例析基于學(xué)生前概念的有效科學(xué)探究教學(xué)策略

張亮

[摘 要]針對科學(xué)探究教學(xué)中存在的“重過程輕動機(jī)”“重形式輕思維”“重模式輕體驗(yàn)”“重主導(dǎo)輕自主”的“四重四輕”誤區(qū)，提出“有效前測，探查前概念”“有效提問，巧設(shè)問題鏈”設(shè)置沖突，改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)”三個教學(xué)策略，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了科學(xué)探究有效教學(xué)。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)探究教學(xué)；前概念；誤區(qū)；有效前測；問題鏈；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

[中圖分類號] G633.98 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）26-0076-04

一、當(dāng)前科學(xué)探究教學(xué)的主要誤區(qū)

隨著新課程改革的深入推進(jìn)，“學(xué)為中心”的科學(xué)探究教學(xué)備受推崇，但在實(shí)施過程中 “偽探究”的現(xiàn)象普遍存在。筆者通過研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前科學(xué)探究教學(xué)存在著“四重四輕”誤區(qū)。

（一）重過程輕動機(jī)

“探究動機(jī)”是推動學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的內(nèi)因和動力，它反映出學(xué)生是出于什么原因和目的去探究問題的。許多科學(xué)教師在實(shí)施探究教學(xué)時過于看重探究過程本身，而忽視了對學(xué)生探究動機(jī)的激發(fā)，導(dǎo)致學(xué)生毫無探究的欲望，為了探究而探究，不會自主去探究。

（二）重形式輕思維

教學(xué)的有效是在學(xué)生的思維活動中發(fā)生的，失去學(xué)生思維的探究活動將只剩下一個形式的空殼。教師一味追求完成探究形式，以書本知識代替學(xué)生思維，以教師邏輯壓制學(xué)生思維，以學(xué)科的教條約束學(xué)生的思維。久而久之，學(xué)生便習(xí)慣了不質(zhì)疑、不提問、不反駁、不思考。

（三）重模式輕體驗(yàn)

在很多教師看來，提出問題、建立假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集事實(shí)證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、交流與討論這幾個環(huán)節(jié)的總和就是探究。如缺少其一探究就不完整。因此，在探究課上總是快節(jié)奏地安排教學(xué)環(huán)節(jié)，以至于學(xué)生還沒有真正進(jìn)入狀態(tài)就已經(jīng)結(jié)束，根本沒有深層次的探究體驗(yàn)。

（四）重主導(dǎo)輕自主

為了確保探究任務(wù)能夠順利圓滿地完成，教師對課堂掌控的力度越來越大，主導(dǎo)作用越來越強(qiáng)。學(xué)生只能在教師的背后拼命地跟，探究的自主性蕩然無存，從而也使探究失去了“探”與“究”的應(yīng)有價(jià)值，與新課程改革的初衷相違背。

二、有效科學(xué)探究教學(xué)的策略

針對以上誤區(qū)，筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，提出了以下教學(xué)設(shè)計(jì)策略，并通過實(shí)例談?wù)剬τ行Э茖W(xué)探究教學(xué)的思考。

（一）有效前測，探查前概念

1.“知識前測”搭橋“已知”與“未知”

在科學(xué)探究教學(xué)前，教師應(yīng)合理設(shè)置“前測”，探查學(xué)生的“前概念”，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)“盲區(qū)”和“易錯點(diǎn)”，并引導(dǎo)學(xué)生對比分析“已知”與“未知”，從而讓學(xué)生的“學(xué)”有方向、有目標(biāo)、有價(jià)值地進(jìn)行。

【案例1】 《空氣的存在》的“前測”內(nèi)容。

學(xué)生已有“空氣是真實(shí)存在的”這一生活經(jīng)驗(yàn)和知識基礎(chǔ)，通過這個表格的設(shè)計(jì)能讓學(xué)生學(xué)會對比。通過“已知”和“未知”的對比，學(xué)生更直觀地認(rèn)識了空氣的存在。從能力層面來講，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)更注重學(xué)生對知識的體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生主動獲取知識，能有效訓(xùn)練學(xué)生舉一反三、推理、質(zhì)疑、類比等能力。

2.“方法前測”體驗(yàn)“動手”與“動腦”

對于科學(xué)教材上可利用生活物品來做的實(shí)驗(yàn)，還有課堂上由于時間、空間有限而無法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)等，教師都可以將它們設(shè)置成家庭小實(shí)驗(yàn)的形式并通過“方法前測”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。

【案例2】《壓強(qiáng)》的“前測”內(nèi)容。

學(xué)生的“前概念”各有不同，學(xué)習(xí)能力、解決問題能力的層次也不同，因此設(shè)計(jì)前3個問題較簡單，所有學(xué)生只要參與，動動手和動動腦就能完成。而第4個問題是在理解概念的基礎(chǔ)上聯(lián)系生活實(shí)際來回答，如果能回答出來，說明學(xué)生經(jīng)過了思考并且理解了概念，滿足了對優(yōu)秀學(xué)生思維的培養(yǎng)需求。這比以前學(xué)生思維直接跟著實(shí)驗(yàn)走，把科學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)成走形式的教法，對學(xué)生的思維鍛煉要好很多。

3.“評價(jià)前測”促進(jìn)“思考”與“質(zhì)疑”

傳統(tǒng)備課中，教師也是會考慮學(xué)生的“已知”和“未知”基礎(chǔ)的，只不過這種“知”與“未知”大都憑借教師的經(jīng)驗(yàn)或臆斷，于是教師個人的“文本解讀能力”和“課堂生成能力”往往極大地影響著課堂教學(xué)的效果。當(dāng)教師這兩項(xiàng)能力均偏弱時，就會出現(xiàn)“教與不教一個樣”的情況。為此，應(yīng)設(shè)置“評價(jià)前測”，引導(dǎo)學(xué)生思考與質(zhì)疑。

【案例3】《生物的進(jìn)化》的“前測”內(nèi)容。

學(xué)生疑問：

（1）生物的變異完全需要多長時間？

（2）生物存在變異的原因是什么？

（3）是不是只要是不適應(yīng)環(huán)境的物種就會消失？

（4）為什么仍有適應(yīng)能力較差的生物存在？

（5）還有什么證據(jù)能證明達(dá)爾文的進(jìn)化學(xué)說？

（6）生物在進(jìn)化，為什么現(xiàn)在還有低等的生物存在？

（7）如何用達(dá)爾文的進(jìn)化論去解釋生物現(xiàn)象？

……

從上述問題可以發(fā)現(xiàn)，以學(xué)生在 “前測”中呈現(xiàn)的知識技能“盲點(diǎn)”或有價(jià)值的“疑點(diǎn)”、學(xué)生學(xué)習(xí)的“興趣點(diǎn)”作為課堂教學(xué)的“出發(fā)點(diǎn)”，以點(diǎn)帶面展開教學(xué)；或以學(xué)生學(xué)習(xí)的“已知點(diǎn)”點(diǎn)化學(xué)生的“未知點(diǎn)”，可發(fā)展學(xué)生的思維能力，提高學(xué)生運(yùn)用知識解決問題的能力，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)不斷受到啟發(fā)，能力得到不斷提升。

（二）有效提問，巧設(shè)問題鏈

對于這一觀點(diǎn)的提煉靈感源于一次教學(xué)比賽，比賽教學(xué)內(nèi)容是隨機(jī)抽取的，在設(shè)計(jì)教學(xué)時發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對學(xué)習(xí)電磁感應(yīng)所需要的“電”“磁”等相關(guān)知識基礎(chǔ)不扎實(shí)，對“電路”“電表”“磁場”“磁感線”等概念更是一無所知。基于此，筆者將該課設(shè)計(jì)成“探究課”，具體如下。

1.基于興趣巧設(shè)“情境問題鏈”，激發(fā)學(xué)生的探究欲望

為了更好地激發(fā)學(xué)生探究電磁感應(yīng)的興趣，本節(jié)課上課之前筆者特意設(shè)置了一個特殊情境，事先將教室里的音箱的電源插頭拔去，并給全班學(xué)生播放音樂，結(jié)果音箱沒有發(fā)出聲音。接著筆者拋出以下“問題鏈”。

此情境中音箱在沒有接電源的情況下發(fā)聲，這與學(xué)生的原有認(rèn)知“音箱沒有電不能發(fā)聲”產(chǎn)生沖突，通過這組“問題鏈”，可有效激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。

2.基于思維巧設(shè)“引導(dǎo)問題鏈”，有效助推學(xué)生的探究進(jìn)程

為了使學(xué)生真正“卷入”探究過程，突出學(xué)生的主體地位，且成為知識的“探索者”，教師應(yīng)設(shè)置“引導(dǎo)問題鏈”。“引導(dǎo)問題鏈”中的每個問題都應(yīng)依據(jù)學(xué)生的思維而設(shè)計(jì)，使每個問題對接下來學(xué)生的思維變化產(chǎn)生影響。例如，“實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生電需要什么條件？”的問題，對學(xué)生來說難度過大，無法有效解答，對此教師可將這一大問題轉(zhuǎn)化為如下系列問題。

此問題鏈中，每一個問題的設(shè)置都源于對學(xué)生思維的分析，而每一個問題的提出又對學(xué)生的思維產(chǎn)生了影響。若問題難度已經(jīng)超出了學(xué)生的能力范圍，教師便進(jìn)行問題轉(zhuǎn)換，以降低難度；若學(xué)生回答不完整，則可以追問，引導(dǎo)學(xué)生自我質(zhì)疑；若學(xué)生有疑問，可以將問題反拋給學(xué)生，共同研究。總之，問題鏈的問題由學(xué)生的思維決定，而學(xué)生的思維活動又受問題鏈的引導(dǎo)，問題與思維相互作用，共同助推探究的進(jìn)程。

3.基于基礎(chǔ)巧設(shè)“發(fā)散問題鏈”，有效突破探究難點(diǎn)

此節(jié)課中，探究活動的最大困難是學(xué)生尚不知何為“磁場”和“磁感線”，所以無法找出“如何運(yùn)動才能產(chǎn)生電流”的真相。因此筆者將內(nèi)容加以引申，設(shè)置如下問題鏈。

問題1：不同的運(yùn)動方式，造成的結(jié)果不同，你覺得是這些器材里的哪一個起了影響作用？（引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié)）

生1：磁鐵。

問題2：對于“磁”，你知道它的哪些知識呢？（了解學(xué)生的知識基礎(chǔ)）

生2：同極相斥，異極相吸；指南針；吸引鐵。

（教師演示“磁鐵不接觸吸引鐵棒實(shí)驗(yàn)”）

問題3：磁鐵不與鐵棒接觸便可以吸引鐵棒，你知道這是如何做到的嗎？

（學(xué)生思考，未能回答）

師：其實(shí)關(guān)于磁，還有一些知識大家尚不知道……

生3：磁場！（未等教師把話說完，生3便脫口而出）

（學(xué)生介紹磁場，教師補(bǔ)充說明）

師：同學(xué)們說得很好，磁鐵周圍確實(shí)存在著磁場，它看不見，摸不著，卻真實(shí)存在。磁鐵不接觸而吸引鐵棒就是通過磁場實(shí)現(xiàn)的。為了說明這一點(diǎn)老師帶來了一個有趣的實(shí)驗(yàn)。

（教師演示“磁感線模擬實(shí)驗(yàn)”）

評析：問題的設(shè)置使得探究活動更自然地過渡到對磁場的研究。教師再演示“磁感線模擬實(shí)驗(yàn)”，從感性上增強(qiáng)學(xué)生的認(rèn)可度。

問題4：你能找出磁場分布的特點(diǎn)嗎？

生4：好像都連成一條條虛線。

師：科學(xué)上引入“磁感線”來描繪磁場的分布。（教師介紹并用PPT展示U型磁鐵所形成的磁場的磁感線分布）

問題5：你能結(jié)合磁感線，分析一下三種運(yùn)動方式有什么不同嗎？

學(xué)生討論并回答：左右運(yùn)動時，就像鐮刀一樣，磁感線被割斷，而上下運(yùn)動和前后運(yùn)動時運(yùn)動方向和磁感線是平行的，無交集，所以磁感線不會被割斷。

評析：引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所補(bǔ)充的“磁場”“磁感線”概念，分析電磁感應(yīng)中磁鐵與線圈的相對運(yùn)動方式，繼續(xù)推進(jìn)探究進(jìn)程。

（三）設(shè)置沖突，改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)

筆者以“探究物質(zhì)燃燒條件”為例，闡述如何基于學(xué)生的前概念改進(jìn)實(shí)驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)有效科學(xué)探究教學(xué)。

本節(jié)課的知識難點(diǎn)是通過實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識物質(zhì)燃燒需要的三個條件：可燃物、助燃物和可燃物達(dá)到一定的溫度（著火點(diǎn)）。基于生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生對“燃燒需要可燃物”這一條件比較容易理解，而對后面兩個條件的理解有一定難度，尤其是“可燃物達(dá)到一定的溫度”這個知識點(diǎn)，因?yàn)樵趯W(xué)生的認(rèn)知中，物質(zhì)燃燒是被火點(diǎn)著的，不點(diǎn)火就不能燃燒。

如何通過實(shí)驗(yàn)來修正學(xué)生錯誤的前概念并建構(gòu)正確的科學(xué)概念，幫助學(xué)生建構(gòu)物質(zhì)燃燒需要滿足三個條件（主要是后兩個），是本節(jié)課要突破的教學(xué)難點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)一：“不用點(diǎn)火也能燃燒”。

教材中的實(shí)驗(yàn)（如圖2所示）是通過“干、濕棉花在酒精燈的火焰上加熱，觀察干棉花能燃燒而濕棉花不能燃燒”來建構(gòu)物質(zhì)燃燒所需的條件，這依然沒有修正學(xué)生的“燃燒必須點(diǎn)火”這一錯誤的前概念，學(xué)生很難通過這個實(shí)驗(yàn)來得出“物質(zhì)只有在達(dá)到一定溫度時才能燃燒”這個結(jié)論。甚至這個實(shí)驗(yàn)反而會誤導(dǎo)學(xué)生：物質(zhì)跟水接觸就不會燃燒。

基于上述問題，筆者采用如圖3所示的方式改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)變學(xué)生的前概念。筆者利用學(xué)生生活中常見的火柴，并把它分為火柴頭和火柴梗兩部分，分別放在銅片上用酒精燈加熱（在銅片上加熱是為了打破學(xué)生一貫認(rèn)為燃燒需要點(diǎn)火的錯誤前概念），同時引入探觸式溫度計(jì)（如圖4）來測溫度，把物質(zhì)燃燒時的溫度顯性化，直觀地顯示了火柴頭和火柴梗燃燒的溫度，說明物質(zhì)燃燒需要達(dá)到一定溫度，至此“著火點(diǎn)”概念的得出順理成章。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)二：“在水中也能燃燒”。

學(xué)生對“有水就不會燃燒”這一觀點(diǎn)深信不疑，而這會影響學(xué)生認(rèn)識“只要滿足燃燒的三個條件就一定會燃燒”這一新知。新版的華師大科學(xué)教材中出于安全和實(shí)驗(yàn)效果等原因[白磷在空氣中燃燒產(chǎn)生大量的白煙（五氧化二磷）對教室環(huán)境造成影響，不利于教師和學(xué)生的健康；如圖5中白磷燃燒現(xiàn)象不明顯，且較易浮出水面，在水面燃燒起來引起火星和液滴的飛濺，存在一定的安全隱患]。已經(jīng)刪除了原教材中白磷和紅磷在水中燃燒的對比實(shí)驗(yàn)。其實(shí)我們只要對這個實(shí)驗(yàn)稍作改進(jìn)就可“兩全其美”。改進(jìn)方案如圖6所示。

兩個小燒杯內(nèi)分別裝有等量冷水和熱水，放入白磷；兩個燒杯內(nèi)的白磷均不會燃燒，再用漏斗倒扣在白磷上方，漏斗柄連接橡皮管和玻璃管，往漏斗中吹入空氣，讓學(xué)生親眼看到白磷在水中燃燒這一現(xiàn)象，有力地修正了學(xué)生“有水就不會燃燒”的錯誤前概念，同時該實(shí)驗(yàn)也很好地體現(xiàn)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中重要的“對照、對比”的思想（冷水→熱水、有空氣→無空氣），也更地好證明了燃燒需要助燃物（空氣）。

若把教育心理學(xué)還原成一條原理的話，影響學(xué)習(xí)最重要的因素是學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么，影響教學(xué)最重要的因素是教育者是否了解學(xué)習(xí)者已經(jīng)知道了什么，是否讓學(xué)習(xí)者參與建構(gòu)知識的過程，而非重在記住那些成果。文中筆者提出的“基于學(xué)生前概念的有效前測策略”就是把學(xué)生已知的前概念和未知的發(fā)展區(qū)連接起來的橋梁。經(jīng)過對基于前概念的有效前測的探索，課題組成員發(fā)現(xiàn)科學(xué)課堂教學(xué)發(fā)生了巨大變革，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力不斷加強(qiáng)，初步達(dá)成了“輕負(fù)高效”的目標(biāo)。

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（責(zé)任編輯 黃春香）