有效指導科學專題探

　　科學發現離小學生很遠嗎？一些科學課教師嘴上不答，思想卻一直僵化在已有科學發現的條條框框中，科學探究教學也限于讓學生探索和“發現”現成的事實與結論。在這樣的環境下，小學生對待科學課也抱著科學研究太難，“只能玩玩而已”的態度。這就造成了小學科學專題研究成效低、流于形式的問題。究其原因，關鍵在于有些教師低估了學生的發現和創造能力，心中總存在著一個預判：小學生能發現什么？他們又不是科學家。
　　這個判斷是錯誤的。經過多年的實踐，筆者發現，在教師科學、有效的指導下，學生完全能夠由易到難，由簡到繁，按照“發現問題——提出假設——設計方案——實踐驗證——分析論證——撰寫論文”的步驟掌握研究的方法。只要教師鼓勵和引導學生向生活中的難題挑戰，他們一樣能當上科學家，一樣能讓科研成果服務于社會。
　　十多年來，筆者帶領一批又一批的學生堅持不懈地進行科學專題研究，使一項又一項研究成果在社會上得以推廣，產生了良好的社會效應。如，學生們研究出的新型生物滅害方法，社區下崗工人學習后為居民上門服務，贏得了再就業的機會；生態綠化體系研究成果和建議為廣州市亞運綠化工程所采納，取得了良好的效果，引起了極大反響；使用斜紋夜蛾多角體病毒消滅蔬菜害蟲的方法被廣州生物防疫站蔬菜基地采用，使更多的廣州市民吃上了綠色食品。當一項項研究專題（如“關機自動鋒鳴U盤”“利用螞蟻防治白蟻”“生物制劑消滅蟑螂”“芽孢桿菌毒殺蚊子幼蟲”“珠江水質監測魚類選種”“廣州東濠涌生態修復”等）在各級科技比賽中屢獲殊榮時，當學生們在人民大會堂獲獎后得到黨和國家領導人的接見時，當多家媒體對他們的研究進行報道時，學生們真正體會到了做科學家的成功和驕傲，體會到了創造的樂趣，同時心中還多了一份社會責任感。
　　一、發現問題是科學探究的基礎
　　“問題”是學生進行科學專題研究活動的起點，發現問題是專題研究活動的前提。教師不應成為學生科學研究選題的決定者，使學生只能被動地接受，沒有選擇權和發言權，而應讓他們在學習中自己發現問題，自己選擇研究課題，從而激發他們質疑的興趣，喚起他們探索未知的欲望。
　　1.在書本中找問題
　　學生平時的學習生活基本上在學校，若剛接觸專題研究，教師最好先引導學生在書本中發現問題。例如，四年級科學課教材中的“食物”單元，內容多，瑣碎又復雜，如果僅按課程編排進行講授的話，不能達到很好的學習效果。于是，在單元學習伊始，筆者引導學生將本章內容作為一個整體來考慮，并向他們提出：“對于這個單元你想研究什么專題？”學生們認真地將單元內容梳理了一遍，提出了將內容重組成四個部分——怎樣制作一個合理的食譜，日常食物包含哪些營養成分，怎樣延長食物保鮮的時間，生活中的食品常用哪些添加劑等。這些課題都來自課本，很容易被學生提煉和發現。先采用此類選題降低了學生發現問題的難度。
　　再如，在學完“形狀與結構”這一單元后，學生通過大量“紙橋”實驗知道，改變物體的形狀、結構可以改變承受力的大小，從而達到用最少材料獲得最大效益的目標。然而生活中是否真的這樣呢？學生們提出了“廣州市橋梁是否能達到最優功能”的選題。因為廣州位于嶺南水鄉，橋是他們生活中隨處可見的建筑，他們很想知道書本上的拱形、波浪形、工形橋梁的實際應用效果。這種迫切的探究愿望促使他們走遍廣州市的每個角落，調查分析了100多座橋梁。學生們從中體驗到科學技術對社會進步的影響巨大，提高了探究興趣和自信。
　　2.在生活中發現問題
　　在學生從研究課本簡單易行的問題中取得經驗以后，教師可引導學生對一些生活創新性問題展開研究。學校每年開展科技創新論文競賽活動，活動要求研究選題要具有一定的深度。對于這樣的科研選題，到底誰來選？筆者認為，教師不是課題的批發商，學生的創造性和洞察力是課題的真正源泉。教師要培養學生做生活的有心人，讓學生們自主選擇課題，讓來自生活的問題引起他們強烈的研究沖動。只有他們自己感覺有趣的題目，才會使他們產生巨大的研究動力和高漲的積極性，才會激勵他們克服一切困難完成自己的研究。
　　學生小賴的選題是“利用螞蟻防治白蟻實驗”，由于題目是自己選的，他對這個問題非常感興趣，始終滿懷信心和熱情去實踐自己的目標。為了找到各種螞蟻，無論有烈日還是暴雨，他總是利用周六、日的時間到野外尋找螞蟻。一天下來，他總是滿身泥，滿身汗，卻從不叫苦，對研究投入了無比的熱情。
　　篩選、確立課題是小學課題研究活動中的一個難點，學生能否恰當選擇，直接影響學生課題研究活動的成功與否。在確立課題的過程中，教師應按以下幾個方面對學生進行選題策略的輔導。
　　⑴科學性。研究課題必須是科學的。例如，有位學生打算研究“如何消滅牙齒中的蟲子，減少蛀牙”。這個選題本身就缺乏科學性。這樣的研究在立意上就錯了，再怎么做也是白費工夫。
　　⑵實效性。課題必須具有實效性，有應用意義與推廣前景，有可預見的社會效益、經濟效益或效果。學生的選題可以從國家、社會關注焦點、當前科學研究的熱點或日常生活中的奇特現象入手。有一次，學校組織學生到“萬畝果園”秋游，學生在那兒自由采摘和品嘗水果。可當一個個看似新鮮美味，表面上幾乎沒有什么蟲咬痕跡的番石榴被掰開時，他們發現里面竟有幾十條蠕動的米黃色蟲蛆！嚇得哇哇亂叫。學生請教了果農，才知道這些是桔小實蠅的幼蟲，專門鉆到水果里面導致水果失收。這也是近幾年最令廣州果農頭疼的一種害蟲，造成廣州水果出現了大面積減產。桔小實蠅為何會對果樹造成這么大的危害呢？人們現在是如何進行防治的呢？學生們選擇了這些最有實效性的問題，開始了自己的科學研究行動。
　　⑶可行性。當研究的課題被學生們認為具有科學性、創新性、實用性的時候，教師還要再仔細想想這個選題是否具有可行性，學生是否能夠在自身學識、精力、時間、經濟和學校的條件下及周圍環境中完成。如愛好天文的學生，得知人們在宇宙中發現碳元素異常豐富的行星時，于是準備研究“宇宙中是否真的存在鉆石行星”這一課題。雖然此課題的研究有很大的社會意義，但學生目前的知識、能力還不夠，背景資料難以讀懂，不能進行相關調查實驗，肯定屬于學生無法實施的科學研究內容。這樣的課題，即使開始研究，以后肯定會因困難重重而夭折。
　　從生活中真實的問題出發，學生能深深地感受到解決問題的迫切性。如果他們能通過自己的努力解決疑問，那么，研究成功帶給他們的快樂是無法比擬的。如果他們的研究成果能被人們稱贊，能解決實際的問題，能服務于社會，那么，還會讓學生進一步感受到研究存在的價值，進一步增加社會責任感。
　　二、提出假設是科學探究的重要環節
　　提出假設是科學專題研究在發現問題和實驗驗證之間的一個重要環節，起著承上啟下的作用。提出假設就是讓學生在研究之前，先猜想可能出現的結果或猜想導致結果產生的原因，并作出自己的判斷。其目的在于引導學生在動手之前先動腦，增強研究活動的計劃性，對觀察和實驗具有先導作用，使活動有明確的指向和目的。
　　猜想不是胡猜亂想，教師要引導學生利用已有的生活經驗，結合新的研究課題進行分析，提出合理的猜想和假設。當學生提出自己的設想時，教師可以多問幾個為什么：“你是怎么想的？”“你為什么這樣設想？”這會讓學生在闡述自己想法的同時梳理思路、完善假設，也讓教師能夠了解學生真實的想法，為后面的指導提供線索。在思考假設的階段，教師要先與學生們一起分析，假設是否科學、合理，使學生在相互交流中受到啟發，將后面的探究活動引向一個明確的方向。
　　
　　例如，學生在開展“椰心葉甲生物防治”的科學專題研究時發現，給一些高大的大王椰子樹噴灑化學農藥時，很難將農藥準確地噴灑到心葉上。同時大量藥液隨風飄灑，污染環境，令周圍居民意見較大。學生回憶起自己到醫院看病時打針和輸液的情景，于是提出“把農藥直接注射到樹干里去，讓藥液經過樹木的輸導到達葉心消滅椰心葉甲”的假設。筆者帶著學生查閱了資料，發現有對古樹進行吊瓶注射營養液促進生長的實例，于是可以推測，通過輸導組織運輸藥液是一種可行的方法。有了科學滅害的依據，學生重新進行實驗嘗試。
　　再如，學生在開展“消滅白蟻之我見”的研究中發現，人們大量使用三氧化二砷（砒霜）這種劇毒藥粉消滅白蟻。學生回想起農村的阿姨說過，她家原來有很多白蟻，但自從搬來了一窩螞蟻之后，就再也見不到白蟻了。于是，這個學生提出了“螞蟻可以消滅白蟻”的假設。為此，他捕捉了大量的黃絲蟻、大黑螞蟻、擬黑多刺蟻來進行實驗，發現用擬黑多刺蟻滅白蟻的效果真的極好！
　　在指導學生開展專題研究的教學中，教師就是要這樣讓學生利用已有的經驗、知識，通過仔細觀察，再經過思考和推理而形成一種假設結論，這種假設有利于科學研究的持續展開，也有利于促進學生的思維活動從具體經驗向抽象思維跨越，從而讓學生養成大膽想象，尊重證據，通過實驗發現規律的科學態度。
　　三、設計方案是科學探究實施的前提
　　受年齡、心理等因素的影響，面對課外專題研究活動，小學生的興趣持久性不強，克服困難的意志薄弱。受知識、技能水平的限制，他們在研究過程中很可能遇到問題就沒法深入研究下去，半途而廢。所以，每次探究活動教師都要做好學生探究的引領者，指導學生從一開始就制訂具體、可行的計劃，為學生在觀察、研究中規劃好行動路線圖。
　　一開始，學生自己設計的實驗方案往往漏洞百出，相關因素、無關因素混雜，無法有效地控制無關因素，教師可以通過多組交流研討的方式，讓學生論證實驗方案的可行性，在教師引導下逐步剔除方案中的無關因素，明確相關因素，最終形成一個較為完善、可操作的詳細方案。（如表1）
　　學生們經過幾次研究過程，就能漸漸掌握專題研究的套路，學會從一開始就先制訂可行的計劃，并對探究中的某些情況有所預測。然而，當學生要進行較復雜的科學專題探究時，由于范圍大、影響因素多，活動方案除了要包括研究器材的準備、成員的分工以外，教師還要重點引導學生設計詳細的課題研究方法、活動程序。
　　四、實踐驗證是科學探究成功的保證
　　實施設計方案，驗證自己的假設，這是科學研究活動中重要的一環。在這個環節中，教師要關注學生研究的進程，既鼓勵學生按照計劃認真、自主地實施，又應積極關注細節，做到心中有數，適時參與其中，作及時點撥和必要指導，以便適時調控研究的過程。
　　在研究過程中，教師要教會學生認真、細致地記錄研究過程。記錄要長話短說，抓住“關鍵字”和“核心內容”，把意思表達得清楚、準確。記錄既可以采用文字，也可以采用直觀形象的簡筆畫、個性符號、縮略語、關鍵詞等多種形式，甚至貼上剪下來的圖片、標本，讓學生采用符合自身能力水平的記錄方式，達到學生樂于記錄、記錄能發揮實效的效果。在探究過程出現一些意外時，教師還要引導學生及時、巧妙地捕捉新情況，適當地修改活動方案，調整研究進程，使實驗具有靈活性和針對性。
　　例如，有一組學生痛恨家中猖獗的蟑螂，他們興致勃勃地用菊酯殺蟲劑、硼酸、中藥瓜蔞皮和蟑螂病毒進行滅害實驗，但意想不到的難題出現了：蟑螂討厭硼酸和蟑螂病毒的氣味，即使飼養盒中的食物摻有一點藥物，蟑螂們也堅決不吃！實驗陷入了困境，無法進行下去。這時，筆者鼓勵學生們不要被困難嚇倒，想盡辦法改善食物的氣味和味道。他們嘗試了在食物中加油、糖、香精、牛奶、橙汁、大蒜、洋蔥等。最后，他們驚喜地發現：蟑螂居然最喜歡洋蔥的味道!當混有硼酸或蟑螂病毒的食物增添了洋蔥后，能吸引大量的蟑螂前來取食，取食后的蟑螂因脫水或病毒傳播導致急速死亡，有效地減少了家庭蟑螂密度。學生們通過這個“意外”，發現了蟑螂最喜愛的食物味道，為今后滅蟑藥餌的選擇、研制打下了良好的實驗基礎。
　　在學生自主探究中，教師雖然不再是主導者，但仍應以參與者的身份輪流參與到各個小組的研究活動中去。尤其對于一些動手能力弱、恒心毅力較差的學生，教師更要多一些關注，與他們一起進行觀察、實驗，共同探討。
　　五、分析論證是科學探究成功的關鍵
　　觀察、實驗會產生豐富的現象及數據，這是科學研究的價值所在。如果在實驗分析階段一味堆砌材料和羅列過程，學生面對繁雜的數據就容易感到迷惑了。對此，教師可指導學生采用插圖、表格或圖表等形式將混亂的數據進行整理和分析。通過數理統計和誤差分析來證明推測的準確性，把實驗結果與假設作比較，說明結果的適用對象和范圍，分析不符合預見的現象和數據，為提出新建議提供合理的依據。
　　例如，全校學生在進行“廣州市載人交通工具空氣質量對人體健康的分析”的專題研究中，對各種交通工具內的空氣質量進行檢測，共檢測了8類99臺車輛中甲醛、苯、一氧化碳、二氧化氮、二氧化碳、微生物、可吸入顆粒、負離子的含量以及濕度、溫度等項目，得到了的990個數據。學生光記錄這些檢測數據就用了一個大筆記本。怎樣在這么多的數據中發現規律？筆者和學生們先把數據整合成一張表格。完成后發現，這個表格有7頁之多！非常不方便分析結果。
　　筆者又指導學生對數據進行再分類，通過柱形圖、折線圖、餅狀圖和單項對比表格等方法將數據分類處理，刪除了一些重復數據，壓縮了一些對結果影響不大的數據，突出了重要數據內容。這樣，數據就一目了然了，數據分析結果（如下）也輕松得出了。
　　
　　非空調公交車開窗時空氣質量較好。在人數超過30人時，空調公交車主要存在著微生物、二氧化碳含量超標，特別是不開空調時情況更加嚴重；出租車和私家車中甲醛、苯超標較嚴重；旅游車、單位交通車各項指標均有超標；摩托車、自行車的空氣質量與周圍環境空氣質量情況有關；地鐵內各項空氣指標均不超標，空氣質量最好。
　　實踐證明：這種以事實為依據，以直觀表格為形式的數據整理方法在學生科學研究專題活動中的充分應用，能化繁為簡，大大提高學生對實驗結果和假設的比較、判斷效率。
　　六、論文是科學研究成果最好的展示
　　學生完成了課題研究后，就要整理和分析實驗、調查的結果，并撰寫科學論文。教師指導學生撰寫科學論文也不能一概而論，要根據不同的選題及范圍有區別地要求：當學生開展的是簡單的、課本中的選題研究時，學生只需實事求是地闡述好自己選題的目的、開展的方法、得出的結論即可。
　　如果學生開展的是針對社會實際問題的科學研究，其科技論文要求就比較高，更加需要教師的有效指導。此類科技論文要求由七部分組成：（1）課題名稱和研究人員；（2）研究目的；（3）研究方法，包括實驗對象、所用材料、研究具體過程；（4）結果與分析，用數據表、曲線圖、照片等形式展示實驗成果，并對數據進行具體分析；（5）討論與建議；（6）收獲或體會；（7）參考文獻。
　　當然，小學生的科學論文，雖然要有科學論文的嚴謹性，要在分析材料、整理實驗或觀察結果的基礎上提出能反映客觀規律的見解，但也允許他們在論文中有生動的描述。例如，學生在《利用白蟻消滅螞蟻》這篇科學論文中，詳細地描述了螞蟻與白蟻從一見面打斗到激戰的全過程。生動的描述展示了學生認真、細致的觀察過程，也令人感受到學生們對科學研究的無比投入。
　　
　　螞蟻和白蟻一見面，就會有激烈的戰斗發生。螞蟻和白蟻的戰爭主要有兩種情況：（1）見到白蟻，螞蟻主動進攻。螞蟻用它巨大的大顎對準白蟻最軟弱的腹部狠狠咬過去；（2）白蟻先挑起戰爭。白蟻似乎知道螞蟻是它的敵人，于是先下手為強，一口咬住螞蟻后足，寧死不松口。有時螞蟻