用科學(xué)實(shí)踐甄別探究活動(dòng)的真?zhèn)?/h1>

2017-06-19 09:56:33吳彬

小學(xué)教學(xué)參考(綜合)訂閱 2017年6期 收藏

關(guān)鍵詞：自主建構(gòu)認(rèn)知沖突探究活動(dòng)

吳彬

[摘要]當(dāng)下的小學(xué)科學(xué)課堂，探究活動(dòng)熱鬧非凡，這說(shuō)明了從課程改革以來(lái)，廣大教育工作者對(duì)科學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了深入的研究，但這些探究活動(dòng)中，對(duì)如何甄別活動(dòng)真?zhèn)我恢贝嬖跔?zhēng)議，科學(xué)實(shí)踐的提出給我們提供了評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。為此，教師嘗試以“科學(xué)實(shí)踐”理念為依據(jù)，提煉出三條甄別探究活動(dòng)的真?zhèn)螛?biāo)準(zhǔn)。

[關(guān)鍵詞]探究活動(dòng)；科學(xué)實(shí)踐；認(rèn)知沖突；推理論證；自主建構(gòu)

[中圖分類(lèi)號(hào)]G623.6[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]10079068（2017）18007502

案例1：流水改變巖石的模樣

學(xué)生：四年級(jí)，11歲

教師在備課過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，模擬流水對(duì)巖石的作用時(shí)，巖石發(fā)生非常細(xì)微的變化，如果不仔細(xì)觀(guān)察，就無(wú)法發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)前后所發(fā)生的變化。為了提高課堂教學(xué)效率，教師特地找了一些非常松脆的巖石，讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常明顯，學(xué)生很快就得出結(jié)論，流水會(huì)改變巖石的模樣。

幾年前，我們還為這樣高效的探究活動(dòng)沾沾自喜，但當(dāng)下我們發(fā)現(xiàn)這樣的探究活動(dòng)存在很大的問(wèn)題。其問(wèn)題的癥結(jié)在于我們只考慮到了時(shí)間，忽視了探究活動(dòng)中的核心因素——科學(xué)家是否是這樣來(lái)研究——用有效的推理論證找出模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)度。案例1中的探究活動(dòng)完全服務(wù)于預(yù)設(shè)的結(jié)論，教師為了達(dá)到預(yù)設(shè)的結(jié)論特地找一些外在物來(lái)促成，我把這樣的探究活動(dòng)定為偽探究，而當(dāng)下類(lèi)似這樣的偽探究在小學(xué)科學(xué)探究活動(dòng)中大量存在。

“科學(xué)實(shí)踐”全稱(chēng)是科學(xué)與工程實(shí)踐，來(lái)源于2013 年公布的美國(guó)新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)（NGSS）。國(guó)內(nèi)不少專(zhuān)家從不同角度對(duì)“科學(xué)實(shí)踐”進(jìn)行闡述，其中中央教科所郁波將“科學(xué)實(shí)踐”解釋為學(xué)生應(yīng)該像科學(xué)家了解、認(rèn)識(shí)自然世界的過(guò)程那樣來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)。從教學(xué)層面上可以具體理解為：學(xué)生需要通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行核心概念的有效學(xué)習(xí)，這種實(shí)踐應(yīng)該與科學(xué)家的研究更為相似。

基于此，筆者認(rèn)為郁波從教學(xué)層面上將“科學(xué)實(shí)踐”闡述為“學(xué)生需要通過(guò)實(shí)踐進(jìn)行核心概念的有效學(xué)習(xí)，這種實(shí)踐應(yīng)該與科學(xué)家的研究更為相似?！边@對(duì)當(dāng)下的科學(xué)探究活動(dòng)具有重要的指導(dǎo)意義。那么，怎樣才能讓學(xué)生的研究與科學(xué)家的研究更為相似呢？所以筆者嘗試從以下三個(gè)方面進(jìn)行闡述。

一、引發(fā)認(rèn)知沖突——學(xué)生探究的原動(dòng)力

認(rèn)知沖突是把新的現(xiàn)象與原來(lái)的認(rèn)知相聯(lián)系的過(guò)程，當(dāng)新的現(xiàn)象無(wú)法納入原來(lái)的認(rèn)知時(shí)，會(huì)造成心理失衡，認(rèn)知沖突就產(chǎn)生了。認(rèn)知沖突是學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，也是科學(xué)家研究問(wèn)題的出發(fā)點(diǎn)。真正的探究活動(dòng)必須讓學(xué)生經(jīng)歷認(rèn)知沖突，引起深刻反思，促發(fā)主動(dòng)探究，但認(rèn)知沖突會(huì)逐步推進(jìn)，推進(jìn)得越深，認(rèn)知沖突越難進(jìn)行，學(xué)生會(huì)把觀(guān)察到的現(xiàn)象不停納入原有的認(rèn)知體系中，并從這個(gè)體系中出發(fā)尋找證據(jù)，而忽視其他證據(jù)的存在?，F(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為，任何觀(guān)察都是滲透著理論并受理論束縛的。在這種情況下，教師應(yīng)怎樣去引導(dǎo)學(xué)生發(fā)生深層次的認(rèn)知沖突呢？

案例2： 物體在水中的沉浮

學(xué)生：五年級(jí)，12歲

教師演示各種物體的沉浮，有礦泉水瓶、蠟燭、回形針、泡沫、橡皮、小玻璃瓶、木塊、石塊等。每次演示之前都先讓學(xué)生猜測(cè)，然后研討沉浮跟什么因素有關(guān)，逐一討論，有的說(shuō)重量，有的說(shuō)大小，有的說(shuō)材料，有的說(shuō)空氣等。討論中有很多因素被否定了，比如重量因素，一些學(xué)生聽(tīng)到之后會(huì)馬上反駁，蠟燭比回形針重很多，但蠟燭浮，回形針卻沉。這些都非常順利，因?yàn)槭聦?shí)就擺在眼前，最終剩下空氣因素不能否定，這是學(xué)生最后一根稻草，學(xué)生不會(huì)輕易放棄。學(xué)生認(rèn)為有空氣的物體容易浮，沒(méi)有空氣的物體就容易沉，用此觀(guān)念來(lái)解釋剛才很多物體的演示，似乎都能套用。這時(shí)，教師提到蠟燭沒(méi)有空氣，為什么是浮的呢？學(xué)生認(rèn)為蠟燭中間有很多小空氣存在，這時(shí)班級(jí)中絕大部分學(xué)生開(kāi)始支持這樣的觀(guān)點(diǎn)。

這個(gè)觀(guān)點(diǎn)的存在成了整個(gè)單元教學(xué)的死結(jié)，因?yàn)樵诤罄m(xù)的課中用不同重量同體積的塑料球和不同體積同重量的圓柱體這套材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生也搬出了這套理論，同樣也適用。在這種情況下，一定要找到一個(gè)沉浮現(xiàn)象是學(xué)生的“空氣理論”解釋不了的，這樣才會(huì)引發(fā)認(rèn)知沖突，才能讓學(xué)生重新去探索影響物體沉浮的因素。教師一開(kāi)始想到的材料是一個(gè)浮的玻璃球，然后把里面的空氣抽出來(lái)，再演示是沉是浮。可是小學(xué)科學(xué)材料中沒(méi)有這樣的設(shè)備，即使有，怎么樣做才能讓學(xué)生相信玻璃球里面的空氣被抽干了呢？最終教師找到了注射器的妙用，將注射器的推手推到底部，把注射孔封住，不讓空氣進(jìn)入，在注射器的兩旁捆綁上兩根三寸鐵釘（這樣注射器就能沉到水底），然后把注射器的推手往上拉（空氣不能進(jìn)來(lái)），將剛才的兩枚鐵釘撐在針筒和推手之間（因?yàn)檫@種情況下把手放開(kāi)后，推手會(huì)自動(dòng)拉回到原處，關(guān)鍵學(xué)生對(duì)此非常了解），這樣還是注射器和剛才的鐵釘，注射器內(nèi)的空氣也沒(méi)有增多，讓學(xué)生預(yù)測(cè)這注射器的沉浮。如果還是沉，說(shuō)明確實(shí)跟空氣有關(guān)，因?yàn)榭諝獠辉龆啵矬w保持原來(lái)的沉浮。如果浮了，又說(shuō)明什么呢？學(xué)生意識(shí)到，浮了就說(shuō)明沉浮與空氣因素?zé)o關(guān)，因?yàn)榭諝鉀](méi)有變，物體同樣有沉浮的變化。預(yù)測(cè)時(shí)很多學(xué)生很肯定注射器會(huì)沉下去，演示后發(fā)現(xiàn)注射器浮起來(lái)了，學(xué)生都驚呆了。一些學(xué)生還懷疑注射器是否漏氣，教師將撐在推手和針筒間的鐵釘拿去后，推手回到原位……

從學(xué)生驚呆的表情中，我們知道認(rèn)知沖突已經(jīng)發(fā)生了。認(rèn)知沖突有淺有深，淺層次的認(rèn)知沖突在學(xué)生的研討中就能發(fā)生，它會(huì)讓部分學(xué)生進(jìn)行概念建構(gòu)，如案例2中一些學(xué)生認(rèn)為重的沉、輕的浮，這種認(rèn)知沖突是個(gè)別性的、淺層次的。隨著研討的推進(jìn)，一些學(xué)生的概念逐步被修正，一些觀(guān)念在經(jīng)受一輪又一輪的實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生會(huì)對(duì)它堅(jiān)信不疑，并會(huì)出現(xiàn)很多支持者，所有的問(wèn)題會(huì)聚焦在一個(gè)點(diǎn)上，這時(shí)的認(rèn)知沖突是集體性的、深層次的。學(xué)生只有經(jīng)過(guò)這樣的認(rèn)知沖突，后續(xù)的探究活動(dòng)才會(huì)有意義。這種集體性的、深層次的認(rèn)知沖突是否出現(xiàn)就可以作為甄別探究活動(dòng)真?zhèn)蔚囊粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

二、反復(fù)推理論證——探究活動(dòng)的核心

缺少反復(fù)論證與推理，是當(dāng)下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的突出問(wèn)題，案例1就暴露了這個(gè)問(wèn)題，結(jié)論的得出過(guò)于盲目，這顯然不是“像科學(xué)家那樣的研究”，教師也沒(méi)有意識(shí)到要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)得出的結(jié)論進(jìn)行反思——結(jié)論可靠嗎？有依據(jù)嗎？相比教師盲目地下結(jié)論，讓學(xué)生產(chǎn)生爭(zhēng)論更有價(jià)值。

案例3： 白糖加熱后的變化

學(xué)生：六年級(jí)，13歲

把白糖放在金屬的調(diào)羹中，放在蠟燭上加熱，教師要求學(xué)生觀(guān)察白糖的變化，并把重要信息記錄下來(lái)。觀(guān)察中，一些現(xiàn)象超出了學(xué)生的預(yù)想，一開(kāi)始學(xué)生就覺(jué)得很驚訝，課堂慢慢變得躁動(dòng)起來(lái)，有些甚至大喊，教師提醒學(xué)生把重要信息記錄下來(lái)。實(shí)驗(yàn)完成后，教師組織學(xué)生研討，大家發(fā)現(xiàn)了白糖加熱中發(fā)生很多變化。教師拋出了研討主題“加熱前的白糖和加熱后的白糖是否是同一物質(zhì)？”問(wèn)題提出后，學(xué)生明顯沒(méi)有剛才活躍了，一些學(xué)生認(rèn)為沒(méi)有發(fā)生變化，因?yàn)闆](méi)有加入其他的物質(zhì)，應(yīng)該還是糖。一些學(xué)生認(rèn)為發(fā)生變化了，因?yàn)轭伾珰馕抖及l(fā)生了改變。雙方各占一詞，爭(zhēng)論不下。這時(shí)，教師組織接下去的活動(dòng)：“小組討論，你們認(rèn)同哪一種觀(guān)點(diǎn)，是否能找到更有力的證據(jù)或?qū)嶒?yàn)方法。在此過(guò)程中需要教師提供什么幫助或是器材。”一些學(xué)生就想重新做實(shí)驗(yàn)，并得到很多同學(xué)的支持。

在第二節(jié)課中，學(xué)生再次做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生明顯沒(méi)有上節(jié)課那樣躁動(dòng)。實(shí)驗(yàn)完成后，一些學(xué)生提到了白糖發(fā)生過(guò)程性的變化，一些學(xué)生認(rèn)為最終的物質(zhì)是炭而不是糖，但一些學(xué)生還是認(rèn)為，白糖本質(zhì)沒(méi)有變，僅僅是顏色發(fā)生變化，刺鼻的氣味是白糖加熱中所散發(fā)出來(lái)的氣味。于是有學(xué)生提到了是否能為他們提供一杯水，想看看加熱后的白糖在水中的狀態(tài)……

學(xué)生為什么會(huì)有重新做實(shí)驗(yàn)的想法，這就是科學(xué)家的思維，科學(xué)家對(duì)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)會(huì)反反復(fù)復(fù)進(jìn)行，直到?jīng)]有思考點(diǎn)為止。學(xué)生做兩次實(shí)驗(yàn)似乎是一樣的，材料也是一樣的，但兩次實(shí)驗(yàn)的關(guān)注點(diǎn)不一樣，后面的實(shí)驗(yàn)是在有了新的關(guān)注點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而這個(gè)關(guān)注點(diǎn)一定是第一次實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有關(guān)注到的，這就是再做實(shí)驗(yàn)的意義。事實(shí)上，第二次做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)帶著新思考去觀(guān)察，實(shí)驗(yàn)后的確有更有意義的新發(fā)現(xiàn)。我認(rèn)為這種觀(guān)察本身就“與科學(xué)家的研究更為相似”。學(xué)生為什么會(huì)想到要再一次做實(shí)驗(yàn)，后來(lái)為什么會(huì)想到要一杯水，說(shuō)明學(xué)生的思維在不斷向前發(fā)展，反復(fù)推理論證不是在原地打轉(zhuǎn)，而是需要思維不斷推進(jìn)。這種思維的推進(jìn)，恰恰是探究活動(dòng)中最為核心的部分，因此，是否有這樣的反復(fù)推理論證是甄別探究活動(dòng)真?zhèn)螛O為重要的標(biāo)準(zhǔn)。

三、自主建構(gòu)概念——探究活動(dòng)的歸宿

如果學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷了認(rèn)知沖突，反復(fù)推理論證，就能自主建構(gòu)概念，它是探究活動(dòng)的最終歸宿，“探究”與“概念”雙螺旋發(fā)展也是國(guó)內(nèi)專(zhuān)家對(duì)“科學(xué)實(shí)踐”達(dá)成的共識(shí)，但他的實(shí)現(xiàn)是在上述兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上自然達(dá)成的。如果缺少了認(rèn)知沖突，就無(wú)法進(jìn)行反復(fù)論證推理，也就無(wú)法落實(shí)科學(xué)概念的自主建構(gòu)。因此，概念的自主建構(gòu)也作為甄別探究活動(dòng)真?zhèn)蔚臉?biāo)準(zhǔn)之一。

案例4：水與水蒸氣

學(xué)生：三年級(jí)，10歲

第一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)是交流生活中的蒸發(fā)現(xiàn)象，集體看了一組魚(yú)缸中的水逐漸蒸發(fā)的照片，從而指出水變成水蒸氣稱(chēng)為蒸發(fā)。第二個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)是觀(guān)察水蒸氣，讓學(xué)生在桌面上、皮膚上用水寫(xiě)字，隨即總結(jié)水蒸氣是看不見(jiàn)、摸不著、無(wú)色無(wú)味的一種氣體。并重復(fù)地問(wèn)水蒸氣是怎樣的，試圖讓學(xué)生強(qiáng)化記憶。第三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)是觀(guān)察水蒸氣的凝結(jié)現(xiàn)象，教師讓學(xué)生用冷和熱兩塊玻璃分別蓋在同樣溫度的熱水上，學(xué)生發(fā)現(xiàn)冷玻璃片上很快就有了水珠，當(dāng)教師問(wèn)這是什么時(shí)，幾乎所有學(xué)生都說(shuō)是水蒸氣。教師只能搬出科學(xué)家，“科學(xué)家說(shuō)水蒸氣是看不見(jiàn)、摸不著的”。接著給每個(gè)小組發(fā)一瓶冰礦泉水，觀(guān)察冰礦泉水外面的水，依舊有學(xué)生說(shuō)是水蒸氣。最后教師演示水燒開(kāi)后噴出白氣的現(xiàn)象，分析看不見(jiàn)的部分和看得見(jiàn)的部分各是什么。

課后我采訪(fǎng)了一位上課表現(xiàn)非常出色的男同學(xué)，我問(wèn)他：“你覺(jué)得水蒸氣是看得見(jiàn)還是看不見(jiàn)的?！彼卮鸬溃骸坝袝r(shí)候看得見(jiàn)，有時(shí)候看不見(jiàn)。”我繼續(xù)追問(wèn)道：“什么時(shí)候看得見(jiàn)?！彼卮鸬溃骸盁岬臅r(shí)候就能看見(jiàn)?！?/p>

從這位學(xué)生的回答中說(shuō)明他對(duì)水蒸氣的概念建構(gòu)沒(méi)有達(dá)到教師預(yù)期，甚至可以說(shuō)毫無(wú)發(fā)展，原因在于他對(duì)水蒸氣的原先認(rèn)識(shí)，對(duì)于解釋這整堂的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象綽綽有余，這就不會(huì)有認(rèn)知沖突，因此后面看似滿(mǎn)滿(mǎn)的探究活動(dòng)，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)都是無(wú)效的。

引發(fā)認(rèn)知沖突，反復(fù)推理論證，自主建構(gòu)概念，這是科學(xué)家在研究問(wèn)題中最重要的三點(diǎn)，也是“科學(xué)實(shí)踐”理念的核心部分，它們既是衡量探究活動(dòng)真?zhèn)蔚臉?biāo)準(zhǔn)，也是在一個(gè)探究活動(dòng)中一脈相承的三個(gè)過(guò)程，以此為圭臬，能讓我們的探究活動(dòng)朝著正確的方向不斷前行。

（責(zé)編藍(lán)祝丹）

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