激發(fā)探究文

　　拋開(課堂中的)常規(guī)，調(diào)整實驗手冊中的實驗，利用在熱學單元中使用的相關(guān)策略，達到開放式探究層次。——Kimberlv Lott
　　
　　你課堂中的探究層次需要提高嗎?在許多學校中，小學課程都是教師一步一步講授的，所以小學課堂中高度結(jié)構(gòu)化(NgHy structured，這里是指實驗手冊詳細設計好的實驗過程，使得教師和學生沒有更大的自由度——譯者注)的實驗手冊很常見。使用實驗手冊，準備課程和實驗比較簡單，學生也比較容易完成，師生都不需要費太多腦筋。然而，使用這樣的實驗手冊，學生學不到要達到更多引導性探究和依靠自己能力進行的開放式探究水平所需的基本探究技能，因此，教師陷入了低水平探究教學中。采用本文所述的基本步驟，教師能夠創(chuàng)設一些活動幫助學生投入到更高形式探究中。以《小學科學教育：方法、概念和探究》(Sciencein Elementary Education：Methods，Conceptsand Inquiries，作者：Joseph M.Peters，David L.Stout，出版社：Allyn&Bacon)一書中三年級熱學單元的“隔熱材料如何減緩熱傳導”為例，說明怎樣將實驗手冊中的實驗轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究活動，再轉(zhuǎn)化為引導性探究活動，最后轉(zhuǎn)化為開放式探究活動，提高探究活動的水平。
　　科學探究可以分為不同的層次(見表1)，但要達到開放式探究層次，學生首先需要掌握某些科學的方法技能：提出問題，制訂研究計劃，使用收集數(shù)據(jù)的工具和方法，形成基于實證的結(jié)論(NRC1996)。每個更高一級的探究層次都要求學生更多地提高和掌握這些技能。
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　　教師怎樣改進實驗手冊中的常規(guī)實驗呢?顯然是需要進行更多的引導性探究和開放式探究活動。但許多教師認為這是不可能完成的任務，因為他們有這樣的錯覺：認為這需要設計全新的活動。其實不然，將常規(guī)實驗轉(zhuǎn)化為完全的探究活動往往只需對原有實驗稍作調(diào)整。當然，并不是所有的活動都適合完全地轉(zhuǎn)化為探究活動，但是大部分都至少可以轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究活動，并且很多可以轉(zhuǎn)化為開放式探究活動。
　　
　　第一步：從驗證性探究到結(jié)構(gòu)化探究
　　
　　炎癥性探究活動是典型的實驗手冊中的實驗活動，即學生只需簡單地驗證已經(jīng)學過的內(nèi)容。通常教師向?qū)W生介紹一個活動主題，并提供該活動主題目標的背景信息。然后，給學生一個研究問題和尋找答案的實驗過程。因為學生知道了活動的背景信息，所以他們已經(jīng)知道了該調(diào)查研究的正確結(jié)果。在結(jié)構(gòu)化探究活動中，教師只給學生提供研究的問題和實驗過程，但學生不知道答案。結(jié)構(gòu)化探究活動可以讓學生練習使用工具和收集數(shù)據(jù)得出基于實證的結(jié)論等科學研究的技能和方法。
　　將驗證性探究活動轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究活動是最簡單的，只需將現(xiàn)有活動進行很小的改變。步驟如下：
　　(1)因為學生不會自己提出問題，首先要將活動的題目變成一個可以激發(fā)學生好奇心的問題。
　　(2)從學生的指導手冊中刪掉所有能夠提供解答線索的內(nèi)容，如原來的活動目標等。
　　(3)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)性探究的最后和最關(guān)鍵的步驟，是必須在進行輔導或閱讀課本前開展探究活動。在設置情境或?qū)嵗砸胫黝}之后，讓學生通過調(diào)查研究來建構(gòu)相關(guān)科學概念。在探究活動之后，再由教師介紹相關(guān)概念的細節(jié)，如結(jié)論和詞匯的科學解釋等。
　　此外，要確保為學生提供的問題是公平的，并要求學生根據(jù)自己收集的數(shù)據(jù)得出結(jié)論。用些額外的技巧改寫研究問題要達到以下目標：
　　·要求學生從自己收集的數(shù)據(jù)中總結(jié)出結(jié)論，代替原來直接提供明確的知識目標。
　　·引導學生最終發(fā)現(xiàn)預定的知識目標。
　　
　　活動案仍：為什么我們的房子有隔熱層?
　　表2中的案例是一個很典型的驗證性實驗，學生已經(jīng)知道了熱量和隔熱的背景信息，因此，他們很容易通過實驗來驗證這些信息。從表3中可以看出，通過一些微調(diào)，該實驗活動很簡單地就可以轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究活動?；顒宇}目轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€比較有吸引力的開放式問題，而沒有直接告訴學生的正確答案?；顒幽繕艘脖粍h掉了。表2中活動最后的兩個問題僅僅是要求學生驗證了之前學過的科學概念“隔熱材料減緩熱傳導”，表3中活動最后采用了兩個簡單的問題，要求學生根據(jù)自己的數(shù)據(jù)得出相關(guān)結(jié)論。在修改過的活動中，學生能夠研究隔熱材料對水溫的影響，然后自己去發(fā)現(xiàn)隔熱材料減緩熱傳導的概念。
　　
　　第二步：從結(jié)構(gòu)化探究到引導性探究
　　
　　引導性探究活動不僅要求學生自己收集數(shù)據(jù)，得出基于實證的結(jié)論，而且還要求學生自己制訂研究計劃。從結(jié)構(gòu)化探究轉(zhuǎn)化為引導性探究并不像驗證性探究轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化探究那樣簡單，因為并不是每個活動都適合這樣的轉(zhuǎn)換。因此，教師在進行轉(zhuǎn)化時，需要考慮以下兩個問題：
　　·針對要研究的問題，學生具備制訂研究方案的背景知識嗎?
　　·是否可以用多種方法研究這個問題?
　　如果這兩個問題的答案有一個是否定的，那么該調(diào)查研究就不適合轉(zhuǎn)化為引導性探究；然而，這些類型的探究活動可以采用低級別的結(jié)構(gòu)化探究形式。教師可以講解實驗過程，但要讓學生去設計數(shù)據(jù)收集和整理的方案。應當將學生活動手冊(或?qū)W生記錄單)中的表格、圖表去掉，讓學生決定數(shù)據(jù)整理的方法，并選擇最合適的圖表展示數(shù)據(jù)。
　　如果上述兩個問題的答案都是肯定的，那么該實驗就適合轉(zhuǎn)化為引導性探究。具體操作步驟如下：
　　(1)教師將學生實驗手冊中的實驗過程、所有數(shù)據(jù)表格和圖表刪掉；
　　(2)教師給學生提供探究的問題和可能用到的實驗材料清單；
　　(3)教師引導學生考慮哪些變量是相關(guān)的，并如何測量它們；
　　(4)給學生提供充分的時間設計研究方案；
　　(5)教師在學生實驗時，巡視學生的實驗過程，給予相關(guān)的指導。在進行指導的過程中，可以問學生一些啟發(fā)性的問題，來減少學生的挫折感。比如：
　　·你在做什么?
　　·你想做什么?
　　·如果這樣，你覺得會發(fā)生什么?
　　學生回答這些問題之后，教師必須對學生的回答做出客觀的回應，避免直接告訴學生正確答案。即使學生自己設計實驗方案，他們的實驗計劃也必須符合教室內(nèi)的安全規(guī)范。教師要在學生設計實驗方案時，與他們討論安全問題，并在開始探究之前
　　確認研究方案。學生必須明白即使他們的方案
　　符合安全要求，也并不意味著這個方案就一定能夠解決研究問題。
　　
　　活動案例：哪種材料保溫效果最好?
　　為了讓學生能夠開展更多的引導性探究，到學校之前我設計了一個結(jié)構(gòu)化探究活動(見表3)?；谶@個活動，我讓學生嘗試著確定哪種材料是最好的隔熱材料。學生們開始進行引導性探究(見表4)。他們積極地參與尋找最好的隔熱材料的競賽，而不是簡單地研究隔熱材料的效果。通過小組合作交流，學生列出了他們需要的實驗材料。我分發(fā)了手邊的幾種隔熱材料(棉花、木片、鋸末、碎紙、干草)，并且鼓勵學生思考還可以用到哪些隔熱材料。然后學生設計檢測這些材料的方案。很多小組采用了我在結(jié)構(gòu)化探究活動中提到的實驗過程。然而，還有小組認為他們需要更厚一點的隔熱材料，因此他們改變了密閉容器，使之能夠容納更多的隔熱材料。該實驗用到水龍頭流出的熱水，所以我提醒學生在取熱水時采用正確的實驗步驟，小心地將水拿到實爪驗臺上，然后迅速地將水裝入密閉的容器中，防止水溢出燙傷其他成員。
　　學生清楚安全問題之后，開始測試他們的實驗材料，全班交流討論確定哪個小組的隔熱材料最好。最后全班討論為什么特定材料(或組合材料)隔熱效果比較好。
　　
　　第三步：從引導性探究到開放式探究
　　
　　開展開發(fā)式探究，學生必須能夠自己提出可驗證的探究問題。學生的探究問題經(jīng)常來源于結(jié)構(gòu)化探究或引導性探究活動過程中的觀察。在各個層次的探究活動中，都涉及到觀察技能，但在開放式探究活動中尤為重要。即使學生已經(jīng)參與了低層次的探究活動，在進行開放式探究活動之前他們依然需要培養(yǎng)觀察能力。
　　除了觀察技能，學生仍然需要教師示范怎樣將觀察到的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為問題。有一種策略叫做“邊想邊說”，該策略可以幫助學生將難解的觀察資料轉(zhuǎn)化為可驗證解決的問題。當學生進行觀察時，教師有目的地大聲與學生交談，并討論通過觀察發(fā)現(xiàn)的問題。通過對學生進行這些示范，他們將能夠從觀察現(xiàn)象中提出自己的問題。
　　一旦學生開始提出問題，他們必須能夠辨別哪些問題適合探究調(diào)查。有的問題通過認真觀察可以得出結(jié)論，例如，學生也許會問：“蝴蝶喜歡某個特定品種的花嗎?”這類問題可以通過認真觀察之后來回答，因為在教室建立一個蝴蝶園是不可能的。而有的學生提問：“我們生活的地區(qū)有什么樣的毒蛇?”這樣的問題可以通過網(wǎng)絡或書籍等資源找到答案。
　　幫助學生發(fā)現(xiàn)探究問題的另一個方法是“四問題策略”。該策略可以用于全班討論或小組討論。
　　教師可以先問學生第一個問題：“什么樣的材料比較適合研究——?”
　　(在空白處填寫比較感興趣的主題)然后，學生列出各種可能需要的材料。
　　教師然后問第二個問題：“——是怎樣變化的?”學生列出研究某種物體／生物體／材料時觀察到的變化。
　　教師提出第三個問題：“你怎樣改變實驗材料去影響這種變化?”學生回顧問題1中列出的材料，列出改變它們的方法。
　　最后教師提出第四個問題：“你怎樣測量或者描述——改變后的反應?”學生回顧問題2列出的變化，列出記錄這些變化的各種可能的方法。
　　通過四個問題的回答，學生已經(jīng)形成一個探究的問題，即簡單的“如果我改變——(問題1列表中的材料)，——(問題2列表中的變化)將怎樣?”從問題3的列表中，他們能夠確定需要改變的材料(自變量)和其他保持不變的材料(控制變量)。問題4的列表，可以幫助他們確定材料改變后的反應(因變量)以及數(shù)據(jù)收集和記錄的最精確的方法。
　　開放式探究的問題往往來自于引導性或結(jié)構(gòu)化探究活動。當教師考慮一個活動是否適合轉(zhuǎn)化為開放式探究活動時，教師可以思考這樣一個問題：這個活動是否能夠擴展到學生感興趣的其他領(lǐng)域?如果答案是肯定的，那將這一活動提升為一個開放式探究問題對學生來說比較合理、簡單。
　　當討論哪種材料最隔熱時，學生可能問道：隔熱材料適宜保冷嗎?如果我們一開始用冰水呢?諸如此類，我們就開啟了開放式探究!學生運用與引導性探究活動相同的實驗過程來探究該問題，但這次研究的卻是他們自己提出的關(guān)于隔熱材料的探究問題。
　　
　　前進一小步，探究更深入
　　
　　從驗證性探究到結(jié)構(gòu)化探究，再到更高級的引導性探究和開放式探究，必須經(jīng)過一個精心設計的自然、緩慢的過程，以使教師和學生能夠從容不迫地過渡。每前進一步，教師都要給學生更多的主動探究的空間。由于大部分學生剛開始都沒有做好主動探究的準備，尤其對那些習慣于被告知該怎么做的學生，所以這也許是一次困難重重的嘗試。學生在開始高層次的探究活動之前，必須在低層次的探究活動中練習相關(guān)的探究技能。為了確定什么時候?qū)W生可以開始更高一層次的探究活動，我設計了一系列的探究技能評測標準。這個評測標準是針對每個學生的，如果條件許可的話，也可以用于評測一個小組或一個班級。
　　正如學生需要更多的練習以提高科學探究的主動性，教師也需要練習逐漸放松對學生的控制。當學生開始自主設計實驗過程時，教師需要練習怎樣自始至終地引導學生，而避免直接告訴學生該做什么。在較高層次的探究活動中，教師不再是按部就班地講解實驗過程，而是要引導學生更深入地思考，所以教師必須對這樣的教學活動進行更充分的研究和設計。正如學生需要在較低水平的探究活動中鍛煉技能一樣，教師在進入更高層次的探究式教學之前，也要在比較低的探究活動中練習相關(guān)教學技能。如果科學探究可以讓學生在廣闊的科學海洋中徜徉，那么希望各位科學教師可以一步一步地引導學生去享受這個過程，而不是一下子跳入海中沉沒。
　　作者：Kimberly Lott，美國猶他州立大學科學教育助理教授
　　譯者：趙云鈴，中國科協(xié)“做中學”科學教育改革實驗項目教學中心(東南大學)
　　
　　參考文獻
　　[1] Anderson K