探究基于概念建構(gòu)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)策略

楊茜

科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)中存在著動(dòng)機(jī)不明確，僅僅追求形式上的“正確”，用程序化的探究過(guò)程代替學(xué)生思維，學(xué)生缺乏深層次的探究體驗(yàn)的普遍現(xiàn)象。本文以蘇教版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)《光的行進(jìn)》中“光沿直線傳播”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)為例，提出基于概念建構(gòu)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)策略，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的效能，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)和實(shí)踐能力。

一、學(xué)情分析

“光沿直線傳播”的實(shí)驗(yàn)來(lái)源于蘇教版《科學(xué)》五年級(jí)上冊(cè)第二單元“光與色彩”第一課《光的行進(jìn)》，本課是以課標(biāo)中“識(shí)別光源;知道光在空氣中沿直線傳播的概念”為依據(jù)建構(gòu)的，是學(xué)生認(rèn)識(shí)其他光現(xiàn)象的基礎(chǔ)。

在以往的教學(xué)當(dāng)中，我們都會(huì)做這樣的實(shí)驗(yàn)：學(xué)生先假設(shè)光沿直線傳播，然后我們把一組帶孔的卡片沿直線排列，小孔對(duì)齊，這時(shí)我們打開(kāi)光源，會(huì)在后面的屛上出現(xiàn)一個(gè)光斑。左右移動(dòng)卡片，光斑會(huì)發(fā)生變化或消失，這就說(shuō)明了光沿直線傳播。這是實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)基本邏輯。經(jīng)過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生是否真正能夠建構(gòu)光沿直線傳播的概念呢？我們帶著這樣的疑問(wèn)對(duì)學(xué)生（73 人）進(jìn)行了后測(cè)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。

從結(jié)果可以看出，大多數(shù)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了光沿直線傳播的假設(shè)，都知道光沿直線傳播這一特性?？赏瑫r(shí)我們也發(fā)現(xiàn)了很嚴(yán)重的問(wèn)題：88% 的學(xué)生只畫(huà)出了穿過(guò)小孔的那一條光線。這說(shuō)明學(xué)生對(duì)于這一概念的建構(gòu)僅僅停留在穿過(guò)小孔的那一條光線沿直線傳播上，并沒(méi)有關(guān)注到其他的光線。在他們腦海中沒(méi)有形成光束是由一道道光線組成的微觀的線性模型概念。這種機(jī)械式的、表象性的、不完整的對(duì)概念的理解，讓學(xué)生無(wú)法進(jìn)行知識(shí)的遷移，很難解釋生活中的現(xiàn)象，比如光斑、影子的形成，小孔成像的原理等。如何幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)的光線模型成為我們教學(xué)的核心。

二、實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

1. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)后測(cè)結(jié)果、課標(biāo)及學(xué)生的認(rèn)知水平，我們將探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：

（1）探究光在空氣中的傳播路徑，建構(gòu)光沿直線傳播的概念;

（2）通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)象分析，建立科學(xué)的 “光線”模型;

（3）運(yùn)用光線模型解釋小孔成像的原理。

2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

怎樣才能達(dá)到我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)呢？我們對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新，對(duì)教具進(jìn)行了改進(jìn)。通過(guò)三個(gè)層級(jí)的系列實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生經(jīng)歷“形象思維”→“抽象思維”→“邏輯思維”的轉(zhuǎn)變過(guò)程，逐級(jí)進(jìn)行概念的理解和建構(gòu)。

實(shí)驗(yàn)一：一條光線沿直線傳播

第一層級(jí)的實(shí)驗(yàn)探究使用的還是教材中的實(shí)驗(yàn)。打開(kāi)手電，將3 張帶孔卡片放在假設(shè)的光的傳播路徑上。當(dāng)卡片沿直線排列，小孔對(duì)齊時(shí)，屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)光斑。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：穿過(guò)小孔的這一條光線沿直線傳播。通過(guò)后測(cè)，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生關(guān)注的只是穿過(guò)小孔的這條光束，并沒(méi)有關(guān)注到其他的光線。造成這一結(jié)果的原因是手電筒發(fā)出的光從學(xué)生觀察的平面上看起來(lái)比較窄。

于是我們對(duì)教具進(jìn)行了改進(jìn)，改變光源。將傳統(tǒng)手電筒改為可變焦手電筒，同時(shí)將手電筒的聚光透鏡拆除，擴(kuò)大手電筒的光區(qū)面積（接近180 度）。這時(shí)學(xué)生就會(huì)關(guān)注到，除了穿過(guò)小孔的這條光線，還有很多其他的光線，這些光線是不是也是沿直線傳播的呢？

實(shí)驗(yàn)二：立體空間內(nèi)每一條光線沿直線傳播

學(xué)生的認(rèn)識(shí)是不斷發(fā)展的，有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)老師這個(gè)手電筒發(fā)出的光不僅限于在這一個(gè)平面內(nèi)，它是一個(gè)立體的，這些光線是不是也是沿直線傳播呢？是不是也可以用之前的方法進(jìn)行求證呢？通過(guò)對(duì)前面兩組實(shí)驗(yàn)的分析、類比，學(xué)生推測(cè)只要把帶孔紙板舉起來(lái)，置于立體空間中，稍微調(diào)整三張紙板的角度即可。

依據(jù)學(xué)生認(rèn)識(shí)的發(fā)展，同時(shí)根據(jù)便于操作的實(shí)驗(yàn)需求，我再一次對(duì)教具進(jìn)行改進(jìn)，將一組帶孔卡片用強(qiáng)力磁鐵和夾子固定在透明直尺上并沿直線排列。將尺子傾斜抬起，使卡片與光源成一定角度。打開(kāi)光源，調(diào)整直尺角度，直到光屏出現(xiàn)光斑。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于把第二層級(jí)的實(shí)驗(yàn)放到一個(gè)立體空間當(dāng)中。我將實(shí)驗(yàn)三設(shè)定為演示實(shí)驗(yàn)，所以提前預(yù)設(shè)了一組沿直線擺放的帶孔的卡片，上下轉(zhuǎn)動(dòng)光源，可以看到光斑位置沒(méi)有改變。那么依據(jù)之前的實(shí)驗(yàn)邏輯，這就說(shuō)明了在這個(gè)立體空間里有許多光線，每條光線都沿直線傳播。

三、基于概念建構(gòu)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)策略

1.通過(guò)“前測(cè)”搭建“已知”和“未知”的橋梁

學(xué)生進(jìn)入課堂前已經(jīng)掌握了相關(guān)的科學(xué)概念。在進(jìn)行“光沿直線傳播”概念教學(xué)時(shí)，通過(guò)“前測(cè)”探明學(xué)生原有的對(duì)“光線”的概念，找到形成“原概念”的原因，通過(guò)逐級(jí)推進(jìn)的系列探究實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生逐步建構(gòu)完整的 “光線”模型。因此在每個(gè)單元開(kāi)始時(shí)，教師要認(rèn)真做好診斷性評(píng)估，主動(dòng)了解學(xué)生在每個(gè)單元中存在的誤區(qū)。師生在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)教學(xué)互動(dòng)發(fā)生概念轉(zhuǎn)變，從而形成或建構(gòu)出正確的概念。

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果是學(xué)生思維發(fā)展的“素材”

探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程要呈現(xiàn)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行比較、分析、歸納、演繹等思維活動(dòng)，思做結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。教材上的“光沿直線傳播”實(shí)驗(yàn)只是簡(jiǎn)單讓學(xué)生用三張帶孔紙板驗(yàn)證生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生缺少深度的思考。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)和新舊經(jīng)驗(yàn)交互作用的過(guò)程。教師不僅要幫助學(xué)生在探究過(guò)程中獲得對(duì)信息的正確理解，同時(shí)還要能夠賦予新的解釋，并在此基礎(chǔ)上重新建構(gòu)知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)不僅要憑著本身的特點(diǎn)去激發(fā)和滿足學(xué)生的好奇心，更要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)求證的重要性。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、觀察中能不停地思考，形成對(duì)科學(xué)概念的正確理解，優(yōu)化學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)。實(shí)驗(yàn)不僅是驗(yàn)證假設(shè)的過(guò)程，更應(yīng)該是學(xué)生思維參與的探究過(guò)程。