这是盐水， 怎么来验证呢？”学生说：“烧一烧就能烧出盐。”学生说干就干，结果真的烧出了白色的粉末，学生与教师对蒸发皿 中留下的“盐”都深信不疑！实验得出：使马铃薯浮起来的 液体就是盐水。

教学方法二：当学生喊出让马铃薯浮起来的水是盐水时， 老师却神情自若地说：“你们这么肯定呀？有什么方法来验 证呢？”“把杯中的液体烧一烧就知道了”。调羹中的液体 烧干了，出现了白色的粉末。“是盐，是盐。”学生又一次 自信地断定。老师不紧不慢地说：“你们这么肯定呀？老师 这里还有糖、味精、小苏打，把它们溶解在水中，放入马铃 薯，看看会怎样。”学生依次做了，结果发现：溶解了糖、 味精、小苏打的水也能使马铃薯浮起来。老师趁机提问：“刚 才这杯液体到底是什么？”学生支支吾吾：“可能是糖水， 可能是盐水，也有可能是味精水。”有些小组说可能是多种 物质混合在一起的水！还有学生说不能确定是什么液体。

上述探究活动的争论焦点与活动隐含的逻辑点都是确 认这杯液体是不是盐水。第一种教学方法，学生看到白色粉 末就断定是盐，并恰好与教师的预设一致，探究过程就此结 束。这种教学方法也被很多教师经常采用。但是，这样的教 学在培养学生严谨、科学的逻辑思维和挖掘思维潜力方面是 有缺陷的。第二种教学方法中的“不能确定”，是教师对探 究过程中逻辑思维活动的进一步挖掘，体现了科学理性、逻 辑、严密的思维分析方法。通过探究白色粉末是不是盐的活 动，学生懂得科学不能以偏概全、盲目下定论。可见，科学意识、科学思维、科学思想的养成在很大程度上得益于教师 对探究活动中逻辑思维的理解与挖掘。

2.夯实每一个科学概念，为科学探究构建新概念提供基 础保证 由于科学探究前后存在逻辑关系，学生新的科学概念构 建是建立在已有概念基础上的。因此，教师要充分了解学生 已有的经验基础，掌握所要探究的概念与其他有关概念的关 系，以便有目的地为学生搭建“脚手架”， 一步步夯实， 支持学生的探究活动，从而构建新的科学概念。例如《做一 个钟摆》一课中，科学活动的前后逻辑体系如下：摆的快慢 与摆绳的长短有关→摆绳一样长的摆，摆的快慢还与摆锤的 长短有关→摆的快慢与摆锤上有无金属圆片有关→摆的快 慢与摆锤上金属圆片的重心位置有关→摆的快慢与摆长有 关。可见，要构建最后的科学概念就像修造高层建筑一样， 层层递进，环环相扣。教师只有在夯实每一个科学概念的基 础上才能引导学生建立新的科学概念。

3.领悟科学探究中相互交叉的逻辑关系 在小学高段科学教学中，除了要引导学生建立科学概念 与科学概念、事物与事物间内在的逻辑关系外，还应让学生 初步领悟科学探究中相互交叉的逻辑关系。例如：在《微小 世界》单元的学习中，一方面，要让学生经历人类从古到今 观察工具的发展过程；
另一方面，要让学生认识和感受随着 观察工具的发展和观察视野的不断拓展人类在探索微小世界方面所取得的丰硕成果。教师如果深入领会教材，掌握了 探究的多层逻辑关系，就能引导学生把事物放在具体的关系 中进行思考和认识，从而更加多方位、深层次地认识事物的 本质，感悟科学的本质。

二、开展科学探究的自主独立性加大 例如，同样是观察把铁钉放入硫酸铜溶液中会发生什么 变化的活动，在有的教师的教学中，学生机械地照着教师指 定的实验步骤按部就班地依样画葫芦，把观察硫酸铜和铁钉 的大活动分割成了零碎的三个小活动，学生在活动中停停放 放，不断在教师的指令下操作，学生探究的自主性受到压抑， 探究的积极性及思维参与程度明显打折。而在有的教师教学 中，学生的观察活动是在一定的研究问题驱动下的一种有目 的的活动，学生经历了探究活动的设计，讨论了活动中需要 注意的地方，科学探究成为学生自主独立的活动，活动得到 明显增值。为什么从表面看所差无几的两例活动，产生的教 学效果会如此悬殊呢？问题的节点就是第二位教师相信学 生已经具备了初步的科学探究能力，知道该是放手的时候了， 教师在其中只是充当引路人的角色，给予学生尽可能大的自 主探究空间。

教学建议 笔者对六年级上册学生的问卷调查结果显示：学生希望 教师把探究的时间增加，在探究活动中不要有过多的指令， 有一定难度的探究活动才是学生所期望的。当学生处在思维的转折点或探究的重难点，经过自身努力，还感到无法解决 时，教师要给予适当的点拨、扶持或提示，其他情况下充分 发挥学生的自主性，做到放中有导、导放结合，与高段学生 要求独立自主的心理特点相符合。

1.运用“提示单”促进学生开展自主独立的探究活动 给学生更多的探究空间是每个教师的共识，但同时，有 些教师又担心学生的科学探究会偏离轨道，产生失控行为。

笔者在多年的教学实践中经常运用“提示单”来克服这一难 题。例如《斜面的作用》教学中，第一个探究活动：分别测 出直接提升和沿斜面提升一个物体所用的力，得出斜面能省 力的结论。在第一个活动快结束时，笔者下发了科学提示单 （如下）：
关于斜面能够省力的进一步研究提示单 同学们，祝贺你们发现了斜面能够省力的作用。

是不是所有的斜面省力情况都一样呢？斜面省力的情 况有什么相同与不同的地方？ 小组赶紧讨论一下，制定研究的方案，赶紧行动吧！ 在提示单的指引下，学生自觉地过渡到第二个探究活动， 前后两个活动共进行了大半节课。活动中，教师只是在小组 中巡视，及时给予必要的指导与帮助。这样，既给了学生广 阔的科学探究时空，又使学生的活动在正道上得以持续、深 入，起到了两全其美的作用。

2.布置主题式探究活动，把科学探究从课内引向课外高段学生已经具有了独立解决问题的能力，他们已经不 满足教室这个太小的空间，而希望课堂活动在课外得以延伸， 在课外寻找科学探究更广阔的空间，得到进一步的发展，获 得更大的成功。如在学习《环境问题和我们的行动》时，笔 者在课前组织学生进行调查、了解、记录人类面临的环境问 题，使学生对人类与环境问题形成立体化的认识。在《做框 架》课后让学生继续搜索生活中的框架结构，每个小组以一 种框架结构物体为例进一步探究，写成科学小论文。学生以 开放的心态对自己喜欢的活动进行深入、开放的探究，获得 的不仅是大量的信息，还有对科学产生的无比激情和盎然兴 趣。

3.以多彩的形式展示学生自主探究的成果 每个学生的探究活动应该是一个动态的充满灵气的个 性活动。逐步进入自主独立期的高段学生，他们期望自己作 为一个独立的个体，有展现自我的机会。因此，既然给了学 生自主独立的探究空间，就要以学生为本，以多彩的形式展 示学生科学探究的成果，使学生对科学探究的激情保持昂扬。

例如在宇宙单元的学习中，学生制作一份月球小报、一张月 相观察图、观察月食的计划书，自己安装星空软件观察星空、 实地观察星空、阅读关于宇宙的书籍、操作模拟星空实验等 等都可以作为单元评价的依据。这种由学生自主选择型的评 价，顾及了学生的兴趣爱好，探究更开放。学生在活动中不 断进行自主独立探究的训练，体会探究的乐趣，形成了科学学习的良性循环。

三、科学探究与现实生活以及社会、科技发展相联系 的意识逐渐加强 例如在怎样防止铁生锈的活动中，科学探究与学生的生 活实际相联系，学生在具体情境中顺理成章地调用已学的科 学概念来解决实际问题，进一步巩固了概念。同时，学生的 探究掺杂着一种浓浓的社会责任感，科学探究被赋予一种人 文性、真切感，加深学生对科学本质的理解。

科学学习的最终目的是把习得的科学知识、技能应用于 实际生活与社会之中，“用科学改善生活，科学与生活、社 会技术密切相关，生活中处处是科学”是科学学习的重要目 标之一。高段学生对于生活与社会的意识有了一定程度的提 升，有了初步的分析明辨和社会参与能力。这一时期，教师 有意识地加强这一方面的引导，能更加自然地建立起科学与 现实生活、社会技术相互联系的意识，形成学科学、用科学 的良好习惯，为其终身发展奠定基础。

★教学建议 1.科学探究中渗透生活处处有科学的思想 教师通过创设生活情境，调动学生已有生活经验引发学 生探究，使课堂情境趋于生活化、科学探究贴近生活。例如 《杠杆》一课的教学，从生活中撬一块大石头引入；
以“米 变成米饭”这种学生熟悉的事物和现象作为《物质发生了什 么变化》一课的教学例子；
解释水壶冒白汽的原因来巩固学生对水蒸气的理解。长此以往，科学探究与生活实际相联系 的思想就会植根于学生心灵，不留痕迹地引导学生做生活的 有心人，感受到生活中处处有科学、科学为社会生活服务的 特点。

2.树立科学探究可以超越生活的思想 科学探究要求真、求知，更要求新。在探究过程中，如 果高段的学生还仅仅停留在发现秘密、揭示规律的基础上， 是远远不够的，还可以引导学生向生活挑战，使探究活动不 断创新。例如《杠杆的科学》教学时，在学生认识了最普通 的杠杆后，笔者出示钉有一枚长钉子的木板（图1），让学 生把铁钉拔出来，学生试用杠杆撬钉子，却发现还没等铁钉 拔出来，杠杆就碰到木板了，把杠杆移动的范围扩大是撬出 钉子的关键。几经周折，学生设计创新的“变形杠杆”诞生 了（图2）。虽然这是前人已经发现的项目，但对学生来说 是全新的。他们在活动中慢慢体会到：科学探究只有不断创 新和超越，才能促进科学技术的进步，推动人类社会的发展。

为了引导学生不断创新和超越，教师应及时关注和掌握 科学与社会发展的最新动态，并有机渗透到平时的课堂教学 之中。例如克隆、纳米材料、人类基因、无土栽培技术、无 籽西瓜的种植、可视电话的产生、国际天文年等等。这样， 科学教学就能使学生在感受科学的无穷魅力、崇尚科学伟大 神奇的同时，增强时代感，激发他们的想象力和创新意识。

3.初步树立辩证看待科学探究与社会关系的观念经历几年的科学探究，学生对科学探究会产生百般信赖 的感觉。学生的心目中往往会建立科学高于一切、科学技术 创造新生活的片面理解。本着“早发现，早处理”的原则， 教师要抓住有利时机改变学生不客观的认识，引导学生树立 辩证看待科学探究与社会关系的正确观念。例如：在认识各 种材料时，一方面要引导学生知道随着人类科学技术的发展， 各种材料应运而生，感受材料的多样性，但是另一方面还要 引导学生感知材料的丰富势必会消耗大量的能源；
人类出现 克隆技术证明了科学的伟大力量，但是克隆给人类带来的隐 患也是不可估量的；
建立现代化、自动化的各种垃圾处理厂 验证了人类技术的先进，但是垃圾给人类带来的危害还是存 在的。如果教师经常组织这样的讨论、探究活动，对正在形 成科学价值观的学生的影响将是深远的，学生对人类科学探 究的理解也将更加科学与辩证。

（浙江省舟山市定海区东海小学 316000）