科學(xué)探究教學(xué)模式在小學(xué)自然課堂中的應(yīng)用與分析

◎ 于 琪 曹慶明

科學(xué)探究能力是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生通過自然科學(xué)學(xué)習(xí)應(yīng)具備的關(guān)鍵能力，是學(xué)生面向明日世界的科學(xué)能力?？茖W(xué)探究作為小學(xué)自然學(xué)科的目標(biāo)、內(nèi)容、理念和學(xué)習(xí)方式，對(duì)小學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)有著不可替代的作用，對(duì)學(xué)生的終身發(fā)展有著不可忽視的影響。學(xué)生在科學(xué)探究活動(dòng)中，通過經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)探究時(shí)的相似過程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)與技能，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神。強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究過程，有助于推動(dòng)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。

一、探究要素的能力目標(biāo)

（一）小學(xué)自然學(xué)科科學(xué)探究的要素

《上海市小學(xué)自然學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗(yàn)本）》（以下簡稱《教學(xué)基本要求》）指出，科學(xué)探究含有提出問題與作出假設(shè)、搜集證據(jù)、處理信息、解釋問題、表達(dá)交流等五個(gè)要素。在學(xué)生的科學(xué)探究中，其探究過程可以涉及所有的要素，也可以只涉及部分要素?？茖W(xué)探究作為教育理念和學(xué)習(xí)方式，應(yīng)該滲透在教材和教學(xué)過程的不同部分。

（二）小學(xué)自然學(xué)科各探究要素的能力表現(xiàn)

科學(xué)探究所需要的能力，包括觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，思維能力，想象能力，運(yùn)用科學(xué)方法的能力，判斷決策的能力，表達(dá)、交流與合作的能力等。在小學(xué)自然學(xué)科的學(xué)習(xí)中，上述能力具體體現(xiàn)在科學(xué)探究的五個(gè)要素之中，學(xué)生的科學(xué)探究水平分為低水平（L）、中水平（M）和高水平（H）三種。對(duì)于科學(xué)探究的同一要素，在不同階段學(xué)習(xí)內(nèi)容中先后重復(fù)出現(xiàn)，可逐步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和增強(qiáng)學(xué)習(xí)的自主性。具體要求見表1（引自《教學(xué)基本要求》）。

表1 小學(xué)自然學(xué)科各探究要素的能力表現(xiàn)

二、小學(xué)自然科學(xué)探究教學(xué)基本模式的概述

教學(xué)模式是指在一定的教育思想、教學(xué)理論和學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，在一定的環(huán)境中，教與學(xué)活動(dòng)各要素之間的穩(wěn)定關(guān)系和活動(dòng)進(jìn)程的結(jié)構(gòu)形式。探究教學(xué)是指在教師的指導(dǎo)、組織和支持下，讓學(xué)生主動(dòng)參與、動(dòng)手動(dòng)腦、積極體驗(yàn)、經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，以獲取科學(xué)知識(shí)、領(lǐng)悟科學(xué)思想、學(xué)習(xí)科學(xué)方法為目的的教學(xué)過程。

探究起始于一個(gè)問題，而如何發(fā)現(xiàn)問題或提出問題是探究活動(dòng)的初始，基于小學(xué)生的心理和能力特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)一個(gè)合適的情境可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而產(chǎn)生探究的意愿。情境可以通過觀察、實(shí)驗(yàn)或體驗(yàn)等活動(dòng)方式呈現(xiàn)，要與學(xué)習(xí)內(nèi)容有緊密的聯(lián)系，并能用探究形成的科學(xué)概念進(jìn)行合理的解釋。

在通過創(chuàng)設(shè)的情境形成探究的問題后，教師要引導(dǎo)學(xué)生嘗試根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知對(duì)問題的可能答案提出猜想，并對(duì)探究的方向和可能出現(xiàn)的探究結(jié)果進(jìn)行推測(cè)與假設(shè)。學(xué)生利用自己設(shè)計(jì)或教師提供的實(shí)驗(yàn)方案，借助各種渠道搜集證據(jù)，并對(duì)搜集到的證據(jù)進(jìn)行合理的處理，最終驗(yàn)證猜想與假設(shè)，形成科學(xué)概念并對(duì)所探究的問題作出一定的解釋。在探究的全過程中，教師要突出學(xué)生的表達(dá)與表現(xiàn)，在提出問題與作出假設(shè)、搜集證據(jù)、處理信息、解釋問題等過程中為學(xué)生提供多樣化表達(dá)與表現(xiàn)的時(shí)空，并適時(shí)組織學(xué)生對(duì)活動(dòng)進(jìn)行簡單的評(píng)價(jià)。通過表達(dá)與交流，增強(qiáng)學(xué)生的合作能力，提高探究教學(xué)的效益。

科學(xué)探究的五個(gè)要素應(yīng)貫穿在學(xué)生自然學(xué)科學(xué)習(xí)的全過程中；在學(xué)生的某個(gè)科學(xué)探究活動(dòng)過程中，可涉及所有的要素，也可只涉及部分的要素。作為探究教學(xué)的第三個(gè)主要環(huán)節(jié)，是用探究形成的科學(xué)概念解釋一些生產(chǎn)和生活中的簡單問題，既是知識(shí)的簡單應(yīng)用，也可以讓學(xué)生體會(huì)“從生活走向科學(xué)，從科學(xué)走向社會(huì)”這一科學(xué)教育理念。

基于以上分析，結(jié)合《教學(xué)基本要求》，小學(xué)自然科學(xué)探究教學(xué)基本模式示意如圖1所示。

圖1 小學(xué)自然科學(xué)探究教學(xué)基本模式示意

三、小學(xué)自然課堂教學(xué)案例分析

“水的壓力”一課是滬科教版小學(xué)《自然》第六冊(cè)第七單元“水和空氣的壓力”的第一課時(shí)，屬于《上海市小學(xué)自然課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）》“物質(zhì)科學(xué)”領(lǐng)域中“運(yùn)動(dòng)與力”主題的內(nèi)容。本節(jié)課圍繞“在沒有保護(hù)裝置的情況下，為什么人在水中下潛越深危險(xiǎn)越大？”這一科學(xué)問題展開，教師組織學(xué)生進(jìn)行提出問題、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)探究、交流表達(dá)等。學(xué)生通過在盛有水的整理箱中“玩水”的活動(dòng)，正確說出物體在水中會(huì)受到的壓力及其壓力的方向；通過主動(dòng)探究“影響水的壓力大小的因素”活動(dòng)，知道水的壓力與深度有關(guān)，在教師的引導(dǎo)下感受科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)于科學(xué)探究活動(dòng)的作用；在教師的引導(dǎo)下，通過觀察“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的圖片，了解水的壓力與人類生活、生產(chǎn)的密切聯(lián)系，增強(qiáng)民族自豪感。

（一）案例描述

1. 情境：潛水故事

師：老師曾經(jīng)在海南玩過一次潛水，在教練的陪伴下，背上氧氣罐潛到10米深的海水中，與漂亮的小魚、海龜一起游戲，十分有趣，體驗(yàn)非凡。老師在水里給教練發(fā)出再下潛的信號(hào)，可教練就是不同意。后來上浮到水面，教練說越往下危險(xiǎn)越大！

通過教師創(chuàng)設(shè)的潛水情境，引出在水中人“潛水”的感受，學(xué)生對(duì)“在沒有保護(hù)裝置的情況下，人下潛得越深危險(xiǎn)會(huì)越大的原因”產(chǎn)生疑問。

2. 探究：水有壓力以及影響水壓力大小的因素

基于情境中產(chǎn)生的問題，學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，形成初步的猜測(cè)——水有壓力，繼而進(jìn)入探究環(huán)節(jié)。

（1）活動(dòng)Ⅰ：感知水有壓力

這一部分活動(dòng)側(cè)重于學(xué)生的體驗(yàn)，學(xué)生戴著長臂塑料手套伸入水箱中的不同深度處，會(huì)發(fā)現(xiàn)手套被緊緊壓縮到手臂上——手在水中會(huì)受到水的壓力。學(xué)生通過塑料手套親身感受到了水有壓力，自然就會(huì)引發(fā)出“水的壓力來自哪個(gè)方向？”的新問題。

（2）活動(dòng)Ⅱ：水壓力的方向——四面八方

師：當(dāng)我用力按壓橡膠膜時(shí)，你們發(fā)現(xiàn)了什么？

生：橡膠膜變形了。

師：這說明，當(dāng)橡膠膜受到外力的作用就會(huì)發(fā)生形變。

學(xué)生結(jié)合橡膠膜在空氣中受力后會(huì)發(fā)生形變的特點(diǎn)，預(yù)測(cè)水的壓力方向朝向四面八方，然后小組合作，將底部扎有橡膠膜的塑料瓶慢慢插入水后，轉(zhuǎn)動(dòng)塑料瓶的朝向，觀察橡膠膜形狀變化的情況。根據(jù)現(xiàn)象，討論分析朝向前后、左右、上下等不同方向時(shí)橡膠模的形狀變化，判斷受到的水壓力的方向；最后大組交流：水的壓力是有方向的，壓力的方向是四面八方。

在利用扎有橡皮膜的塑料瓶進(jìn)行“水壓力的方向”探究過程中，學(xué)生會(huì)觀察到橡皮膜凹陷的程度會(huì)有不同，就引發(fā)了“水壓力的大小會(huì)有不同，水壓力的大小與哪些因素有關(guān)”的新問題。

（3）活動(dòng)Ⅲ：猜想、探究影響水壓力大小的因素

在這個(gè)活動(dòng)過程中，學(xué)生會(huì)提出較多的影響因素。在教師指導(dǎo)下，通過合理篩選指向“水的多少”和“水的深度”兩個(gè)猜想。在篩選出猜想后，此時(shí)選用怎樣的器材來比較水的壓力大小成為了迫切需要解決的問題。教師出示用相對(duì)壓強(qiáng)傳感器制作的“水壓力大小比較儀”，用“水壓力大小比較儀”代替扎有橡皮膜的塑料瓶進(jìn)行探究和演示，得出水的壓力大小與“水的多少”無關(guān)。在觀察演示的過程中，學(xué)生了解了“水壓力大小比較儀”的使用方法，進(jìn)而引出設(shè)計(jì)活動(dòng)方案探究影響水壓大小的因素。

生：水壓越大，水壓力大小比較儀讀數(shù)就越大。

師：你觀察得很仔細(xì)。那么，我們?nèi)绾蝸硖骄克畨捍笮∨c水深的關(guān)系？

生：把水壓力大小比較儀分別放到不同深度的水中，觀察讀數(shù)，如果水越深，讀數(shù)越大就說明水壓大小與水深有關(guān)。

教師在演示的過程中，為學(xué)生做了儀器使用的鋪墊。學(xué)生不僅初步學(xué)會(huì)了使用水壓力大小比較儀，而且結(jié)合數(shù)據(jù)，通過討論交流學(xué)生初步學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)控制變量的實(shí)驗(yàn)方案，并初步嘗試應(yīng)用了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。學(xué)生經(jīng)歷活動(dòng)過程后，發(fā)現(xiàn)水壓大小與水的深度有關(guān)。

（4）活動(dòng)Ⅳ：拓展應(yīng)用

教師介紹我國“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器成就，展現(xiàn)學(xué)科育人價(jià)值，領(lǐng)略我國潛水科技的發(fā)展。教師將橡膠薄膜的塑料瓶插入較深的水中，學(xué)生可以直觀感受橡膠薄膜被壓爆的“震撼視覺”，感受深處水的壓力大小。首尾呼應(yīng)，“在沒有保護(hù)裝置的情況下，為什么人在水中下潛越深危險(xiǎn)越大？”這一科學(xué)問題得以順利解決。

（二）案例分析

1. 親身體驗(yàn)活動(dòng)，感知水有壓力

活動(dòng)Ⅰ中，教師講述潛水經(jīng)歷，引出越到深處壓力越大的問題，鼓勵(lì)學(xué)生戴上一次性手套玩水，初步感受到水對(duì)手有壓力且有大小。當(dāng)學(xué)生將戴著一次性手套的手伸進(jìn)水中之后，會(huì)明顯地感覺到伸入水中之后一次性手套產(chǎn)生的擠壓感，并且手伸入水中越深，擠壓感越明顯，從而分析得出物體在水中會(huì)受到壓力。

教師設(shè)計(jì)這一活動(dòng)，主要用于落實(shí)探究要求“M11能根據(jù)觀察的事物、現(xiàn)象，結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)和簡單的科學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)與科學(xué)有關(guān)的問題”“M41 能通過比較、分類、歸納等方法得出簡單的結(jié)論”，并使學(xué)生在解釋水對(duì)手?jǐn)D壓原因后發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)問題。

2. 觀察體驗(yàn)思考，明確壓力方向

活動(dòng)Ⅱ中，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察底部扎有橡膠膜的塑料瓶，通過演示幫助其建立起橡膠膜變形和力方向的聯(lián)系，知道橡膠模凹陷得越深，受到的壓力越大。圍繞所探究的問題，小組合作進(jìn)一步探究，將扎有橡膠膜的塑料瓶慢慢在水中轉(zhuǎn)動(dòng)方向，觀察橡膠膜是否變形、變形的程度是否相同。通過小組交流，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)出水的壓力的方向是四面八方，并且在水中不同位置，水的壓力的大小并不相同。

教師設(shè)計(jì)這一活動(dòng)，主要用于落實(shí) “M22學(xué)會(huì)使用一些簡單的測(cè)量工具和實(shí)驗(yàn)儀器，具有安全操作的意識(shí)”“M41 能通過比較、分類、歸納等方法得出簡單的結(jié)論”這兩項(xiàng)探究要求，使學(xué)生在知道水壓力方向的同時(shí)又發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)問題。

3. 猜想假設(shè)，影響壓力因素

活動(dòng)Ⅲ中，教師提出“水的壓力大小與哪些因素有關(guān)”的問題，學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行思考并作出猜想。

教師設(shè)計(jì)這一活動(dòng)，主要用于落實(shí) “M13能通過有依據(jù)的爭論，提出一個(gè)或多個(gè)可能的答案”這一探究要求，并通過組織對(duì)各種可能答案的篩選，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)提供明確的指向。

4. 借助儀器，完成實(shí)驗(yàn)探究

活動(dòng)Ⅲ中，學(xué)生利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)探究水的壓力大小特點(diǎn)，收集證據(jù)驗(yàn)證猜想并將實(shí)驗(yàn)單填寫完成。借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，小組合作開展實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生各司其職進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、合作分析等，得出探究的結(jié)論。最后全班交流，每個(gè)小組將自己的猜想、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果向全班進(jìn)行匯報(bào)。

教師設(shè)計(jì)這一活動(dòng)，主要用于落實(shí)“M21能在他人幫助下，根據(jù)問題和實(shí)際條件，嘗試制訂簡單的探究計(jì)劃”“M22學(xué)會(huì)使用一些簡單的測(cè)量工具和實(shí)驗(yàn)儀器，具有安全操作的意識(shí)”“M31 能用簡單的文字、圖表記錄探究過程和結(jié)果”“M32能依據(jù)現(xiàn)有的模型和提示，整理材料和數(shù)據(jù)”“M41能通過比較、分類、歸納等方法得出簡單的結(jié)論”等探究要求。

5. 知識(shí)拓展，激發(fā)探索欲望

活動(dòng)Ⅳ中，學(xué)生在了解了影響水的壓力大小的因素之后，教師利用圖片介紹“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器成就，激發(fā)探索未來的欲望。最后師生共同將橡膠薄膜的塑料瓶插入透明的深水中，感受橡膠薄膜被壓爆的瞬間，水的壓力之大。

教師設(shè)計(jì)這一活動(dòng)，主要用于落實(shí)“能運(yùn)用證據(jù)與初步的結(jié)論對(duì)探究的問題做出合理的解釋”這一探究要求，既做到首尾呼應(yīng)，導(dǎo)入情境效益最大化，又是學(xué)生學(xué)習(xí)新知后的應(yīng)用。

在以上四個(gè)活動(dòng)中，教師不斷提供學(xué)生交流與表達(dá)的機(jī)會(huì)，并通過即時(shí)的鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)促進(jìn)生生互動(dòng)。