在科學實驗探究中構(gòu)建科學概念

湖北省武漢市武漢小學(430070) 萬金寶

2017版《義務教育小學科學課程標準》提出：科學教學要倡導探究式學習方式，引導學生在科學探究過程中發(fā)展思維能力、建構(gòu)知識、形成求真的科學品質(zhì)。新課程的實施，使科學課堂教學發(fā)生了巨大的變化，課堂的關(guān)注點已由原來的“知識傳授”為主轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤骄炕顒印睘橹?，“科學探究”成為小學科學教學活動的核心要素。在小學科學教學中提出并實踐“圍繞核心概念的構(gòu)建，設(shè)計并開展科學探究活動”，是對科學的深化與發(fā)展。

所謂科學概念，通俗講就是將科學數(shù)據(jù)和現(xiàn)象等科學事實抽象概括為一句能解釋科學事實的表達，它反映了事物的本質(zhì)特征，是具有較好的遷移價值和解釋力的。科學學習過程中的探究實驗只有和科學知識實現(xiàn)對接，才可能將科學探究引向深度，真正實現(xiàn)科學探究的目的和價值，同時讓學生的情感態(tài)度價值觀在科學探究知識的過程中得以形成和發(fā)展。在科學實驗探究活動教學中，可以從以下幾點來構(gòu)建科學概念。

1 重視學生的體驗

學習體驗是學生直接經(jīng)驗的來源，也是感受、形成科學精神、科學態(tài)度與責任的前提。只有引導學生充分經(jīng)歷科學學習體驗，才能讓學生感受學習的成就與自信、體驗質(zhì)疑與創(chuàng)新、經(jīng)歷挫折與堅韌，進而實現(xiàn)科學探究、科學概念與科學態(tài)度與責任的協(xié)調(diào)發(fā)展，也就實現(xiàn)了學生科學素養(yǎng)的形成?？傊瑢W生只有親身經(jīng)歷科學探究才能真正建構(gòu)起科學概念，才能真正形成科學的態(tài)度與責任感。

因此，學生科學概念的建立必須與探究活動密切結(jié)合。

在執(zhí)教“運動與摩擦力”一課時，筆者分別安排了5次學生體驗活動：體驗摩擦、體驗摩擦力、測量摩擦力大小、驗證摩擦力的大小與接觸面光滑程度有關(guān)和驗證摩擦力的大小與物體重量有關(guān)。5年級的學生對運動和力并不陌生，他們有著自己的感性經(jīng)驗，為本節(jié)課的開展提供了很好的學習基礎(chǔ)。根據(jù)學生原有的認知水平，在教學導入時，以學生觀察鞋底花紋作為切入口，從生活中的新舊鞋底引出摩擦現(xiàn)象，從摩擦現(xiàn)象到引出摩擦力。從感受生活中的摩擦力到測量摩擦力的大小，從測出的摩擦力大小不同引出摩擦力大小與物體重量和接觸面光滑程度有關(guān)?？梢哉f在教學中學生的體驗是充分的，是扎實的，可以促進科學概念的建立。

2 重視對比實驗

對比實驗是指控制單一變量進行實驗，它是小學科學探究實驗設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是學生收集科學證據(jù)的重要方法，也是學生進行科學推理的前提條件。對比實驗的目的是收集受單一變量影響下的科學實驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)。因此，對比實驗的開展會受到正確的實驗操作步驟及科學的觀察方法的影響。在對比實驗教學過程中，教師要引導學生明確對比什么，怎樣去對比，對比的結(jié)果與實驗結(jié)論的得出之間的關(guān)系如何。只有這樣，教師才能充分激發(fā)學生的科學探究興趣，將科學探究與科學知識的關(guān)系明確化。因此，教師組織學生開展對比實驗學習，需要充分調(diào)動學生的感官去觀察收集證據(jù)，激發(fā)學生的科學思維活動，將科學探究的目的與科學概念的形成對接。

以“電磁鐵的磁力”一課中研究電磁鐵磁力大小與線圈圈數(shù)多少有關(guān)的實驗為例，先讓小組討論實驗計劃，明確哪些實驗條件是保持不變的，如鐵芯的粗細、電池數(shù)量、鐵芯長短、電線粗細、鐵芯形狀、小號大頭針等，然后再讓學生思考如何改變線圈圈數(shù)，線圈數(shù)變化要盡可能的拉開差距，比如20圈、60圈、100圈，讓實驗現(xiàn)象更加明顯。學生在觀察比較吸起大頭針的個數(shù)中，很容易就發(fā)現(xiàn)電磁鐵磁力大小與線圈圈數(shù)的關(guān)系：線圈圈數(shù)越多，電磁鐵磁力越大；線圈圈數(shù)越小，電磁鐵的磁力越小。經(jīng)歷了這樣一個對比實驗后，接下來學生再去研究電磁鐵的磁力大小與使用的電池數(shù)量、鐵芯粗細長短等有關(guān)的實驗時，通過實驗方案的設(shè)計，具體數(shù)據(jù)的對比，很輕松就能得出結(jié)論。這樣的一些對比實驗，化繁為簡，找出實驗中的變化條件，層層推進，學生就容易發(fā)現(xiàn)出事物變化的一般規(guī)律，對學生構(gòu)建科學概念有很大的幫助。

3 強化數(shù)據(jù)意識

實驗數(shù)據(jù)是科學探究過程中收集的常見證據(jù)，是學生觀察結(jié)果的直接表達，也是科學概念得出的重要基礎(chǔ)。一個單一的數(shù)據(jù)是證據(jù)，它能證明事物在一點上變化的結(jié)果，但不能代表其他；一組數(shù)據(jù)是證據(jù)，它能證明事物在一個變化周期里的結(jié)果，不能代表普遍現(xiàn)象；多組重復實驗的數(shù)據(jù)是證據(jù)，能證明事物在一定條件下，具有相同的變化結(jié)果，具有普遍性。在科學探究活動中利用各種方法得到的大量數(shù)據(jù)，還需要通過整理和分析，才能發(fā)現(xiàn)彼此之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。有時數(shù)據(jù)可能不可靠，還需要不斷的進行重復研究，以期得到可靠的、具有一定信度的數(shù)據(jù)，不斷提升數(shù)據(jù)的價值?？梢?，學生的科學探究過程除了要重視數(shù)據(jù)的收集，還需要引導學生用適當?shù)姆绞秸砗头治?尤其是引導學生用圖表的方式直觀呈現(xiàn)數(shù)據(jù))。好的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)有利于實驗結(jié)果的分析，也有利于科學規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，即形成科學概念。

在執(zhí)教“擺的研究”一課時，筆者發(fā)現(xiàn)這節(jié)課是培養(yǎng)學生數(shù)據(jù)意識的好機會。在實驗中，有一個小組的記錄如下(見表1、2)。

表1 擺的快慢與擺錘重量關(guān)系實驗

表2 擺的快慢與擺繩長度關(guān)系實驗

在匯報交流的環(huán)節(jié)，幾個小組匯報了實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果分析，學生相互討論。一位學生說：“我們組第一個實驗的結(jié)果是擺錘原來的重量和兩倍的重量擺得次數(shù)是一樣的，而他們這組有微小的差別，應該再做幾次。”筆者沒有讓這組學生立刻重做實驗，而是讓他們分析其中原因。有的學生說數(shù)據(jù)有問題、有的學生說時間有問題、有的學生說操作配合不默契等。經(jīng)過熱烈地討論，發(fā)現(xiàn)該小組在增加擺錘重量時忘了實驗前的溫馨提示，將擺錘上下連接，導致實驗數(shù)據(jù)的不準確。此時筆者要求該組學生在課下再次通過實驗進行驗證。這節(jié)課讓學生感受測量、數(shù)據(jù)的價值，意識到實驗數(shù)據(jù)的記錄、整理與分析是實驗結(jié)論得出的關(guān)鍵點。注重數(shù)據(jù)的記錄、整理和分析，不僅發(fā)展了學生運用數(shù)據(jù)解釋和推理的能力，還促進了學生科學概念的建立。

總之，在科學的探究過程中教師要采用多種教學策略，帶領(lǐng)學生親身體驗每一個科學探究過程，在探究中要了解學生已有的概念水平，引導學生進行實驗探究，從實驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)最合理的觀點，把學生引向新的科學概念道路上。同時，引導學生形成以概念為框架，整合科學事實與核心概念的科學知識結(jié)構(gòu)，并將科學知識用于科學問題的解決。