層層遞進 生生自究

虞優優

摘 要：科學離不開實驗教學，其中探究性實驗教學開展是否有效，將對學生科學探究能力的培養起到至關重要的作用。對本校初一、初二進行調查，就課堂上開展的實驗環節的各細節問題進行定量分析，反思實踐教學。從發現問題制定層層遞進、步步落實的教學策略，提升每位學生的探究能力。

關鍵詞：探究能力；教學策略；研究方法

一、課堂教學現狀研究方法

為了達到提高學生探究能力，優化教師探究性實驗教學的目標，著手進行以下工作：主要采用了調查問卷表，對本校初一和初二學生進行抽樣調查，初一發放了550份調查卷，收到有效卷523份。初二發放了230份調查卷，收到有效卷191份。本次抽樣調查采用的方式是用網絡無記名抽樣調查。對本校初一初二進行對比調查是基于本校教學進度、課堂教學模式、實驗演示器材、實驗課的方式、集體備課方式都是雷同的，具有對比性，并對學生的調查問卷數據進行量化分析和信度分析，確保學生調查問卷的真實性和價值性。通過SPSS軟件，對學生調查的數據信度進行了測評，測評結果如下：

可靠性統計量

本次調查問卷總信度高達0.9以上，超過了0.6的標準，達到了理想信度，可用作分析和反思的基礎。再從調查的數據總結，剖析教師課堂探究性實驗教學策略改進的是否有效，尋找針對性的有效策略。

二、問題的發現

1.學生學習態度方面

上表反映以下問題，你喜歡探究性實驗還是驗證性實驗？喜歡探究性實驗的：初一占74.38%，初二占81.68%，無論是初一還是初二學生大部分喜歡探究性實驗超過了驗證性實驗，從學生的內動力上分析，學生更傾向于探究性實驗，說明學生對學好探究性實驗是有良好學習興趣的。初二學生比初一學生更喜歡探究性實驗。“你喜歡填寫實驗報告單嗎？”初一69.02%喜歡，初二68.59%喜歡。喜歡的程度不如做探究性實驗，說明學生喜歡做實驗，但對筆頭的落實還是要打折扣的。“遇到實驗問題，你會主動提問嗎？”初一會主動提問占77.36%，初二占73.30%。第15個問題是“你會填寫實驗報告上的哪些項目？”實驗現象、實驗結論、實驗數據都會填上的：初一占77.06%，初二占72.25%，初二在填寫實驗現象、實驗數據都要比初一高2～3個百分點，在可多選的情況下，說明初二學生更關注實驗現象和數據，而實驗結論卻與初一沒有區別。從總體柱狀圖來分析，初一與初二的學習態度還是比較相似的，百分之六七十的學生學習態度積極，初二在探究實驗題上的興趣超過了80%，更為突出。

2.教學實踐操作方面

上表是對教學實踐操作上的問題進行反饋。你有參加老師演示實驗的機會嗎？經常參加的：初一占57.93%，初二占51.83%，這個比例跟學生向往參加實驗愿望差了20%左右。教師的演示實驗無法滿足學生對實驗的需求，將會打擊學生的學習積極性。“你參加學生實驗的機會如何？”學生實驗大部分學校是兩人一小組合作完成實驗的，初一54.88%的經常參與，初二65.97%的經常參與。從初一來看，只有半數多一點的學生是在實驗課上做實驗的，還有很大一部分學生并沒有參與。而初二的比例雖高于初一，但比例也并不是很高，跟人人參與實驗的目標相差甚遠。

3.層層遞進，步步落實的教學策略制定

國內外科學教育領域對科學探究能力的研究和認識，已經經歷了一個漫長的過程。就國外科學探究式學習的教學模式常見已有如下四種：直線單向的科學探究模式、以問題為中心的科學探究過程模式、以探究為中心的科學探究操作模式、學習環模式。而國內尚未對科學探究涉及的理論問題展開深入討論。沒有建立在研究基礎上的適合我國國情的明確的科學探究模型，結果導致科學課程改革實踐中產生了兩種誤解：（1）認為科學探究存在固定模式，將課程標準中提出的科學探究要素作為程序性知識教給學生，或者抽出其中的要素進行獨立訓練，這使許多課堂探究走向程序化和表面化；（2）對科學探究的理解過于寬泛，而忽略了對科學探究本質特征的把握和對學生科學探究能力的有目的培養，不能使科學探究能力的培養落到實處。

筆者就培養學生的科學探究能力作為切入點，結合國外關于探究式學習的教學模式，設計符合本校學生特點“層層遞進，步步落實”的教學策略。它包括以下5個層次遞進式培養學生探究能力：觀察使用器材，解釋科學現象，填寫實驗報告，獨立完成實驗，合作交流反思。

本策略設計中除了考慮學生的思維層次逐步提高外，每個層次的培養都包含了學生探究能力的一部，然后一步一步引導學生達到最后綜合探究能力的過程。當然這個策略是教師在教學中結合學生所在的年段，所學的科學知識，有計劃性地實施，隨著課程由淺入深的進程，配套式的層層遞進探究。

（1）觀察使用器材層次

在調查中，你在家喜歡用家庭器皿做實驗嗎？初一學生經常的比例不足30%，偶然占了50%左右。科學是來源于生活，服務于生活。很多學生生活在象牙塔里，在初中課本里出現的一些器材都未曾看過或接觸過，更不用說使用，這將會限制學生使用器材進行科學探究，或者造成學生根本無法借助器材的使用來解釋科學規律或知識，導致很多學生學習科學就像瞎子摸象，憑想象學習。

想要學生學會主動科學探究。首先，就是教會學生觀察使用器材，拓展他們的眼界，在他們遇到困難時就會想到器材，利用器材去追根究底。第一步，教會學生使用科學書本里的器材，如物理儀器、化學儀器、生物儀器，并實施儀器使用考核。第二步，拓展到使用生活中的其他儀器。比如，借助學生身邊的一些用品（如泡沫、書、海綿、玻璃杯、乒乓球、可樂瓶、塑料袋、剪刀、鏡子等），廚房用品（如醋、食鹽、生粉、糖、酒、胡椒粉、筷子、瓷碗、煤氣灶等），家庭工具箱（鋼卷尺、扳手、錘子、螺絲刀、測電筆等）、家庭醫用箱（體溫計、紗布、藥物等）進行初步認識和使用，將會有意外的收獲。激發學生主動探究，例如，初一學到體溫計，可以布置學生回家觀察體溫計的結構特點和使用心得。初二學到溶解度，可以布置學生回家配置飽和食鹽溶液，讓學生體驗飽和的概念。初三學到杠桿，可以布置學生回家使用扳手等活動，使用后每位學生書寫使用心得，課堂交流使用心得。第三步，評價儀器的精確度和使用的便捷性。讓學生明白儀器的精準度是有差別的，而這些差別將會影響實驗數據得出的精確性。

通過學生親身感悟、操作反思，收獲科學知識、實驗操作技能以及科學態度，與傳授式學習方式有本質性的不同，進而激發學生的探究欲望，為學生建立一個良好的科學探究氛圍和空間，體現了科學源于生活，服務于生活的新課程標準理念，提升學生觀察測量的基本技能。

（2）解釋科學現象層次

學生認識并會用實驗室或家庭等儀器，只停留于過程技能水平。而科學探究無論是調查報告、科學規律探究、科學問題探究等等，都離不開邏輯推理。所以，在平時的課堂教學中，教師要注重科學現象的解析。訓練學生將科學現象與科學理論進行連接。教師應鼓勵學生用多種思維方式解釋科學現象。不要局限于控制變量法的論證思路，還有反證法、歸納法、類比法、等效替代法、演繹法、逆向思維等，只要解釋是科學合理的都要加以表揚和肯定，不能縮小學生科學探究的范圍。這就是筆者為什么不按照科學探究幾個環節來直接培養學生探究能力的原因。只要學生能梳理出科學知識和現象的前因后果，為培養此目標，要求學生人人書寫解析上交批改，很多學生口語表達強于書面表達，書面形式上交，便于教師及時發現學生表達上的科學性錯誤，便于學生加以糾正，讓學生思維變得嚴密，并具有科學性、規范性，提升學生的推理技能。

（3）設計實驗報告層次

在前面兩個技能培養的基礎上，教師在課堂上可以有目的性地培養學生設計并書寫實驗報告，根據實驗的不同內容設計不同的實驗報告并填寫。科學探究的類型各不相同，有調查報告類型，有數據分析類型，有實驗結果類型，根據不同類型設計不同的實驗報告，例如：

上述實驗報告中的步驟環節要求學生寫明使用的實驗方法、具體操作步驟、使用到的儀器。將課本里的實驗以探究形式呈現，從讓學生寫報告中的某一個環節開始，最難寫的當然是步驟。上交批改評價，讓每位學生都參與到課堂探究中。學生能否設計實驗報告是探究中組織和邏輯能力的體現，能否自己填寫實驗報告是表達能力的體現，而這個表達是否科學合理還是需要教師指導和幫助的。

（4）獨立完成實驗層次

在前面能力的逐步培養下，第四步就可以開始放手讓學生自己設計實驗，完成實驗報告。教師只要拋出問題給學生，讓學生發揮自己的探究能力。以下是學生課堂的實驗小報告：

例如，八年級上冊上到滑動變阻器時，當堂布置學生設計“可控制小燈泡明暗的電路實驗”。讓學生寫出實驗器材，實驗步驟，實驗心得。

案例1：可控制小燈泡明暗的電路實驗

器材：兩節電池，兩個電池座，一個開關，一個小燈泡，一個燈泡座，一個滑動變阻器，若干導線。

步驟：①將小燈泡和電池分別固定在燈泡座和電池座上；

②將兩個電池座首尾相連；

③用導線將燈泡座、電池座、開關和滑動變阻器串聯起來，注意開關斷開，滑動變阻器的滑片處于離下面兩個接線柱中連接導線的一端最遠的位置；

④閉合開關，調節滑動變阻器控制小燈泡明暗。

心得：滑動變阻器的使用在生活中也是很常見的，比如電燈調節光線的按鈕，收音機調節音量的旋鈕等，通過改變滑動變阻器接入電路的有效長度改變滑動變阻器的阻值，從而改變電路中電流大小，即小燈泡中通過的電流大小，小燈泡的明暗也就隨之改變，不過在做這個實驗的過程中有一個問題，就是如果只用一節電池的話電流太小，用滑動變阻器的最大阻值接入電路會因阻值過大而讓電路成為開路，所以我用了兩節電池，雖然滑片可移動范圍增大了，但還是會出現這樣的問題，所以實驗還有需要改進的地方。

案例2：如何讓100克橡皮泥達到最大載重量

材料：橡皮泥約100克，清水一盆，1元、5角、1角硬幣若干枚。

步驟：①取約100克橡皮泥；

②做成圓形船狀，方形船，懸浮水面；

③放入一枚一元錢硬幣，穩定懸浮水面……（省略）

結論：同樣100克橡皮泥做成船，底面積越大，內部空間越大，載重量也越大。

心得：雖然只是橡皮泥做的船，但無論是制作過程抑或是試水過程，都很困難，也遇到了無法漂浮、船進水等問題，但在攻克解決這些難題的過程中，我也感受到了探尋科學的樂趣。

從實驗中我知道了，同質量的船，底面積越大，內部空間越大，就能排開更多的水量，能裝載更多的物體。

案例3：測玻璃瓶的密度

實驗器材：直柱體玻璃瓶（充當量筒）、酒杯（充當玻璃瓶）、細線、刻度尺、水彩筆、水。

實驗步驟：①向玻璃瓶中倒入250 ml的水，用水彩筆標出液面高度，寫下250；再加入250 ml的水，記液面高度為500；再加入250 ml的水，記液面高度為750，并記為V1。

②用細線綁住酒杯，慢慢放入水中，可以看到酒杯漂浮在水面上。用水彩筆標出液面高度，記為V2（為900 ml）。

③將酒杯壓入水中，酒杯由于灌滿了水，沉到瓶底。用水彩筆標出此時的液面高度，記為V3（為810 ml）。

④酒瓶的質量m=（V2-V1）×ρ水=（900ml-750ml）×1.0g/cm3=150g

酒杯的體積V=V3-V1=810ml-750ml=60ml=60cm3

酒杯的密度ρ=m/V=（V2-V1）×ρ水/V3-V1=150g/60cm3=2.5g/cm3=2.5×103 kg/m3

案例4：

實驗目的：探究食鹽和蔗糖在水中溶解性大小。

實驗器材：2杯100克水溫度約為70攝氏度；食鹽和蔗糖若千克；電子秤；小紙片若干；攪拌棒。

實驗步驟及現象：

①用電子秤稱出2克的食鹽。

②將稱好的食鹽一份一份倒入杯中，用攪拌棒攪拌，直至加到第18份時，經過攪拌，食鹽完全溶解。再向杯中加入一份食鹽，食鹽不能完全溶解，有固體顆粒沉在水底。

③用電子秤稱出2克的蔗糖。

④將稱好的蔗糖一份一份倒入杯中，用攪拌棒攪拌，直至加到第70份時，經過攪拌70份，蔗糖完全溶解。再向杯中加入一份蔗糖，蔗糖不能完全溶解，有微小顆粒漂在水中。

實驗結論：70攝氏度的100克水能溶解36克的食鹽，140克的蔗糖。所以70攝氏度時，蔗糖在水中溶解能力更強。

獨立完成實驗，寫寫學生自己的實驗心得這個環節，指導學生抓住自己即時生成的問題資源，引導學生反思實驗問題，通過討論實驗的優劣，突破教學重難點，達到提升學生的探究能力、表達能力、反思能力。這就是為什么初二比初一高45%的學生喜歡獨立實驗的原因。初一523人接受調查，沒有1人提及獨立實驗的問題，說明平時教師不加以引導，學生在探究實驗這一塊無法成為學習的主體。

4.合作交流反思層次

在教師不斷培養學生探究能力的同時，更重要的是不能忽略學生對實驗過程的表達。無論是課堂演示變成學生實驗，還是學生拓展課本探究性實驗。筆者都要求學生書寫實驗報告上交，在初步層次教師加以批改，隨著學生能力的提升，可以采用當堂展示交流，互相指出實驗報告上的問題。但這樣很難達到生生自究的目的。所以，每位學生完成獨立實驗，寫好獨立的實驗報告后，進行小組合作式交流。以四人為一小組，相互輪流看閱彼此的實驗報告，每個人給看的報告提意見，最后讓實驗者反思，如有異議可以當堂提出全班學生討論是否合理、是否科學、是否正確。

例如：案例1中，沒有提及滑動變阻器從何處開始滑動的都沒有交代，學生就有可能不知道滑動變阻器使用時應該注意的細節，操作規范不嚴謹。案例2中，學生把“漂浮”寫成了“懸浮”，這兩種狀態完全不同，表達不科學。案例3中，有學生玻璃瓶的密度測的只有500 kg/m3，有的測出來是3.5×103kg/m3，像這些偏小，偏大，學生能相互指出來。有學生在測玻璃瓶體積時，用針去頂玻璃瓶，造成玻璃瓶體積測量偏大，測量方法錯誤。案例4中，比如70攝氏度的時候食鹽36克才飽和，溫度是如何做到保溫的呢？實驗不規范，沒有做到控制相同的變量。

通過學生自己書寫的實驗報告，才能有據可依地找到自己在探究中的問題，從而讓學生思維變得更細致，更嚴謹，更規范，更科學，這樣使學生的科學探究能力進一步提高。作為科學教師，應追隨新課程理念，不要懼怕學生犯錯誤，要善于捕捉、利用學生報告中的問題，這是一種寶貴的教學資源。實驗報告不能讓學生放任自流，一定要有反饋，激勵學生向更高的能力方向發展。

三、效果與反思

上表就“你認為科學實驗對學習科學基礎知識有幫助嗎？”很有幫助這一項，初二高達83.2%，比初一高4.7%；第12項是：你認為在科學實驗對增強自己的自信心和解決科學難點等方面有幫助嗎？初二認為有幫助的高達90.5%，比初一高2%；在第17項，你覺得填寫實驗報告單對你的得出實驗結果有幫助嗎？初二覺得有用，高達90%，比初一高1.7%。從以上三項可以看出，以上在探究性實驗的教學策略性改變的實踐中對學生確實產生了一定影響。文中前面所提到，初二學生在探究性實驗的獨立性、實驗表達，實驗反思以及對探究性實驗的認可度上，經過一年的訓練跟初一相比都有提高。在探究性實驗方面提高學生學習信心，功課難點和實驗報告單的書寫上認可度已達到了90%以上。

參考文獻：

[1]陳志偉，陳秉初.中學科學教學論[M].浙江教育出版社，2007-12.

[2]王耀村.初中科學教學案例專題研究[M].浙江大學出版社，2011-07.

編輯 孫玲娟