基于問題解決建構(gòu)科學(xué)知識的探索

摘要：科學(xué)的核心本質(zhì)是探究，科學(xué)教學(xué)中應(yīng)突出探究的學(xué)習方式。為此，我們提出“基于問題的解決建構(gòu)科學(xué)知識”的教學(xué)模式，其主要過程包括：⑴創(chuàng)設(shè)情境、提出問題；⑵大膽猜想、作出假設(shè)；⑶觀察實驗、收集證據(jù)；⑷解決問題、尋找規(guī)律。

關(guān)鍵詞：問題解決；建構(gòu)；知識；策略

建構(gòu)主義學(xué)習理論的核心思路就是倡導(dǎo)基于問題解決的學(xué)習，以問題為中心組織和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習。科學(xué)的核心本質(zhì)是探究，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)離不開探究學(xué)習。通過問題解決來建構(gòu)知識是所有探究性學(xué)習活動的重要特征。為此，我們提出“基于問題的解決來建構(gòu)科學(xué)知識”的科學(xué)教學(xué)模式。

一、 創(chuàng)設(shè)情境、提出問題

1. 引導(dǎo)學(xué)生觀察提出問題

(1) 重現(xiàn)生活現(xiàn)象，提出問題。從日常生活和學(xué)生的身邊的現(xiàn)象引入，使學(xué)生感到科學(xué)就在身邊，激發(fā)學(xué)生學(xué)習科學(xué)的興趣。在教學(xué)《熔化與凝固》時，我演示了一支點燃的蠟燭去加熱另一支蠟燭，請一位學(xué)生用玻璃片幫助我在下面接住滴下來的“燭淚”（被加熱的蠟燭由固態(tài)變?yōu)椤盃T淚”滴在玻璃上，不久“燭淚”又變?yōu)楣虘B(tài)），鼓勵學(xué)生將觀察到的現(xiàn)象進行交流，從而引出課題——熔化與凝固。緊接著引導(dǎo)其提出問題：“不同物質(zhì)熔化和凝固的規(guī)律一樣嗎？”引入本節(jié)課探究的重點。

(2) 借助視頻（或掛圖），提出問題。通過介紹高新技術(shù)在社會中的運用來體現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、社會（STS）的相互滲透，這是深化科學(xué)教育的一個重要途徑。如在學(xué)習《科學(xué)在我們身邊》時，為了引入課題。我首先用視頻介紹上海世界上第一條投入商業(yè)試運行的磁懸浮列車，然后激勵學(xué)生提出問題，如“磁懸浮列車為何這樣快？”。

(3) 觀察自然現(xiàn)象，提出問題。科學(xué)是研究自然現(xiàn)象及其規(guī)律的一門學(xué)科。自然現(xiàn)象是科學(xué)研究和教學(xué)取之不盡的源泉。因此，在科學(xué)的教學(xué)中應(yīng)盡可能多地鼓勵學(xué)生觀察和聯(lián)系自然現(xiàn)象。在學(xué)習《物態(tài)變化》時，可以讓學(xué)生觀察自然現(xiàn)象提出問題。如“擦在手臂上的酒精為什么不久就不見了？”“為何秋天的早上有露水？而寒冷的冬天的早上卻是霜？它們是怎么形成的？”接著投影我國的一道獨特的景觀——吉林霧凇，滲透美感教育的同時引導(dǎo)學(xué)生提出問題“霧凇是怎樣形成的？” 等。

2. 通過實驗導(dǎo)出問題

(1) 利用趣味實驗，提出問題。興趣是求知的向?qū)В腥さ膶嶒灛F(xiàn)象能吸引學(xué)生的無意注意。例如，學(xué)習《實驗與觀察》時，我請一位學(xué)生將講臺上的雞蛋小心投入講臺桌上盛有白醋的大燒杯中，并讓全班學(xué)生觀察現(xiàn)象。提出了“雞蛋為什么會在燒杯底部不停晃動？”、“雞蛋表面為什么會有大量的氣泡？”、“雞蛋表面的氣泡和上升的氣泡都是什么氣體？”、“為什么雞蛋會不斷上升和下沉？”等，然后引出課題——觀察和實驗。這樣極大地激發(fā)了學(xué)生的求知欲，活躍了課堂的氣氛，對課堂的教學(xué)起到了事半功倍的效果。

(2) 根據(jù)實驗異常現(xiàn)象提出問題。激發(fā)學(xué)生的好奇心，關(guān)鍵在于使新信息的刺激出乎學(xué)生已有的“認知結(jié)構(gòu)”。在學(xué)習《物質(zhì)的構(gòu)成》時，我請學(xué)生按以下步驟實驗：往玻璃管內(nèi)注入清水（近半），再沿管壁緩緩注入酒精（與水的總體積約占玻璃管的4/5），標出酒精上表面的位置。用手指封住管口，將玻璃管反復(fù)顛倒幾次，使酒精和水充分混合。學(xué)生通過實驗后發(fā)現(xiàn)總體積變少了，他們迫不及待地提出“為什么酒精和水充分混合總體積會變少呢？”這樣的問題，從而非常自然地引入有關(guān) “分子之間有間隔”的知識。

二、 大膽猜想、作出假設(shè)

科學(xué)的許多重大發(fā)現(xiàn)是與科學(xué)的假設(shè)和猜想分不開的。從經(jīng)典力學(xué)到廣義相對論，從廣義相對論到量子力學(xué)，從大爆炸到黑洞，無不閃爍著科學(xué)家智慧的光芒。教師應(yīng)教給學(xué)生像科學(xué)家那樣的探究科學(xué)的方法。因此，科學(xué)的猜想和假設(shè)不應(yīng)從科學(xué)課的教學(xué)中被遺忘。

就算有時學(xué)生猜得很“離譜”也沒什么關(guān)系，沒有失敗哪來的成功？最關(guān)鍵的是讓學(xué)生在學(xué)習過程中培養(yǎng)其探究的意識和方法。能否提出一個有意義的科學(xué)問題并進行相應(yīng)的猜想和假設(shè)是表現(xiàn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一個重要方面，應(yīng)該在科學(xué)的教學(xué)中對學(xué)生不斷地加以訓(xùn)練。

三、 觀察實驗、收集證據(jù)

收集證據(jù)的主要途徑有觀察和實驗。只有通過觀察，學(xué)生才能感知自然事物，并在頭腦中形成各種自然事物的表象，再經(jīng)過抽象概括，才能形成概念；只有通過實驗，學(xué)生才能探究出自然事物間固有的規(guī)律，從而獲取科學(xué)知識。

1. 通過觀察收集證據(jù)

觀察是學(xué)生學(xué)習科學(xué)的極其重要的方法，是進行科學(xué)研究最重要的環(huán)節(jié)。觀察力，本身就是最基本的科學(xué)素養(yǎng)之一。初中生（尤其是初一學(xué)生）對觀察對象的感知仍然是粗略、無序的。指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會有序地觀察，才能提高觀察的層次性和深刻性，明確觀察的目的性。其主要包括：

(1) 由整體到部分的觀察。由于生物體具有明顯的結(jié)構(gòu)層次，因此，觀察也應(yīng)有層次性，這樣才能使認識與客觀事物和規(guī)律保持相一致。

(2) 由外到內(nèi)的觀察。這類觀察，是了解事物內(nèi)部構(gòu)造的觀察方法，有必要采用“逐層深入”的方法進行。如為了探究“果實是由哪些部分組成的？”，我組織學(xué)生對我們經(jīng)常食用的水果——李子、桃子的果實進行解剖——縱切或橫切，由外部深入到果實內(nèi)部，然后請學(xué)生上臺進行展示，最后通過交流、討論，找到這兩種水果果實結(jié)構(gòu)的共同特征——由果皮和種子兩部分構(gòu)成。

(3) 有目的性地觀察。如為了探究“蚯蚓的生活環(huán)境和生活習性”，我組織了學(xué)生對蚯蚓進行有目的性的觀察。我首先讓學(xué)生（各小組）在課外尋找蚯蚓并確定需要了解的側(cè)面（問題），然后在課堂上同學(xué)們依據(jù)“蚯蚓有前端和后端嗎？” “蚯蚓靠什么運動？” “對光線有反應(yīng)嗎？” “蚯蚓需要什么環(huán)境？”等問題進行仔細地觀察。

2. 通過實驗收集證據(jù)

實驗?zāi)芰陀^察能力密不可分，它是又一項最基本的，需要著重培養(yǎng)的科學(xué)素養(yǎng)之一。科學(xué)實驗也是學(xué)生學(xué)習科學(xué)的重要方法，主要有類比實驗和對比實驗。

(1) 類比實驗：如針對問題“磁懸浮列車為什么這樣快？”我首先肯定了大部分學(xué)生的各種猜想，然后我告訴了他們“影響磁懸浮列車快速的原因”，接著引導(dǎo)學(xué)生作簡單的類比實驗。

通過實驗，不僅解決了磁懸浮列車快速的部分原因，同時激發(fā)了學(xué)生的興趣，自然地導(dǎo)出了課題——《科學(xué)在我們身邊》。

(2) 對比實驗：對比實驗根據(jù)事物現(xiàn)象本質(zhì)不同，通過比較，忽略非本質(zhì)特征，突出本質(zhì)區(qū)別，從而揭示出不同事物、現(xiàn)象的不同特征。如針對“不同物質(zhì)熔化的規(guī)律一樣嗎？”這樣的問題，學(xué)生作出猜想之后，讓學(xué)生分組同時完成石蠟和硫代硫酸鈉的對比熔化實驗。

通過學(xué)生的分工合作（實驗、觀察、匯報、記錄），邊實驗邊完成表格（涉及兩種物質(zhì)熔化過程中的時間、溫度、狀態(tài)），再指導(dǎo)學(xué)生將表格的數(shù)據(jù)信息畫統(tǒng)計圖進行匯報、交流，最后根據(jù)表格的數(shù)據(jù)和圖像的信息去尋找問題的答案。這一過程，使學(xué)生體會了科學(xué)探究的過程與方法，同時培養(yǎng)了學(xué)生實驗探究能力，以及獲取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)的能力。

四、 解決問題、尋找規(guī)律

通過觀察和實驗，學(xué)生獲得了豐富的感性認識，通過分析討論，一般能較為自然地解決問題。有時問題解決的本身就實現(xiàn)了新知識的建構(gòu)。如為了探究“液體內(nèi)部壓強有何規(guī)律？”這個問題，通過實驗和表格分析，大部分學(xué)生能得出“同種液體、同一深度，壓強相同；不種液體、同一深度，壓強不同（ρ大則P大）”的結(jié)論。這個問題被解決的本身學(xué)生就實現(xiàn)了新知識的建構(gòu)（找到了液體內(nèi)部壓強的規(guī)律）。再如讓學(xué)生探究“為什么酒精和水充分混合總體積會變少？”，“擦在手臂上的酒精為何不久就不見了？”，“液體內(nèi)部有壓強嗎？”等問題，其答案本身就是新知識的獲得。

有時簡單地解決或回答問題還是不夠的，而應(yīng)該進一步挖掘問題背后的某種關(guān)系及其規(guī)律，才能完成新知識的建構(gòu)。如“不同物質(zhì)熔化和凝固的規(guī)律一樣嗎？”，直接回答“是”或“不是”都不能完成對新知識的建構(gòu)，而應(yīng)該挖掘這個問題背后的規(guī)律（從熔化時溫度是否改變，歸納出兩類物質(zhì)）。這一過程突出了知識的形成過程，注重能力的訓(xùn)練和思維的培養(yǎng)，最后使學(xué)生達到自主建構(gòu)新知識的目的。

在問題解決活動中，學(xué)生新舊經(jīng)驗間雙向的相互作用得以更充分、更有序地進行，這使得科學(xué)的學(xué)習活動真正切入到學(xué)生的經(jīng)驗世界當中，充分地體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習的主體地位。

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（蒼南縣溫州新星學(xué)校）