像科學(xué)家探究科學(xué)一樣學(xué)習(xí)科學(xué)

盧君輝 趙洪濤

課程概述

活動針對初中生物課中對能力層面“初步學(xué)會生物科學(xué)探究的一般方法”的教學(xué)要求，以“水生生物晚上睡覺嗎？”為問題導(dǎo)向，綜合利用水族館各類活體展示生物，充分利用展廳時間空間資源、多媒體教室和觀察器材等教學(xué)資源，在7 天時間內(nèi)，通過小組合作的形式提出假設(shè)，制訂觀察研究計劃，夜宿水族館實施觀察，記錄并整理數(shù)據(jù)，交流討論并得出結(jié)論，以論文和演講匯報的形式展示分享成果，發(fā)展學(xué)生提出問題、作出假設(shè)、制訂計劃、實施計劃、得出結(jié)論、表達和交流的科學(xué)探究能力。

教學(xué)目標

本項目重點在于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，通過活動讓學(xué)生親歷完整的科學(xué)研究一般過程（遇到問題，提出假設(shè)，設(shè)計研究方案，開展探究，得出結(jié)論，成文并交流），掌握觀察記錄法、分析綜合法、對比法、類比法、控制變量法、抽樣檢測等常用科學(xué)研究方法，達到能自主完成較為簡單的完整科學(xué)探究過程。通過親自體驗研究生的科學(xué)研究過程，培養(yǎng)勇于克服困難、實事求是、大膽質(zhì)疑、交流合作、樂于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。

教學(xué)過程

按照探究的步驟可將活動分為“前期鋪墊，引出問題”“制訂研究方案”“觀察記錄”“整理數(shù)據(jù)，分析討論”“撰寫論文，分享交流”5 個階段。

前期鋪墊，引出問題

階段目標：熟悉同伴和研究對象，知識鋪墊，引入情境，引出探究問題。

設(shè)計意圖：學(xué)生相互認識、初步了解，以便后續(xù)分組合作;對水族館的生物形成初步了解;了解動物的休眠行為與物種分類、生活環(huán)境等因素密切相關(guān);引出探究問題。

學(xué)情分析和教學(xué)策略：學(xué)生正式活動前已通過招生簡章知曉活動主題，因此在“引出問題”階段，需要先讓學(xué)生熟悉水族館生物的行為規(guī)律，激發(fā)對生物的興趣，引導(dǎo)學(xué)生自然地對水生生物夜間是如何“睡覺”的產(chǎn)生好奇和疑問，而非生硬地將問題“布置”給學(xué)生。

制訂研究方案

階段目標：確定觀察對象、觀察指標、研究手段、如何記錄數(shù)據(jù)、如何分工合作。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下通過小組討論自主形成研究方案，培養(yǎng)合作交流能力。

學(xué)情分析和教學(xué)策略：學(xué)生容易選取一些過于抽象、不適合定量觀測的指標，或根本不知道有什么指標可供觀測。教師需要一方面鼓勵學(xué)生大膽開啟“腦洞”，一方面通過引導(dǎo)和討論排除學(xué)生不切實際的想法，保留有價值的想法，做到“思想天馬行空，行動落地生根”。

觀察記錄

階段目標：記錄翔實準確的觀察數(shù)據(jù)。

設(shè)計意圖：觀察記錄需要小組統(tǒng)籌安排分工行動，鍛煉學(xué)生的交流合作能力。準確的觀測需要學(xué)生精力高度集中，鍛煉學(xué)生的專注力。連續(xù)1 個晝夜周期的觀測，讓學(xué)生體驗到科學(xué)研究是一件嚴肅、認真、辛苦的事情，有時不得不占用休息時間，付出大量心血才能有所收獲。

學(xué)情分析和教學(xué)策略：實踐與計劃總會有一些出入，學(xué)生經(jīng)常在觀測中遇到之前沒預(yù)料到的問題，如測量鯊魚游速，學(xué)生計劃記錄鯊魚游過1 米所用的時間，用公式v=S/t （速度= 路程/ 時間）帶入即可求解，但實際觀測時發(fā)現(xiàn)鯊魚游動隨機性很強，經(jīng)常尚未游完1 米就轉(zhuǎn)彎、掉頭。教師需要在各展廳來回巡視，觀察詢問各組進展情況，針對暴露的問題與學(xué)生交流討論、給出指導(dǎo)意見。

整理數(shù)據(jù)，分析討論

階段目標：整理實驗數(shù)據(jù)，繪制統(tǒng)計圖表，對實驗結(jié)果進行解釋。

設(shè)計意圖：學(xué)會科學(xué)地整理實驗數(shù)據(jù)并繪制圖表，對實驗結(jié)果進行合理解釋，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹、實事求是的科學(xué)態(tài)度。

學(xué)情分析和教學(xué)策略：教師需要總結(jié)易出現(xiàn)的問題并進行集中講授，關(guān)注每個學(xué)生進度，隨時一對一指導(dǎo)。教師需著重強調(diào)，切不可為了使實驗結(jié)果好看而編造、篡改數(shù)據(jù)，堅決杜絕學(xué)術(shù)造假的行為，牢固樹立尊重事實的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。分析討論時，學(xué)生較難把握主觀推斷的尺度，易提出一些脫離實際的結(jié)論，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生嚴格基于研究數(shù)據(jù)和已有知識進行推理判斷。

撰寫論文，分享交流

階段目標：撰寫研究論文，以演講形式分享研究成果，答辯。

設(shè)計意圖：通過論文和答辯檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和活動實施效果，鍛煉文字撰寫能力和語言表達能力，通過“授予學(xué)位”給予學(xué)生肯定和鼓勵。

學(xué)情分析和教學(xué)策略：答辯過程中學(xué)生易出現(xiàn)緊張、表達不清、講述重點偏離、直接念演示文稿等情況。教師需要告訴學(xué)生PPT 只是演講的輔助工具，演講者才是主體，PPT 應(yīng)簡明扼要、多圖表少文字。教師需提前與評委溝通，勿以過高的標準要求學(xué)生，以肯定和鼓勵為主，提出建設(shè)性意見，適當緩和答辯現(xiàn)場氣氛。

特色分析

與其他探究式教育活動相比，本活動最大的特點是開放程度高且學(xué)生自主探究程度高?！八锿砩纤X嗎？”這個問題在日常飼養(yǎng)實踐中處于關(guān)注盲區(qū)，在開展探究前即使主講教師可能也不知曉答案，活動是教師與學(xué)生攜手探索、共同獲取直接經(jīng)驗的過程。觀察對象、觀察指標、分工安排等均由學(xué)生自主確定，探究結(jié)果各不相同。即使面對同一結(jié)果，小組內(nèi)不同學(xué)生亦會有不同解釋。探究過程中學(xué)生是活動的主體，教師則扮演觀察者、評論者、引導(dǎo)者的角色。

實施情況與效果評估

實施情況

活動于2018 年和2019 年暑假開展了3 期，其中2 期招收初中生，1 期招收小學(xué)4—6 年級學(xué)生，共招收38 名學(xué)員，形成研究論文38 篇，所有學(xué)員均順利通過論文答辯，獲得小小研究生“學(xué)位證”。學(xué)生將活動經(jīng)歷撰寫成文章，有2 篇發(fā)表在了雜志《百科探秘·海底世界》上。學(xué)生的探究成果還參加了北京市中小學(xué)生金鵬科技論壇、科學(xué)傳播大賽等競賽，取得了一定成績。

效果評估

除了活動過程中進行表現(xiàn)性評估和活動結(jié)束后的問卷、訪談等總結(jié)性評估外，活動效果主要以前后對比評估衡量。通過學(xué)生撰寫的研究論文、匯報現(xiàn)場的演講、針對專家提問進行答辯這三方面的表現(xiàn)，與活動前學(xué)生對探究主題的粗淺理解形成鮮明對比，體現(xiàn)通過開展探究活動完成知識構(gòu)建的過程和效果。

總結(jié)與思考

“小小研究生”活動讓孩子在短短7 天的時間內(nèi)，親身體驗感受科學(xué)家原本需要數(shù)年時間才能完成的完整科學(xué)探索過程。將原本艱深晦澀、枯燥無味、周期冗長的科學(xué)探究過程加以濃縮、提煉和優(yōu)化，保留科學(xué)探究的精髓（科學(xué)探究的一般過程、科學(xué)思維和科學(xué)方法），依托場館展廳現(xiàn)有資源，讓孩子在輕松、愉快的氣氛中，在以學(xué)生自身為主導(dǎo)動手實踐探索中，體驗科學(xué)探究的一般過程，培養(yǎng)對水生生物的濃厚興趣，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，鍛煉交流合作能力、實踐創(chuàng)新、獨立自主能力。