探究實踐：賦能科學思維提升

●費志明

2022 年版《義務教育科學課程標準》指出：“探究和實踐是科學學習的主要方式，要加強對探究和實踐活動的研究和指導，整合啟發式、探究式、互動式、體驗式和項目式等各種教與學方式的基本要求，設計并實施能夠促進學生深度學習的思維型探究和實踐。 ”[1]科學教學需要有意識地引導學生通過探究與實踐活動去探索知識的生成過程，掌握基本的思維方法和良好的科學思維能力。

一、思維開道：激活科學思維的“進階式探究”策略

新課標指出，科學教學倡導設計學生喜聞樂見的活動，以此激發學生學習科學的內在動力；適宜的探究內容能激發積極思維。[1]科學合理地設計適合大部分學生的探究和實踐活動，通過思維開道，激活學生的科學思維。

（一）在探究實踐的設計中激活科學思維

亞里士多德曾說過：“在教育上，實踐必先于理論，而身體的訓練需在智力訓練之先。 ”把握實踐活動有效度的關鍵是在內容上依據教材特點， 適時并有針對性地安排符合學生認知水平的探究內容，由淺入深、由易到難。

【案例1】自導自演地球的自轉

七年級下第四章第二節“地球的自轉”。 課中活動要求學生用地球儀和紙板來模擬地球自轉實驗（如圖1）對學生的想象力要求較高，表現出的問題也較多。 地球儀模擬地球自轉時容易讓學生失去方向感，同時對于太陽具體在哪個方位也讓學生難以理解。

圖1 學生模擬地球自轉

問題1：地球儀在自轉時，空間位置需要注意什么？

問題2：模擬太陽光線的紙板位置需要注意什么？

實踐證明，課堂有了學生自導自演的活動便有了靈魂。案例中地球儀和紙板只是道具，怎么演繹地球的自轉及它與太陽的關系，難以僅憑課堂幾分鐘的時間讓所有學生突破他們頭腦中的難點。 因此活動前教師讓學生設計問題，引導學生去思考需要注意的地方，為搞清其原因學生會主動探究，通過課前自己摸索并自導自演地球自轉現象這一過程，以幫助學生理解地球的自轉現象，為接下來的深入學習埋下伏筆。

在探究實踐的開始，內容的有效設計顯得尤為重要。 依據教材特點，適時并有針對性地安排符合學生認知水平、由淺入深、由易到難的探究內容，并且有計劃地安排學生在實踐前開展動腦思考的活動，甚至是自主參與設計，能讓他們的思維從模糊走向清晰，更能激活學生的科學思維。

（二）在探究實踐的推進中激活科學思維

基于學生認知水平和知識經驗，科學合理地設計適合大部分學生的探究內容之后，實踐活動進階的有序推進將更有利于學生在此過程中獲得全新的思維提升。

【案例2】學習完“光的反射和折射”后，教師給學生布置了實踐活動——尋找生活中的“光的反射和折射”。 從活動的發布、方案尋找、探究實踐、結果呈現到最后的原理揭示，每一個學生都在不同起點上獲得了最優的發展。

知識功底較弱、接受能力較困難的學生會主動掌握基礎知識和技能，為結果的展示和匯報做準備，他們不再望題生畏，取而代之的是積極參與，梳理知識脈絡。基礎和能力均處于中上等的學生，應給予他們更多自由發展的空間，培養他們的實踐能力與創新精神，促進他們科學思維的多元化。這樣的實踐活動充分喚起了全體成員的學習熱情，也讓學生在實踐中找到了自信，獲得成功的心理體驗[2]。

二、思維卷入：發展科學思維的“創變式探究”策略

探究實踐教學的目的是讓學生在實踐過程中不斷探索未知，提高自身的探究能力和實踐動手能力。為了達到這個目的，應向學生提供充分的科學探究機會。我們將實踐活動分為課前實踐熱身、課中實踐展示和課后實踐拓展三類。 課前實踐以預習導學為主，課中實踐以突破重點為主，課后實踐以拓展提升為主。 抓住每個時間段的特點設計相應的實踐類活動，優化其設計，讓學生可以多層次、多種類、多角度地自主選擇，增強其學習效率。

（一）課前以實踐為抓手，發展學生思維的靈活性

我們曾擔心學生經過課前預習，是否會對新課課堂失去原有的興趣。 但換位思考，如果教師將預習設計成一個個新鮮、有趣、好玩的游戲或學生樂于接受又生動有趣的學習活動，學生參與活動的積極性就能被更好地調動起來。

【案例3】潛艇浮沉之原理探秘

八年級上第一章第三節“水的浮力”中“物體沉浮條件的應用”。課前教師提問：“你知道潛艇在水中是怎樣上浮和下沉的嗎？”根據教材安排活動并附插圖（潛艇浮沉的模擬實驗），要求有興趣的同學根據潛艇的工作原理先嘗試自制簡易潛水艇（如圖2）。

圖2 制作潛水艇模型

興趣是最好的老師， 在條件允許的情況下，教材中很多演示實驗可以通過實踐熱身的方式提前安排給學生。當學生充滿好奇心地去嘗試實踐時，他們會深入鉆研課本，盡可能挖掘影響潛艇制作中可能出現的因素，例如材料的選擇、整套裝置的密封程度等，往往這時實踐已經讓他們身臨其境地感受到了浮力的魅力所在。

參考教材中“潛艇浮沉的模擬實驗”，學生通過課前思考、構思和設計等準備，無形中已經靈活地掌握了潛艇浮沉的知識，遠比我們在課堂上通過演示實驗傳授知識其記憶深刻得多。 這樣，一方面激發了學生的探究熱情，為接下來的科學課堂教學做有力鋪墊；另一方面又讓我們有更多的時間與學生交流實踐心得。

（二）課中實踐多元化，發展學生思維的敏捷性

在保證課堂教學有序進行的前提下，課中實踐應根據教材內容和教學目標進行相應的展現。由教師收集并挑選具有代表性的、能突破課堂重點或難點的活動方案，在教學中有序地安排相應小組來呈現他們的實踐結果。通過多元化的展現、演示實驗、游戲甚至是大家來推薦等方式，讓學生體會學習中探究、實踐中學習的快樂[3]。

【案例4】“摩擦力”課中互動——氣球提米

在教材“筷子提米活動”的基礎上增加了富有挑戰性的活動，由實踐小組“夢之隊”同學來分享他們的活動。 在氣球提米實驗（如圖3）中對比教材上的筷子提米實驗和同學們的創新活動， 在比較、 討論中，讓無形的摩擦力知識深深地印刻在同學們的腦海里。有目的、有計劃地在課堂中穿插學生自己設計的實踐活動，學生們會不由自主地在興趣驅動下主動參與到課堂活動中來。

圖3 氣球提米

多元化的實踐活動是集合學生動腦思考和動手實踐后的智慧結晶，它更能展示學生基于自己設計的對比實驗，闡述自身在理解教材知識點方面的獨到見解和新穎的實踐設想。 而有了多元化實踐活動后的科學課堂會更加具有趣味性，它拓寬了學生的思路,進一步提升了學生思維的發散性、敏捷性。

（三）課后實踐顯優勢，發展學生思維的創造性

課后實踐的類型可以變得更加豐富，游戲類、活動類、制作類、拓展類等個性化探究與實踐活動有機融入科學學習中。 這不僅有利于培養學生良好的思維習慣，也有利于在課后延伸中發展學生思維的創造性，豐富他們課余生活的多樣體驗。

【案例5】凸透鏡成像——揭秘望遠鏡的奧秘

問題1：放大鏡是放大近處物體，那么望遠鏡就是放大遠處的物體，它是怎么放大的呢？

【活動環節】用放大鏡觀察遠處的建筑物。

學生：只能看到遠處建筑縮小倒立的實像。

問題2： 既然物體通過望遠鏡內凸透鏡成的是倒立、縮小的像，那怎么會看清楚遠處的東西呢？

學生討論形成觀點：將倒立、縮小的像再經過放大鏡放大就能被看清了，如圖4。

圖4 模擬望遠鏡

【討論環節】學生小組討論望遠鏡的主要構造與內部原理

學生：望遠鏡由于物體離物鏡較遠（在2 倍焦距之外），通過物鏡成的是倒立、縮小的實像，其物鏡原理類似于照相機。

學生討論形成觀點：雖然物鏡所成的是倒立、縮小的像，但目鏡會重新放大像，目鏡起放大作用，類似于放大鏡。

問題3：那么，目鏡與物鏡的位置有什么要求嗎？ 手持望遠鏡的成像特點又與凸透鏡成像有什么關聯？

問題4：望遠鏡的成像特點又需要滿足什么條件？

學生：物鏡的作用是拉近物體與人眼之間的距離。 經過物鏡所成的實像只要落在目鏡的一倍焦距與兩倍焦距以內，目鏡再將這個像放大，人就可以看清遠處的物體了。

學生：物鏡的焦距短一點的話，會讓我們設計的望遠鏡體積更小一些，鏡筒更短一些，用起來也更方便一些。

這一環節有利于發展學生思維的創造性，在形式上更趨向于對學生問題分析能力和組員間相互協作能力的培養。 學生需要有更充分的時間和精力去分析和解決問題，而課后實踐時間的開放恰恰能滿足學習能力強的學生繼續深層次探究的需求，又能照顧部分學習能力偏弱的學生自主完成規定的實踐內容。 這便能充分提高探究與實踐的有效性，是真正實現學生學有所得的好途徑。

三、思維生長：提升科學思維的“優評式探究”策略

2022 年版《義務教育版科學課程標準》指出：“強化過程評價，重視‘教-學-評’一體化，關注學生在探究和實踐過程中的真實表現與思維活動。[1]”我們結合自己所任教班級學生的需要， 實踐活動的評價主要采取過程性評價、 成效評價和可持續性評價方式開展。在實踐的執行過程中，評價主要由教師和學生共同來完成，充分發揮教師、學生等多主體參與評價的積極性， 在發揮評價的增值功能的同時，以期進一步提升學生的科學思維。

（一）在評價中質疑，促進思維的嚴謹性

對實踐活動本身的評價是對其設計本身的正確認識和不斷改進的過程。為提供有效的反饋信息，這一過程需要學生充分參與和表達，設計實踐活動評價表（見表1）。 同時對比別組的方案，質疑與反思，包括對活動的最后成效和存在的問題作出準確判斷，進而提出更嚴密的評價方案。 整個過程能對學生的正確價值觀、關鍵能力等方面進行考查，同時也可以充分提升學生思維的嚴謹性。

表1 實踐活動評價表

（二）在評價中拓展，提升思維的深刻性

重視對參與主體的評價，能充分發揮評價的激勵作用，在評價中拓展，在拓展中提升學生思維的深刻性。表現在能深刻理解概念與原理，分析變得更為周密。在此環節中，學生在教師的指導下完成自我評價、小組自評與小組互評，整理總的評價結果，并完成對整個實踐學習情況的總結與反思。

【案例6】反常的保衛細胞

八年級下第四章第5 節“植物的葉與蒸騰作用”，學生質疑為什么保衛細胞吸水氣孔就張開，反之失水就關閉。 課堂中教師評價引導的目的在于如何在課外的拓展中讓學生更加深刻地掌握保衛細胞失水與吸水的原理。 于是學生借助氣球來模擬保衛細胞，如圖5。 當用手緩緩擠壓充氣球時，氣球膨脹，此時相當于保衛細胞吸水膨脹、氣孔張開；反之沒氣的兩氣球萎縮在一起，氣孔關閉。對于如何理解其失水與吸水原理，這樣的評價方式也不失為一個好辦法。

圖5 氣球模擬保衛細胞吸水

學生之間實踐成果的交流過程是一次全新的思維碰撞。在整個實踐學習即將結束時，學生必然更加清楚所探究的內容、采用的研究方法和步驟。這一過程能讓學生基于科學觀念與科學方法，從多角度提出更加新穎的觀點或創意，乃至用更加深刻的思維去體會探究的本質。

總之，實踐證明重視探究與實踐活動的科學教學更能贏得學生的真情投入，更能讓學生感受科學這門課程所特有的思維體驗、探究和創新的魅力，從而感受所學知識與現實生活的緊密聯系，為提升學生的科學素養賦能，促進學生科學思維的持續發展。