開放課堂教學提高學生科學探究能力

周敏 毛國永

[摘 要]科學課堂教學中培養學生的探究能力，要充分激發學生的探究興趣、引導學生自主探究、使學生親身經歷科學探究的過程，同時應注重學生探究思維的訓練和探究習慣的培養。本文結合《阿基米德原理》一課教學實例，著重從開放教學情境、開放教學方法、開放教學過程、開放教學形式和開放教學內容等五個方面進行了闡述。

[關鍵詞]開放教學 科學探究能力 阿基米德原理

[中圖分類號] G633.98 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2016）170000

新課程倡導探究性學習，強調通過科學探究活動，培養學生的科學探究能力，增進學生對科學探究的理解。那么，科學課堂教學中如何激發學生的探究興趣、引導學生自主探究并提高學生的探究能力呢？本文以華師大版初中科學八年級上冊《阿基米德原理》一課為例，談談科學課堂教學中提高學生探究能力的一些嘗試和做法。

一、開放教學情境，激發學生探究興趣

興趣是學習科學的原動力，學生只有在興趣的激勵下，才會對身邊的事物或現象進行仔細地觀察、積極地思考、主動地探究。實踐中，我們往往根據教學內容和學生特點，通過各種手段，創設新奇有趣、生動活潑的教學情境，來激發學生的探究興趣。因篇幅有限，下面僅舉一例加以說明：

例如在《阿基米德原理》一課教學中，我們是這樣引入新課的：

師：（演示：把一塊牙膏皮浸入水中，牙膏皮沉到了水底）把一塊牙膏皮浸入水中，牙膏皮一定會下沉嗎？

生（異口同聲地）：一定會下沉。

師：（演示：把同一塊牙膏皮做成船形，輕輕地放下去，牙膏皮居然漂浮在水面上。）

生：（目瞪口呆。）

師：為什么同一塊牙膏皮浸入水中，只是形狀發生了改變，第一次是下沉的，第二次卻能漂浮在水面上？

……

在此基礎上，教師引導學生提出本節課要研究的問題：浮力的大小跟什么因素有關？

這里我們正是通過設置認知沖突，呈現了一個與學生原有的生活經驗完全相悖的問題情境，使學生在前后矛盾和劇烈沖突中產生濃厚的興趣和強烈的探究欲望，從而積極主動地投入到探究活動中來。

二、開放教學方法，引導學生自主探究

開放的教學方法，應能“因地制宜”、“因生設計”，它既是科學的、也是靈活的，能充分體現教師的主導性和學生的主體性，使教學過程真正成為學生的自主學習、自主探究的過程。實踐中，我們往往根據教學內容和學生特點，設計并引導學生充分參與科學探究活動，使學生親身經歷科學發現的過程，以增進對科學知識的理解，提高科學探究能力。

例如《阿基米德原理》一課，教材安排了“探究浮力的大小”的活動，試圖使學生在探究浮力大小與排開水重的關系的基礎上，了解阿基米德原理。但是教材在編排時，僅僅呈現了“實驗目的”、“器材”和“步驟”，接著馬上出示了阿基米德原理的內容，我們認為如果完全按照教材的編排來進行教學，“照方抓藥”、“聽指令做操”，不利于學生探索精神和探究能力的培養。實踐中，我們根據教學內容和學生的特點，設計了如下探究活動：

這里我們根據學生的實際情況，對教材中的活動加以優化改進，并引導學生全程參與探究活動，使學生親身經歷阿基米德原理發現的全過程，從而促進學生深入理解科學知識，提高科學探究能力。

三、開放教學過程，提高學生探究能力

任何一種科學知識，都是人類幾千年文明的結晶，它的發現，都經歷了一個日積月累、循序漸進的漫長的過程。實踐中，我們努力發掘其中蘊含的智力因素，并創設條件引導學生思考、探索，讓學生親身經歷科學發現的過程，從而提高學生的科學探究能力。

例如，在“探究浮力的大小”的活動中，我們認為“建立猜想與假設”是比較關鍵的一個環節，因為它是科學發現的核心部分，也是發揮學生想象、培養學生思維的重要環節。那么，如何引導學生發現物體所受浮力大小與排開水的重力之間的關系？實際教學中我們是這么處理的：

活動1（學生實驗）：將一只蓋有瓶塞的空塑料瓶緩緩按入盛有水的水槽中，體會手的感覺有什么變化？這說明什么？同時，觀察水槽中水面有什么變化？又說明什么？你能否將這兩者聯系起來，提出一個合理的猜想？

活動2（演示實驗）：在彈簧秤下掛一鋁塊，慢慢地把它浸入盛有水的長塑料杯中，并在水中下沉一段距離，觀察彈簧秤示數有什么變化？還有什么量也在跟著改變？浮力的變化與什么量的變化具有對應性、同時性？

通過反復實驗、觀察，發現浮力的變化與①水面上升；②物體浸入部分體積的變化；③物體排開水的多少的變化具有對應性、同時性。

師：（引導學生回憶用量筒測量小石塊體積的實驗）水面的上升，物體浸入部分體積的變化和物體排開水的多少的變化在本質上有什么關系？

生：上述三者實質上是同一回事情，即浮力的大小可能與排開水的多少存在著某種關系。

師：什么量可以表示物體的多少？

生：體積、質量、重力等均可表示物體的多少。

師：浮力是力，那么上述哪一個表示物體多少的量，能更好地與浮力建立關系呢？

生：浮力與排開的水受到的重力可能存在某種關系。

師：你能用更確切的語言來描述這兩者之間的關系嗎？

生：浮力的大小可能等于物體排開水受到的重力。

上述教學中，我們在增加實踐體驗的基礎上，引導學生通過分析、比較、聯想等方法，逐步把物體所受浮力大小與排開水的重力大小聯系起來，從而發現、提出問題，并建立科學的猜想與假設。這樣的教學，無疑能有效地培養學生的科學探究能力。

四、開放教學形式，訓練學生探究思維

科學探究活動的開展應當符合初中學生的心理特點。開放的、多樣化的活動形式更能激發學生的學習興趣，訓練學生的探究思維。實際教學中，討論爭辯、合作學習，動手操作、實驗觀察，甚至角色扮演、決策模擬，都是行之有效的教學形式。

例如，科學實驗設計是科學探究中最激發學生創造力的一個部分。浮力與排水關系的研究的實驗設計就是一個難度頗大、非常具有挑戰性的問題，它需要學生非凡的想象和創造性的思維能力。那么，如何使學生能跳起來摘得到桃子？如何既不挫傷學生的積極性又能激發他們的創造能力？實踐中我們是這么處理的：

師：要驗證上述假設，就得比較浮力大小與物體排開的水受到的重力的關系。浮力大小可以用彈簧秤直接來測量，而要測量物體排開的水受到的重力，首先必須把被物體排開的那一部分水取出來，那么，怎樣取出這部分水呢？

教師鼓勵學生分組討論，同時提供器材，引導學生通過實驗、觀察，設計出各種不同的操作方案：

方案一：如下左圖，把一個盛滿水的燒杯放在一個更大的空容器中，把一鋁塊慢慢地浸入水中直至完全浸沒，取出溢出到大容器中的水即可。

方案二：如下右圖，把一個盛有水的燒杯傾斜到水剛好不溢出，下面放置一個空的小燒杯，把一鋁塊慢慢地浸入水中直至完全浸沒，取出溢出到小燒杯中的水即可。

方案三：如下圖所示：

值得指出的是，在方案三的教學過程中，教師引導學生反復實驗、觀察水面變化，師生之間、生生之間多次合作討論、歸納，最后才設計出實驗方案。

在上述基礎上，教師組織全班同學進行交流、評價，并確定最佳方案。

師：要驗證假設，還需要測出這部分水的重力并與浮力相比較。那么，有哪些方法可以測出這部分水的重力呢？

生1：直接用彈簧秤測。

生2：用天平稱出這部分水的質量，再根據G=mg計算出它的重力。

生3：可以把上面的溢水杯換成量筒，把鋁塊浸沒在量筒里，根據量筒中水面上升的高度讀出物體排開的水的體積，再根據G=mg=ρgV推算出物體排開的水的重力。

……

教師要求學生分別選擇一種方案進行分組實驗，觀察記錄、討論分析。

師生共同歸納：浸在水里的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的水受到的重力，即F浮=G排水。

上述教學中，我們通過精心設置問題、引導學生動手實驗、鼓勵學生分組討論、組織全班交流評價，使學生充分參與了科學實驗設計的全過程，不僅培養了學生的科學探究能力和創造精神，還使學生深刻體驗到科學的發展是一個不斷修正錯誤、不斷完善的過程。。

五、開放教學內容，培養學生探究習慣

科學探究能力的提高并不是一蹴而就的，它需要落實在平時的每一個探究活動中，需要培養學生具有良好的探究習慣。實踐中，我們往往根據教學實際，不斷設置相應的教學內容，逐步引導學生進行深入、廣泛的探索，來培養學生的探究意識和探究習慣。

例如，在得到F浮=G排水之后，很多教師往往以為大功告成，對后面的內容草草了之，不再繼續深究，這就不利于學生探索精神和思維品質的培養，也不利于他們對科學本質的理解。實踐中我們做了這樣的改進：

師：實驗的結論是否具有廣泛性呢？有哪些變量可能會影響實驗的結論？如何驗證？

生1：浸入的液體不同，可能會得出不同的結論。可以換不同的液體重做實驗，如把水換成酒精等，看能否得出類似的結論。

生2：浸入的類型不同，可能會得出不同的結論。可以改物體為部分浸入重做實驗，看能否得出類似的結論。

生3：被浸的物體不同，可能會得出不同的結論。可以換不同材料或形狀的物體重做實驗，看能否得出類似的結論。

……

教師引導學生分組實驗，以驗證上述結論的廣泛性、普適性。

師生共同歸納得出阿基米德原理，并聯想可能可推廣到氣體，激勵學生課外探究。

上述教學中，我們通過引導學生從不同角度來思考、驗證實驗結論，鼓勵學生課外繼續探究，不僅促進了學生對科學知識的理解，更可以培養學生經常反思、深入探究的習慣。

又如，在學習了浮力的知識后，教師還可以根據學生的特點，開展一些學生感興趣和力所能及的活動，充分激發學生的學習興趣，培養學生學以致用的能力和相互合作的精神，還能使學生養成凡事愛探究的好習慣。比如：

1.開展制作潛艇模型活動。要求學生通過小組合作收集信息、設計模型、收集材料，進行組裝、調試、改進，最后再在班上展示，選出好的模型參加評獎；

2.學生自己制作簡易的密度計，并用自己制作的密度計測量某些液體的密度，比一比誰的密度計制作得好，好在那里；

3.讓學生用同樣大小的牛皮紙折小船，比誰的小船載重量大；

……

當然，開放的教學首先需要教師具有開放的教學觀念，這就意味著教師要不斷反思、超越原有的教學觀念，逐步樹立嶄新的、符合新課程理念的教學觀、價值觀、學生觀。只有這樣，才能把提高科學探究活動的有效性落到實處，也才能切實提高每一個學生的科學探究能力。

[ 參 考 文 獻 ]

1.《開放科學課堂教學培養學生探究能力》毛國永《物理教學探討》2009年3月刊

2.《關注學生差異提高學生科學探究能力》毛國永、葉鎮源《中學教學參考》2015年1月刊

3.《情景·聯想·探究·體驗——浮力教學札記》毛國永、謝學芳《物理教師》2006年12月刊

（責任編輯 黃春香）

周敏 毛國永

[摘 要] 科學課堂教學中要培養學生的探究能力，需充分激發學生的探究興趣、引導學生自主探究、使學生親身經歷科學探究的過程，同時應注重學生探究思維的訓練和探究習慣的培養。文章結合《阿基米德原理》一課的教學實例，著重從開放教學情境、開放教學方法、開放教學過程、開放教學形式和開放教學內容等五個方面進行分析探討。

[關鍵詞] 開放教學 科學探究能力 阿基米德原理

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674 6058（2016）17 0059

新課程倡導探究性學習，強調通過科學探究活動，培養學生的科學探究能力，增進學生對科學探究的理解。那么，科學課堂教學中如何激發學生的探究興趣、引導學生自主探究并提高學生的探究能力呢？本文以華師大版初中科學八年級上冊《阿基米德原理》一課為例，談談科學課堂教學中提高學生探究能力的一些嘗試和做法。

一、開放教學情境，激發學生探究興趣

興趣是學習科學的原動力，學生只有在興趣的激勵下，才會對身邊的事物或現象進行仔細觀察、積極思考、主動探究。實踐中，我們往往根據教學內容和學生特點，通過各種手段，創設新奇有趣、生動活潑的教學情境，激發學生的探究興趣。因篇幅有限，下面僅舉一例加以說明。

例如，在《阿基米德原理》一課教學中，我們是這樣引入新課的。

師：（演示：把一塊牙膏皮浸入水中，牙膏皮沉到了水底）把一塊牙膏皮浸入水中，牙膏皮一定會下沉嗎？

生（異口同聲地）：一定會下沉。

師演示：把同一塊牙膏皮做成船形，輕輕地放下去，牙膏皮居然漂浮在水面上。

生目瞪口呆。

師：為什么同一塊牙膏皮浸入水中，只是形狀發生了改變，第一次是下沉的，第二次卻漂浮在水面上？

……

在此基礎上，教師引導學生提出本節課要研究的問題：浮力的大小跟什么因素有關？

這里，我們正是通過設置認知沖突，呈現了一個與學生原有的生活經驗完全相悖的問題情境，使學生在前后矛盾和劇烈沖突中產生濃厚的興趣和強烈的探究欲望，從而積極主動地投入探究活動中。

二、開放教學方法，引導學生自主探究

開放的教學方法，應能“因材施教”、“因生設計”，它既是科學的、也是靈活的，能充分體現教師的主導性和學生的主體性，使教學過程真正成為學生的自主學習、自主探究的過程。實踐中，可根據教學內容和學生特點，設計并引導學生充分參與科學探究活動，使學生親身經歷科學發現的過程，以增進對科學知識的理解，提高科學探究能力。

例如，《阿基米德原理》一課，教材安排了“探究浮力的大小”的活動，試圖使學生在探究浮力大小與排開水重的關系的基礎上，了解阿基米德原理。但是教材在編排時，僅僅呈現了“實驗目的”、“器材”和“步驟”，接著馬上出示了阿基米德原理的內容，我們認為如果完全按照教材的編排進行教學，不利于學生探索精神和探究能力的培養。實踐中，我們根據教學內容和學生的特點，設計了如下探究活動：

這里我們根據學生的實際情況，對教材中的活動加以優化改進，并引導學生全程參與探究活動，使學生親身經歷阿基米德原理發現的全過程，促進學生深入理解科學知識，提高科學探究能力。

三、開放教學過程，提高學生探究能力

任何一種科學知識，都是人類幾千年文明的結晶，它的發現，都經歷了一個日積月累、循序漸進的漫長的過程。實踐中，我們努力發掘其中蘊含的智力因素，并創設條件引導學生思考、探索，讓學生親身經歷科學發現的過程，從而提高學生的科學探究能力。

例如，在“探究浮力的大小”的活動中，我們認為“建立猜想與假設”是比較關鍵的一個環節，因為它是科學發現的核心部分，也是發揮學生想象、培養學生思維的重要環節。那么，如何引導學生發現物體所受浮力大小與排開水的重力之間的關系？實際教學中我們是這么處理的。

活動1（學生實驗）：將一只蓋有瓶塞的空塑料瓶緩緩按入盛有水的水槽中，體會手的感覺有什么變化？這說明什么？同時，觀察水槽中水面有什么變化？又說明什么？你能否將這兩者聯系起來，提出一個合理的猜想？

活動2（演示實驗）：在彈簧秤下掛一鋁塊，慢慢地把它浸入盛有水的長塑料杯中，并在水中下沉一段距離，觀察彈簧秤示數有什么變化？還有什么量也在跟著改變？浮力的變化與什么量的變化具有對應性、同時性？

通過反復實驗、觀察，發現浮力的變化與①水面上升；②物體浸入部分體積的變化；③物體排開水的多少的變化具有對應性、同時性。

師：（引導學生回憶用量筒測量小石塊體積的實驗）水面的上升，物體浸入部分體積的變化和物體排開水的多少的變化在本質上有什么關系？

生：上述三者實質上是同一回事，即浮力的大小可能與排開水的多少存在著某種關系。

師：什么量可以表示物體的多少？

生：體積、質量、重力等均可表示物體的多少。

師：浮力是力，那么，上述哪一個量表示物體的多少，能更好地與浮力建立關系？

生：浮力與排開的水受到的重力可能存在某種關系。

師：你能用更確切的語言來描述這兩者之間的關系嗎？

生：浮力的大小可能等于物體排開水受到的重力。

上述教學中，我們在增加實踐體驗的基礎上，引導學生通過分析、比較、聯想，逐步把物體所受浮力大小與排開水的重力大小聯系起來，從而發現并提出問題，進而建立科學的猜想與假設。這樣的教學，無疑能有效培養學生的科學探究能力。

四、開放教學形式，訓練學生探究思維

科學探究活動的開展應當符合初中學生的心理特點。開放的、多樣化的活動形式更能激發學生的學習興趣，訓練學生的探究思維。實際教學中，討論爭辯、合作學習、動手操作、實驗觀察，甚至角色扮演、決策模擬，都是行之有效的教學形式。

例如，科學實驗設計是科學探究中最能激發學生創造力的部分。浮力與排水關系的研究實驗設計就是一個難度頗大、非常具有挑戰性的問題，它需要學生非凡的想象和創造性思維。那么，如何使學生能跳起來摘得到桃子？如何既不挫傷學生的積極性又能激發他們的創造能力？實踐中我們是這么處理的。

師：要驗證上述假設，就得比較浮力大小與物體排開的水受到的重力的關系。浮力大小可以用彈簧秤直接來測量，而要測量物體排開的水受到的重力，首先必須把被物體排開的那一部分水取出來，那么，怎樣取出這部分水呢？

教師鼓勵學生分組討論，同時提供器材，引導學生通過實驗、觀察，設計出各種不同的操作方案。

方案一：如圖1所示，把一個盛滿水的燒杯放在一個更大的空容器中，把一鋁塊慢慢地浸入水中直至完全浸沒，取出溢出到大容器中的水即可。

方案二：如圖2所示，把一個盛有水的燒杯傾斜到水剛好不溢出，下面放置一個空的小燒杯，把一鋁塊慢慢地浸入水中，直至完全浸沒，取出溢出到小燒杯中的水即可。

值得指出的是，在方案三的教學過程中，教師引導學生反復實驗、觀察水面變化，師生之間、生生之間多次合作討論、歸納，最后才設計出實驗方案。

在上述基礎上，教師組織全班同學進行交流、評價，并確定最佳方案。

師：要驗證假設，還需要測出這部分水的重力，并與浮力相比較。那么，有哪些方法可以測出這部分水的重力呢？

生1：直接用彈簧秤稱量。

生2：用天平稱出這部分水的質量，再根據G=mg計算出它的重力。

生3：可以把上面的溢水杯換成量筒，把鋁塊浸沒在量筒里，根據量筒中水面上升的高度讀出物體排開的水的體積，再根據G=mg=ρgV推算出物體排開的水的重力。

……

教師要求學生分別選擇一種方案進行分組實驗，觀察記錄、討論分析。

師生共同歸納：浸在水里的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的水受到的重力，即F浮=G排水。

上述教學中，我們通過精心設置問題、引導學生動手實驗、鼓勵學生分組討論、組織全班學生交流評價，使學生充分參與科學實驗設計的全過程，這樣不僅培養了學生的科學探究能力和創造精神，還使學生深刻體驗科學的發展是一個不斷修正錯誤、不斷完善的過程。

五、開放教學內容，培養學生探究習慣

科學探究能力的提高并不是一蹴而就的，它需要落實在平時的每一個探究活動中，需要培養學生良好的探究習慣。實踐中，我們往往根據教學實際，不斷設置相應的教學內容，逐步引導學生進行深入、廣泛的探究，培養學生的探究意識和探究習慣。

例如，在得到F浮=G排水之后，很多教師往往以為大功告成，對后面的內容草草了之，不再繼續深究，這就不利于學生探索精神和思維品質的培養，也不利于他們對科學本質的理解。實踐中我們做了這樣的改進。

師：實驗的結論是否具有廣泛性呢？有哪些變量可能會影響實驗的結論？如何驗證？

生1：浸入的液體不同，可能會得出不同的結論。可以換不同的液體重做實驗， 如把水換成酒精等，看能否得出類似的結論。

生2：浸入的類型不同，可能會得出不同的結論。可以改成物體部分浸入，重做實驗，看能否得出類似的結論。

生3：被浸的物體不同，可能會得出不同的結論。可以換成不同材料或形狀的物體，重做實驗，看能否得出類似的結論。

……

教師引導學生分組實驗，以驗證上述結論的廣泛性、普適性。

師生共同歸納得出阿基米德原理，并聯想可能可以推廣到氣體，激勵學生課外探究。

上述教學中，我們通過引導學生從不同角度來思考、驗證實驗結論，鼓勵學生課外繼續探究，不僅促進了學生對科學知識的理解，更可以培養學生經常反思、深入探究的習慣。

又如，在學習了浮力的知識后，教師還可以根據學生的特點，開展一些學生感興趣和力所能及的活動，充分激發學生的學習興趣，培養學生學以致用的能力和相互合作的精神，還能使學生養成凡事愛探究的好習慣。比如：

1.開展制作潛艇模型活動。要求學生通過小組合作收集信息、設計模型、收集材料，進行組裝、調試、改進，最后再在班上展示，選出好的模型參加評獎；

2.學生自己制作簡易的密度計，并用自己制作的密度計測量某些液體的密度，比一比誰的密度計制作得好，好在哪里；

3.讓學生用同樣大小的牛皮紙折小船，比一比誰的小船載重量大；

……

當然，開放的教學首先需要教師具有開放的教學觀念，這就意味著教師要不斷反思、超越原有的教學觀念，逐步樹立嶄新的、符合新課程理念的教學觀、價值觀、學生觀。只有這樣，才能把提高科學探究活動的有效性落到實處，也才能切實提高每一個學生的科學探究能力。

[ 參 考 文 獻 ]

1.《開放科學課堂教學培養學生探究能力》毛國永《物理教學探討》2009年3月刊

2.《關注學生差異提高學生科學探究能力》毛國永、葉鎮源《中學教學參考》2015年1月刊

3.《情景·聯想·探究·體驗——浮力教學札記》毛國永、謝學芳《物理教師》2006年12月刊

（責任編輯 易志毅）