準(zhǔn)確認(rèn)識“探究與實驗”

謝莉丹

摘要影響學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)或測驗成績的并不是教師自己擁有多少科學(xué)知識，而是用什么樣的方法去引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)科學(xué)。教學(xué)生怎樣做科學(xué)，開展探究活動，比靜態(tài)地傳授科學(xué)知識更加重要。因此，在小學(xué)科學(xué)課程中，教會學(xué)生探究與實驗的方法，遠(yuǎn)比單純傳授科學(xué)知識要重要得多。

關(guān)鍵詞 科學(xué)素養(yǎng) 科學(xué)探究 實驗

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.038

Accurately Understand "Exploration and Experiment"

XIE Lidan

（Liuzhou Teaching Equipment Supply Station of Guangxi Zhuang Autonomous Region， Liuzhou， Guangxi 545001）

Abstract： What affects students’ scientific literacy or test scores is not how much scientific knowledge teach？ ers have， but what methods they use to guide them to learn science. Teaching students how to do science and carry out inquiry activities is more important than static teaching of scientific knowledge. Therefore， in the pri？ mary school science curriculum， teaching students the methods of exploration and experiment is much more im？ portant than simply teaching scientific knowledge.

Keywords： scientific literacy； scientific inquiry； experiment

1995年，41個國家近50萬名3個不同年級的學(xué)生參加了一項數(shù)學(xué)與科學(xué)測驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：教師越假定自己的科學(xué)知識了解得不多，他們的學(xué)生（四年級兒童）的科學(xué)測驗成績就越高。從這個研究中可以發(fā)現(xiàn)，影響學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)或測驗成績的并不是教師自己擁有多少科學(xué)知識，而是用什么樣的方法去引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)科學(xué)。因此教學(xué)生怎樣做科學(xué)，開展探究活動，比靜態(tài)地傳授科學(xué)知識更加重要。

隨著信息時代的到來，這樣的要求會變得越來越重要。即使在當(dāng)下學(xué)生的腦海中裝滿了各種各樣的科學(xué)知識，但是隨著科技發(fā)展，這些知識可能會被逐漸淘汰。因此，在小學(xué)科學(xué)課程中，教會學(xué)生探究與實驗的方法，遠(yuǎn)比單純傳授科學(xué)知識要重要得多。

熟悉“探究與實驗”的教材呈現(xiàn)

探究從字面上解釋就是“探索研究”。在小學(xué)科學(xué)課程中，我們所說的探究一般是指科學(xué)探究，是學(xué)生通過一定的程序開展科學(xué)研究的過程。科學(xué)探究一般包括提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計方案、實驗驗證（收集信息）、分析信息、獲得結(jié)論等過程。這些過程是科學(xué)探究的外在表現(xiàn)，其內(nèi)涵是學(xué)生對未知的探索，是學(xué)生在探索未知過程中的思維發(fā)展。

實驗是科學(xué)探究的一種形式，其實質(zhì)也是一種學(xué)生主動探索未知的過程。從小學(xué)科學(xué)課程的內(nèi)容來看，實驗是科學(xué)教材中學(xué)生進(jìn)行探索研究的主要活動方式。因此，本文中所說的“探究與實驗”，指的是小學(xué)科學(xué)教材中需要學(xué)生運用實驗的方式進(jìn)行探索、研究，積極思考并主動發(fā)現(xiàn)的那些課程內(nèi)容。作為教師來說，認(rèn)真分析，了解“探究與實驗”這部分課程內(nèi)容的教學(xué)方法和指導(dǎo)要點，有助于教師更好地開展教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

小學(xué)科學(xué)教材通過不同的欄目對學(xué)生的學(xué)習(xí)活動進(jìn)行分類，并通過這些欄目的實施來引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)的學(xué)習(xí)過程，體驗科學(xué)的思維方式。例如：在上海的《科學(xué)與技術(shù)》教材中，將活動分為了觀察·調(diào)查、討論·分析、問題·需求、實踐·探究、設(shè)計·制作、展示·評價、改進(jìn)·創(chuàng)新、拓展·應(yīng)用等；在蘇教版《科學(xué)》教材中，將活動分為了觀察、動手、記錄、思考、交流、閱讀、拓展七個類別；在教科版《科學(xué)》教材中，主要將活動分為了聚焦、探索、研討、拓展四個類別。

雖然不同版本的科學(xué)教材對學(xué)生活動有不同的劃分方法，但其中都不乏有關(guān)“探究與實驗”的學(xué)習(xí)內(nèi)容。以“探究聲音在空氣中的傳播”這一活動為例，在上海《科學(xué)與技術(shù)》教材中，是以“實踐·探究”這一欄目呈現(xiàn)的；在蘇教版《科學(xué)》教材中，則以“動手”這一欄目呈現(xiàn)。雖然欄目名稱不同，但都是引導(dǎo)學(xué)生開展鐘罩實驗，觀察聲音的變化，進(jìn)而推斷出真空不能傳播聲音。

因此，“探究與實驗”活動的關(guān)鍵在于學(xué)生通過開展實驗探究、觀察現(xiàn)象、獲取信息、歸納總結(jié)、得出結(jié)論等一系列科學(xué)活動，學(xué)習(xí)掌握新的科學(xué)知識與科學(xué)經(jīng)驗，且這些實驗活動的本質(zhì)都是學(xué)生的主動探索和發(fā)現(xiàn)。

認(rèn)識“探究與實驗”的主要課型

根據(jù)實驗內(nèi)容的特點，科學(xué)課程中的“探究與實驗”活動一般可分為“驗證性實驗”和“探索性實驗”兩類。

1.驗證性實驗與探索性實驗的特點

驗證性實驗：是指對研究對象有了一定了解，并形成了一定認(rèn)識或做出了某種假說，為驗證這種認(rèn)識或假說是否正確而進(jìn)行的一種實驗。驗證性實驗關(guān)注學(xué)生對科學(xué)實驗過程的體驗。

探索性實驗：是指人們從事開創(chuàng)性的研究工作時，為探尋未知事物或現(xiàn)象的性質(zhì)以及規(guī)律所進(jìn)行的實踐活動，探索性實驗是一種試驗。它強(qiáng)調(diào)學(xué)生對未知事物和現(xiàn)象的嘗試性探索活動，通過一系列探索性的操作實驗，觀察實驗現(xiàn)象，獲取信息，并通過分析和討論，建立某種概念和規(guī)律，理解和掌握相關(guān)的知識。同時，在這個過程中培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、探索精神以及使他們掌握正確的學(xué)習(xí)方法。

2.驗證性實驗與探索性實驗的區(qū)別

驗證性實驗是針對假設(shè)的證明，重在引導(dǎo)學(xué)生親身經(jīng)歷科學(xué)研究的全過程，體驗科學(xué)程序在研究中的重要作用。例如，“探究摩擦力”這一內(nèi)容，首先根據(jù)情境進(jìn)行嘗試：兩位同學(xué)比賽拉箱子。然后讓學(xué)生基于生活經(jīng)驗作出假設(shè)：交流各自對摩擦力的認(rèn)識；討論在拉箱子的活動中，兩邊的摩擦力大小是否一樣；交流可能影響摩擦力大小的因素。再通過方案設(shè)計，進(jìn)行實驗驗證。最后分析數(shù)據(jù)，形成結(jié)論。驗證性實驗通常采用“假設(shè)—驗證—應(yīng)用”的教學(xué)模式。

探索性實驗是通過實驗來回答學(xué)生感興趣的問題，激發(fā)他們的好奇心，培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力。這類實驗更傾向于在問題的指引下，通過嘗試、操作，獲得信息，并分析信息得出結(jié)論。例如認(rèn)識溶解現(xiàn)象的實驗，教師提出問題，組織學(xué)生將各種物質(zhì)放入水中進(jìn)行攪拌，引導(dǎo)他們觀察實驗現(xiàn)象，歸納溶解現(xiàn)象的特點。這類實驗活動學(xué)生并不需要作出假設(shè)，也不需要設(shè)計實驗方案，教師需要的是在實驗前，提出明確的問題，并仔細(xì)指導(dǎo)實驗方法，然后讓學(xué)生動手嘗試。因此，探索性實驗通常采用“現(xiàn)象問題—實驗指導(dǎo)—動手實驗—分析現(xiàn)象—歸納結(jié)論”的教學(xué)模式。

概括地說，驗證性實驗重在引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗方案、實驗驗證、分析信息、得出結(jié)論”這一探究過程，探索性實驗重在“探索”和“嘗試”，重在引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)問題動手實驗，獲取客觀真實的信息，并通過討論，得出結(jié)論。

理解“探究與實驗”的不變宗旨

無論是驗證性實驗還是探索性實驗，其本質(zhì)都來源于引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，通過引導(dǎo)學(xué)生開展實驗探究，使他們更直觀地了解科學(xué)知識，更深入地掌握科學(xué)方法，更有效地提升科學(xué)素養(yǎng)。然而，在一些“探究與實驗”活動中，由于缺少實驗器材和場地、課堂時間有限、實驗效果不佳等原因，教師會通過圖片展示、視頻播放或演示實驗等形式來取代學(xué)生的實際操作，但這樣的課堂，教學(xué)效果往往比較差。

開展“探究與實驗”活動，一方面源于課程標(biāo)準(zhǔn)對“探究與實驗”活動提出的明確要求：小學(xué)科學(xué)課程要向?qū)W生提供充分的探究式學(xué)習(xí)的機(jī)會，引導(dǎo)學(xué)生親歷科學(xué)探究的過程。另一方面是符合學(xué)生的年齡特點和認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。對于小學(xué)生而言，動手操作更容易激發(fā)他們的興趣，更容易讓他們直觀地獲取有用的信息，而這些信息，也更容易為學(xué)生的思維提供支撐。因此，開展“探究與實驗”的學(xué)習(xí)，不僅是課程標(biāo)準(zhǔn)提出的硬性要求，更是基于學(xué)生學(xué)情的合理需要。這就對教師提出了更高的要求，教師需要根據(jù)已有的教學(xué)經(jīng)驗，在缺乏實驗器材的情況下，利用身邊的簡易材料組織學(xué)生開展活動，以達(dá)到相同的實驗效果，幫助學(xué)生從直觀的實驗現(xiàn)象中獲得實驗結(jié)論，積累生活經(jīng)驗。

以探究影響摩擦力大小的因素這一實驗為例，上海的《科學(xué)與技術(shù)》教材中，展示的實驗是在水平面上用彈簧測力計拉動木塊，并通過增加木塊的數(shù)量來改變物體的質(zhì)量，以不同的接觸面來改變物體表面的光滑程度，以此來探究影響摩擦力大小的因素。在青島版《科學(xué)》教材中，展示的實驗是以彈簧測力計在水平面上拉動木塊，并通過在木塊上放置砝碼來改變物體的質(zhì)量，以木板和海綿墊為例作為水平面的不同材質(zhì)來改變物體表面的光滑程度，以此來探究影響摩擦力大小的因素。在教科版《科學(xué)》教材中，展示的實驗則是在水平面上用彈簧測力計拉動紙盒，并通過在紙盒中放置砝碼的方法改變物體的質(zhì)量，以桌面和砂紙為例作為水平面的不同材質(zhì)來改變物體表面的光滑程度，以此來探究影響摩擦力大小的因素。

雖然各教材展示的實驗材料稍有差異，但其宗旨都是讓學(xué)生通過開展實驗探究，了解物體表面所受的摩擦力大小與物體表面光滑程度以及接觸面壓力有關(guān)，學(xué)習(xí)控制變量法，為今后的科學(xué)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。因此，教師可以根據(jù)已有的實驗材料甚至是簡易材料，參考不同版本的教材，選擇合適的實驗方法來引導(dǎo)學(xué)生開展“探究與實驗”活動，以此為學(xué)生提供充分的探究式學(xué)習(xí)的機(jī)會。

單從實驗效果的角度來說，教師也可借助現(xiàn)代化的信息設(shè)備（如DIS傳感器）來完善實驗過程，提升學(xué)生實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，幫助學(xué)生更直觀、更高效地完成實驗，達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

教師在教學(xué)活動的設(shè)計過程中，不能受實驗材料缺乏等因素限制而放棄學(xué)生的實驗探究活動；相反，可以以此為契機(jī)借助不同版本的教材，調(diào)整實驗方法，完善實驗材料。其中，不變的宗旨便是引導(dǎo)學(xué)生通過自主探究實驗，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)新問題到解決問題、得出結(jié)論等一系列實驗探究過程，發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，獲取科學(xué)知識，掌握實踐技能，提升科學(xué)素養(yǎng)。