捕捉契機，因勢利導

湯緒華

【摘要】如何培養學生的科學素養，科學探究是一條很重要的途徑，但如果探究的切入點不夠合理，使探究流于形式，為探究而探究，將會導致學生的科學素養有所缺失。于是把握探究的有利時機在科學教學中顯得十分必要。文章從“迷惑、延伸、遷移、定勢、意外”等疑惑中捕捉時機點，對合理切入科學探究的實踐做了一些歸納與總結。

【關鍵詞】科學探究；迷惑；延伸；定勢；意外

在教學實踐中，科學探究已成為課堂的一項必要項目。但由于在實際中實施探究的切入點不夠合理，許多探究的開展顯得牽強，使探究流于一種形式，表面上熱熱鬧鬧，實際上缺乏實質性，甚至有為了探究而探究或驗證性地做實驗檢驗課本上內容是否正確，對學生科學素養的培養無多大益處。教育心理學認為，學習中如果能有效地捕捉住探究契機，就能提高探究的有效度，從而獲得最大教學效益。本文從教學實踐的運用中，對實施探究的切入點進行了一些思考。

一、從“迷惑而疑”中切入

科學現象往往是錯綜復雜的，一個科學量涉及多種因素，這些因素中有與問題的本質有相關聯的量，也有無關聯的量；有主要變量，也有次要變量。所以必然會引發認知上的疑惑：有些因素好像是有關的，有些因素好像是無關的，這些迷惑因素我們往往很難確定。

案例1：在《指南針為什么能指方向》的教學中，在選擇器材自己制作指南針時，讓學生通過探究知道有磁性的物體是可以指示南北方向的。之后我特意提供了鐵針、鋼針、木針、金針、銀針、鎳針、塑料針、鈷針器材供選擇，學生能很快地分辨出鐵、鋼是能吸引的，木針和塑料針是不能吸引的，但對于金針、銀針、鎳針和鈷針就分辨不清楚了。

針對這種迷惑的因素，怎么辦呢？分小組探究，我給每個小組準備了一個信封，里面分別裝著他們易混的銀制品、鎳制品和鈷制品器械，對金這種材料我就拿出一枚金戒指用磁鐵試一下。這幾種材料學生平時見得少，所以我讓學生自己通過實驗探究得出結論。在磁鐵能吸的物品中，有學生提出5角硬幣， 我特意找到了資料——《人民幣那點事》（如圖1），供同學們參考。

知道5角硬幣主要材質是合金，舊版材質為銅鋅合金，不能被磁鐵吸引，新版為鋼鍍銅合金，是能被吸引的。

人民幣那點事

1992年6月中華人民共和國第四套人民幣正式發行。第四套人民幣發行了 三種鑄幣，分別是1元、5角、1角。1角由鋁鎂合金制成，5角為銅鋅合金制成，1元為鋼芯鍍鎳制成。

1999年10月1日，在中華人民共和國建國50周年之際，發行第五套人民幣。第五套人民幣的1角材質改為不銹鋼，5角材質改為鋼鍍銅合金，1元材質不變。

第六套人民幣預計2019年發行。

案例2：在《能量轉化的量度》教學中，我當時的預習方案設計如下。

請你做裁判：小王說：“真累，體育老師讓我把各個角落的球都要撿到球筐中，做的功可真不少啊。”小紅說：“我才累呢，所有人的衣服都讓我拿著站了這么久，做功比你多?！毙⊥跽f：“其實你一點功都沒做?！毙〖t硬是覺得自己做了功，兩個人吵了起來。請你說一說，哪個同學講得有道理，并說明原因。

這樣設計的目的：“做功”和“做工”“工作”的意義不同，學生在學習后很容易混淆迷惑，概念模糊不清，這時恰好是我們弄清問題的時候。針對這種易混的概念，我當時是組織學生以三方辯論賽的形式，通過打比方舉例說明的方法來弄清這些概念的。

二、從“延伸而疑”中切入

認知理論揭示，學生在認知事物時，在已有的認知結構基礎上，在教師的引導、組織下，通過自己主動觀察、分析、猜測、驗證、概括，從而形成認知并納入已有的認知結構中去。也就是說，學生的認知有一個水平縱向提升的過程，在這個過程中必定存在一種“半認知狀態”，基于已有的認知，進行一些合理的推論，并有一種“應該是這樣”的疑惑。

案例3：在《大氣壓的存在》一課中設置環節：比一比，誰能將飲料吸上來。

材料準備：消毒過的錐形瓶，橡皮塞里插吸管裝滿飲料（如圖2）。

活動：每個組派一名代表吸飲料，要求不能打開瓶子，看看哪個組吸得最快？

學生：使勁吸，但吸不上來。

此時我安排小組討論：在不打開瓶蓋的前提下，如何喝到飲料？不是吸上來的，到底是怎么上來的呢？之后我組織學生開展了一個探究活動，器材如圖3所示，玻璃管中水面上升是什么原因呢？通過實驗分析得出結論：瓶中的飲料不是吸上來的，而靠大氣壓上來的。

案例4： 在學習《物質的密度》時，學生在生活中，從自己家的用水收費單上了解到水表計數單位是體積（立方米），收費單位是噸，于是產生了一種模糊的想法：“水的體積和質量肯定有一種對應關系?！比缓笕〔煌w積的水測出質量，找對應關系，發現質量與體積的比值是一個定值?！澳敲词遣皇敲糠N物質都有這種對應關系呢？比值會一樣嗎？”這兩個問題就是一種延伸。由認識沖突而激發出好奇心，猜一猜，測一測，從而培養學習科學的興趣。

對學生而言，由延伸引發的疑惑的最大特點是學生的一種一試身手的需求。此時實施探究，能夠很好地培養學生的合理猜想能力，為提升學生認知水平巧妙地鋪設了落腳點，重要的是學生的探究是積極而快樂的。

三、從“遷移而疑”中切入

教育學表明，有學習就會有遷移，孤立的彼此不影響的學習是不存在的。在由此及彼的橫向對比遷移中，受各種因素的影響，在已有的知識延伸到新情景的過程中，學生必然會產生“是否可行”的疑惑。

案例5：在《流體的壓強特點》學習中，當學生通過探究獲得了“流動氣體的壓強特點是流速大壓強小”的認知后，對比遷移到流動液體的壓強特點時，學生產生了疑惑：“靜止的液體和氣體在壓強特點上具有很大的相似性，那么流動的液體是否具有和流動氣體相似的性質呢？”此時學生急切地向我提出了問題，看著他們迫切的心情與欲望，我并不會直接告知他們答案，而是提出了實驗探究的要求：“設計實驗方案、需要的實驗器材、預期實驗現象?！蓖瑢W們設計了以下一些實驗方案。

方案一：用水槽裝水。漂浮兩只小燒杯，用玻璃棒劃動小燒杯中間的水流。猜想：預期小燒杯會向中間靠攏。

方案二：用水槽裝水。漂浮兩塊泡沫，用橡皮管接通自來水沖擊兩塊泡沫中間。猜想：預期泡沫會向中間靠攏。

方案三：用水槽裝水。漂浮兩只乒乓球，用注射器向兩乒乓球中間注水。猜想：預期乒乓球會向中間靠攏。

實驗器材中還有使用玩具小船、紙折小船、小木塊等漂浮物體的情況，可分別開展實驗，預期的實驗現象中也有不發生變化和向背遠離這兩種情況。這樣，由一種實驗現象擴展遷移到類似的實驗現象的解釋與分析就能得心應手了。

案例6：在《學習大氣壓強》時，學生對練習中醫院里面掛鹽水有一個管是開口向空中的，為什么鹽水流向人的靜脈血管卻不流向空氣產生了疑問。這是在學習大氣壓之后的練習中出現的，所以同學們能想到是大氣壓的原因，但不知道其真正的原理。因此，我在講到這一練習時，找來雙孔橡皮塞和廣口瓶（如圖6），在瓶中加水后向下倒過來觀察水流情況。學生觀察到為什么每次只有一個孔出水，由掛鹽水實驗遷移到大氣壓對液體的作用。因此，跟學生講解還不如讓他們先做實驗后分析其原因，加強其對知識的理解與鞏固。

案例7 ：《尋找金屬變化的規律》教學片段。

問題一：（投影不同銹蝕程度的鐵、銅、金）。同樣的條件下，它們的氧化程度為什么不一樣呢？引出方法一：與氧氣反應比較活動性。

問題二：剛才我們是運用了金屬的什么性質比較了金屬的活動性？

生：化學性質。

師：那么你們還知道金屬的其他化學性質嗎？（知識的遷移）

生：能與酸反應。

師：那能不能利用酸與金屬反應這一化學性質來比較金屬的活動性呢？引出方法二：與酸反應比較金屬的活動性。

師：請同學們設計實驗，予以研究。

縱觀這類探究，探究問題來源于對比遷移；探究有較重的“模仿痕跡”。在一系列的對比模仿中訓練了學生的思維；探究的結論有效解答了疑惑，使知識有效實現了過渡。整個過程一氣呵成。在更深層面上，模仿為創新改進奠定了基礎。

四、從“定勢而疑”中切入

科學前概念是學習中表現尤為突出的一種定勢。由于中學生的知識經驗有限，思維的獨立性和批判性還不成熟，考慮問題容易產生表面性，且往往會被表面現象所迷惑而看不到事物本質，所以在接觸科學知識前，對現實生活現象易形成一些錯誤的前概念。例如在學習牛頓第一定律時，有多數同學認為有力物體才會運動；在學習簡單磁現象時，多數同學又會認為磁鐵能吸引金屬等。這些前意識根深蒂固，它排斥了正確科學概念的建立，在與正確的科學概念的斗爭中轉化為一個個“不可思議”的疑惑。

案例8：《摩擦力》教學中，分析影響滑動摩擦力的因素，學生提出了“接觸面積大小與摩擦力大小有關的觀點”。理由：①人在冰上行走要滑倒，而穿了帶有冰刀的溜冰鞋就不會滑倒，這里面就有面積的差異；②人摔倒在水泥地上，接觸面積不一樣，那么皮膚上的劃痕受傷程度也就不一樣；③汽車剎車時留在地面上的橡膠痕跡，卻沒有看到自行車剎車時有橡膠痕跡。表面看來確實都有面積因素，效果也不一樣，仔細分析，本質上都有壓力的影響。若僅僅從理論上解釋給學生聽，學生說什么也不會相信。于是，我因勢要求學生設計實驗方案加以探究。

思考：如何控制變量？設計實驗方案？如何獲得證據？

展示實驗設計示意圖（圖7中的滑塊為一長方體物塊），解釋方案。

選取器材，實驗操作，獲得數據。在接觸面性質、接觸面間的壓力一定的條件下（控制變量法），研究滑動摩擦力與接觸面積的關系。

換材料，重復實驗，獲得數據（徹底摧毀學生固守的錯誤經驗）。

分析數據，得出結論。

案例9：《機械效率》的教學片段。

教師提出了一個問題：“現在要把一個物體升高到高度為h的地方，可以用手直接提高，也可以用動滑輪、定滑輪來提高，還可以沿斜面推到相同的高度。請同學們猜想一下，使用這四種方法所做的功是否相同？并說出你的理由?！?/p>

結果是大多數學生認為用手直接提高物體時，做功會多一些。沒有學生認為機械做功會比用手做功多。他們所給出的理由主要是“機械的工作效率高”之類的定勢判斷。

教學實踐中，教師借機提出探究要求：“請你們運用動滑輪設計實驗來驗證你的猜想?！贝蠖鄶祵W生提出通過測量用手做功和用機械做功的數值直接進行比較。

分析實驗結果，同學們驚奇地發現，用機械做的功竟然比用手直接做功還要多。

教師請大家討論分析實驗結果是否合理。在討論的過程中，學生意識到在實際情況中使用機械所做的功比用手直接做的功還要多，也就是說“使用機械并不能省功”。

在閱讀教材的基礎上，教師請學生繼續思考并討論：“使用機械做功為什么比用手直接做功還多？”適時引入了“有用功”“額外功”“總功”和“機械效率”的概念。

克服科學學習前的定勢，探究的證據是征服學生最有效的手段，對于消除這些錯誤概念而言，任何講授都是蒼白無力的，必須借助直觀實驗探究，用事實證據摧毀錯誤的堡壘。這些探究，除了知識目標、過程與方法目標的有效達成，更是在情感、態度、價值觀目標上，讓學生領悟到實驗的重要性，實踐是檢驗真理的唯一標準。

五、從“意外而疑”中切入

在科學史上，一些不經意的細節往往蘊含著偉大的發現，如赫茲做證實無線電波存在的實驗時，不經意發現在紫外光的照射下，兩個小銅球之間的放電現象激烈一些，他雖然不明白這是什么原因，但真實地記錄了下來，日后，這一不經意的細節使得愛因斯坦提出了光量子假說。同樣，意外現象在教學實踐中不斷地生成，既有實驗中的次要現象，也有實驗中的失敗，更有學生的靈感。這些意外，都會伴隨著學生“一探究竟”的思維活動。

案例10：在學習NaOH能與 H2SO4 反應的性質時，需要滴加指示劑酚酞試液，學生都能理解酚酞試液的指示作用。可是有一位學生不經意提出：“為什么要先向NaOH溶液內滴加酚酞試液，再滴加H2SO4溶液？可以將滴加酚酞試液與H2SO4溶液的順序調換嗎？”從本節課的內容來看，只要能夠說明NaOH能與 H2SO4 反應就可以，所以這個問題是次要的，對教師而言，這個問題是一種意外，可以置之不理?？墒俏翼槃葸M行了發揮，設置了問題：“先滴加H2SO4溶液后滴加酚酞試液，酚酞試液不變色，是否能說明NaOH與 H2SO4恰好完全反應？請設計實驗加以說明。”

學生設計了如下方案：

取樣品，滴加紫色石蕊。變藍色，則說明NaOH過量；變紅色，則說明H2SO4過量；不變色，則說明恰好完全反應。

（這個方案引起了學生激烈的討論，因為教師設置的問題中NaOH肯定已經反應完全。經過討論后，學生認識到這個問題的實質是探究H2SO4是否過量，因而更正了實驗方案。）

①取樣品，加入少量碳酸鈣粉末，觀察是否有氣泡產生；

②取樣品，加入少量金屬鋅粒，觀察是否有氣泡產生；

③取樣品，加入氯化鋇溶液，觀察是否有白色沉淀產生。

第③個方案也引起了激烈的討論，因為硫酸根始終存在，必定會出現沉淀，并不能說明H2SO4過量。經過討論，學生認識到反應的實質是離子交換。

案例11：在《種子的結構》這一節教學中，需要讓學生探究碘遇到淀粉的顏色變化?？墒菍嶒炛袑W生發現顏色是變黑的，這一現象與變藍的結論產生了矛盾?！暗庥龅降矸鄣降资亲兪裁搭伾靠赡苁鞘裁丛蛟斐珊谏哪兀俊庇谑俏夜膭顚W生自己設計實驗來探究碘遇淀粉到底是什么顏色。學生設計了不同的方法：把碘液滴到饅頭上（學生吃剩的早飯）；用刀片刮一點染色的胚乳放在表面皿中，再加一點水稀釋；把染色的胚乳涂在白紙上；把染色的胚乳均勻地涂在無色透明的塑料紙上，看會透過什么顏色的光；刮下一點胚乳放入水中，再滴入碘酒……

與此相類似，在《堿的共性》教學中，酚酞滴入NaOH中，酚酞變紅色的現象非常明顯，可是把它擺放在試管架上，過了一會兒，學生們發現紅色消失了，學生驚奇地叫了起來：“老師，顏色沒了！”由此得到意外驚喜。

一個與教學主題沒有多大關聯的次要問題，從知識角度來看價值不是很大，甚至有可能是游離于書本之外，而由此培養科學學習興趣卻是卓有成效的，因為它的重要之處在于培養了學生嚴謹的科學態度。

六、小結

教學的追求是在最適合的時機讓學生進入情境之中，體驗探究的樂趣。在一系列有深度的科學探究活動中，體現了學生高階思維能力的培養，突出了學生的主體地位。真正體現科學素養中的“以生為主”核心理念，實施科學探究的時機是否合理，檢驗標準就在于“探究是否基于學生的需求，是否真的有利于學生的發展”。只要切入點引領得當，學生探究的欲望會更強烈，我們不僅要重視學生探究的過程和結果，更要重視對學生科學探究意識的培養，激發他們的求知欲望，讓他們以科學探究的方式去認識世界，去發現真實生活中的各種現象。

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