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(dòng)針對(duì)初中生物課中對(duì)能力層面“初步學(xué)會(huì)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(jué)嗎？”為問(wèn)題導(dǎo)向，綜合利用水族館各類(lèi)活體展示生物，充分利用展廳時(shí)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(shí)間內(nèi)，通過(guò)小組合作的形式提出假設(shè)，制訂觀察研究計(jì)劃，夜宿水族館實(shí)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(bào)的形式展示分享成果，發(fā)展學(xué)生提出問(wèn)題、作出假設(shè)、制訂計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、得出結(jié)論、表達(dá)和交流的科學(xué)探究能力。

教學(xué)目標(biāo)

本項(xiàng)目重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，通過(guò)活動(dòng)讓學(xué)生親歷完整的科學(xué)研究一般過(guò)程（遇到問(wèn)題，提出假設(shè)，設(shè)計(jì)研究方案，開(kāi)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(duì)比法、類(lèi)比法、控制變量法、抽樣檢測(cè)等常用科學(xué)研究方法，達(dá)到能自主完成較為簡(jiǎn)單的完整科學(xué)探究過(guò)程。通過(guò)親自體驗(yàn)研究生的科學(xué)研究過(guò)程，培養(yǎng)勇于克服困難、實(shí)事求是、大膽質(zhì)疑、交流合作、樂(lè)于探索的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。

教學(xué)過(guò)程

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

前期鋪墊，引出問(wèn)題

階段目標(biāo)：熟悉同伴和研究對(duì)象，知識(shí)鋪墊，引入情境，引出探究問(wèn)題。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生相互認(rèn)識(shí)、初步了解，以便后續(xù)分組合作;對(duì)水族館的生物形成初步了解;了解動(dòng)物的休眠行為與物種分類(lèi)、生活環(huán)境等因素密切相關(guān);引出探究問(wèn)題。

學(xué)情分析和教學(xué)策略：學(xué)生正式活動(dòng)前已通過(guò)招生簡(jiǎn)章知曉活動(dòng)主題，因此在“引出問(wèn)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(duì)生物的興趣，引導(dǎo)學(xué)生自然地對(duì)水生生物夜間是如何“睡覺(jué)”的產(chǎn)生好奇和疑問(wèn)，而非生硬地將問(wèn)題“布置”給學(xué)生。

制訂研究方案

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

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在教師的引導(dǎo)下通過(guò)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(guò)于抽象、不適合定量觀測(cè)的指標(biāo)，或根本不知道有什么指標(biāo)可供觀測(cè)。教師需要一方面鼓勵(lì)學(xué)生大膽開(kāi)啟“腦洞”，一方面通過(guò)引導(dǎo)和討論排除學(xué)生不切實(shí)際的想法，保留有價(jià)值的想法，做到“思想天馬行空，行動(dòng)落地生根”。

觀察記錄

階段目標(biāo)：記錄翔實(shí)準(zhǔn)確的觀察數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)意圖：觀察記錄需要小組統(tǒng)籌安排分工行動(dòng)，鍛煉學(xué)生的交流合作能力。準(zhǔn)確的觀測(cè)需要學(xué)生精力高度集中，鍛煉學(xué)生的專(zhuān)注力。連續(xù)1 個(gè)晝夜周期的觀測(cè)，讓學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)研究是一件嚴(yán)肅、認(rèn)真、辛苦的事情，有時(shí)不得不占用休息時(shí)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(shí)踐與計(jì)劃總會(huì)有一些出入，學(xué)生經(jīng)常在觀測(cè)中遇到之前沒(méi)預(yù)料到的問(wèn)題，如測(cè)量鯊魚(yú)游速，學(xué)生計(jì)劃記錄鯊魚(yú)游過(guò)1 米所用的時(shí)間，用公式v=S/t （速度= 路程/ 時(shí)間）帶入即可求解，但實(shí)際觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)鯊魚(yú)游動(dòng)隨機(jī)性很強(qiáng)，經(jīng)常尚未游完1 米就轉(zhuǎn)彎、掉頭。教師需要在各展廳來(lái)回巡視，觀察詢(xún)問(wèn)各組進(jìn)展情況，針對(duì)暴露的問(wèn)題與學(xué)生交流討論、給出指導(dǎo)意見(jiàn)。

整理數(shù)據(jù)，分析討論

階段目標(biāo)：整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制統(tǒng)計(jì)圖表，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)會(huì)科學(xué)地整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制圖表，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理解釋?zhuān)囵B(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)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(wèn)題并進(jìn)行集中講授，關(guān)注每個(gè)學(xué)生進(jìn)度，隨時(shí)一對(duì)一指導(dǎo)。教師需著重強(qiáng)調(diào)，切不可為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果好看而編造、篡改數(shù)據(jù)，堅(jiān)決杜絕學(xué)術(shù)造假的行為，牢固樹(shù)立尊重事實(shí)的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。分析討論時(shí)，學(xué)生較難把握主觀推斷的尺度，易提出一些脫離實(shí)際的結(jié)論，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)格基于研究數(shù)據(jù)和已有知識(shí)進(jìn)行推理判斷。

撰寫(xiě)論文，分享交流

階段目標(biāo)：撰寫(xiě)研究論文，以演講形式分享研究成果，答辯。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)論文和答辯檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和活動(dòng)實(shí)施效果，鍛煉文字撰寫(xiě)能力和語(yǔ)言表達(dá)能力，通過(guò)“授予學(xué)位”給予學(xué)生肯定和鼓勵(lì)。

學(xué)情分析和教學(xué)策略：答辯過(guò)程中學(xué)生易出現(xiàn)緊張、表達(dá)不清、講述重點(diǎn)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(jiǎn)明扼要、多圖表少文字。教師需提前與評(píng)委溝通，勿以過(guò)高的標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生，以肯定和鼓勵(lì)為主，提出建設(shè)性意見(jiàn)，適當(dāng)緩和答辯現(xiàn)場(chǎng)氣氛。

特色分析

與其他探究式教育活動(dòng)相比，本活動(dòng)最大的特點(diǎn)是開(kāi)放程度高且學(xué)生自主探究程度高。“水生生物晚上睡覺(jué)嗎？”這個(gè)問(wèn)題在日常飼養(yǎng)實(shí)踐中處于關(guān)注盲區(qū)，在開(kāi)展探究前即使主講教師可能也不知曉答案，活動(dòng)是教師與學(xué)生攜手探索、共同獲取直接經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程。觀察對(duì)象、觀察指標(biāo)、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(duì)同一結(jié)果，小組內(nèi)不同學(xué)生亦會(huì)有不同解釋。探究過(guò)程中學(xué)生是活動(dòng)的主體，教師則扮演觀察者、評(píng)論者、引導(dǎo)者的角色。

實(shí)施情況與效果評(píng)估

實(shí)施情況

活動(dòng)于2018 年和2019 年暑假開(kāi)展了3 期，其中2 期招收初中生，1 期招收小學(xué)4—6 年級(jí)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(guò)論文答辯，獲得小小研究生“學(xué)位證”。學(xué)生將活動(dòng)經(jīng)歷撰寫(xiě)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(jìng)賽，取得了一定成績(jī)。

效果評(píng)估

除了活動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行表現(xiàn)性評(píng)估和活動(dòng)結(jié)束后的問(wèn)卷、訪談等總結(jié)性評(píng)估外，活動(dòng)效果主要以前后對(duì)比評(píng)估衡量。通過(guò)學(xué)生撰寫(xiě)的研究論文、匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)的演講、針對(duì)專(zhuān)家提問(wèn)進(jìn)行答辯這三方面的表現(xiàn)，與活動(dòng)前學(xué)生對(duì)探究主題的粗淺理解形成鮮明對(duì)比，體現(xiàn)通過(guò)開(kāi)展探究活動(dòng)完成知識(shí)構(gòu)建的過(guò)程和效果。

總結(jié)與思考

“小小研究生”活動(dòng)讓孩子在短短7 天的時(shí)間內(nèi)，親身體驗(yàn)感受科學(xué)家原本需要數(shù)年時(shí)間才能完成的完整科學(xué)探索過(guò)程。將原本艱深晦澀、枯燥無(wú)味、周期冗長(zhǎng)的科學(xué)探究過(guò)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(guò)程、科學(xué)思維和科學(xué)方法），依托場(chǎng)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(dòng)手實(shí)踐探索中，體驗(yàn)科學(xué)探究的一般過(guò)程，培養(yǎng)對(duì)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(shí)踐創(chuàng)新、獨(dú)立自主能力。