朱慶華 蕭山區(qū)河上鎮(zhèn)初級中學(xué)

科學(xué)課程的本質(zhì)是科學(xué)探究。學(xué)生對科學(xué)的學(xué)習(xí)始于他們在生活實(shí)踐中對自然界的認(rèn)識，而不是單純的書本知識的記憶和接受。在科學(xué)課程的教學(xué)中，教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)情境，運(yùn)用多種方式對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的訓(xùn)練。而有效的科學(xué)探究，應(yīng)該是基于真實(shí)情境的科學(xué)探究。實(shí)施有效的教學(xué)策略可以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的落實(shí)。

一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引發(fā)認(rèn)知沖突

在學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，有大量基于生活學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的前概念，這些前概念有些屬于科學(xué)真理，但有些與正確的科學(xué)思想、科學(xué)知識相違背。

因此，在教學(xué)活動(dòng)中，首先應(yīng)該創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，使情境與學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生強(qiáng)烈沖突，充分暴露學(xué)生的錯(cuò)誤前概念，從而引發(fā)學(xué)生提出相異觀點(diǎn)—與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)相沖突的觀點(diǎn)。

以力的存在一課為例。這節(jié)課中，學(xué)生存在多個(gè)相異觀點(diǎn)：兩個(gè)沒有相互接觸的物體，也會產(chǎn)生力的作用。堅(jiān)硬的物體受到力的作用時(shí)也會發(fā)生形變。作用力與反作用力大小相等。這些相異觀點(diǎn)與學(xué)生原有生活經(jīng)驗(yàn)形成強(qiáng)烈沖突，通過真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，可以將學(xué)生的錯(cuò)誤前概念暴露出來，并在課堂上對認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行修正或重構(gòu)。比如“作用力與反作用力大小相等嗎”這一問題，通過展示工程車與小汽車相撞、小汽車撞電線桿、小鳥撞飛機(jī)等圖片或其他素材，將知識沖突化，強(qiáng)烈的視覺沖擊加上生活經(jīng)驗(yàn)會讓學(xué)生認(rèn)為“作用力與反作用力大小不相等”，引發(fā)認(rèn)知沖突，由此教師便可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)—設(shè)計(jì)獲取事實(shí)證據(jù)的方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用證據(jù)進(jìn)行分析論證，實(shí)現(xiàn)科學(xué)概念和知識的“再平衡”。

通過真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，引發(fā)認(rèn)知沖突，有助于學(xué)生批判思維的養(yǎng)成和質(zhì)疑精神的培養(yǎng)，有助于學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新等核心素養(yǎng)的落實(shí)。

二、滲透科學(xué)思想，內(nèi)化科學(xué)方法

學(xué)生所學(xué)習(xí)的科學(xué)知識，在科學(xué)歷史長河中所占比重少之又少，但引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣進(jìn)行科學(xué)探究，領(lǐng)會科學(xué)思想和掌握科學(xué)方法對學(xué)生而言是至關(guān)重要的。學(xué)生在設(shè)計(jì)獲取證據(jù)的方案時(shí)，往往存在以下問題：如何對設(shè)計(jì)出的方案進(jìn)行優(yōu)化，如何對變量進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)化，如何設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)。

在九年級上冊第四章第2節(jié)《食物消化與吸收》中，探究實(shí)驗(yàn)：探究影響酶催化作用的因素。該實(shí)驗(yàn)很顯然運(yùn)用到了控制變量的科學(xué)方法，同時(shí)還涉及變量轉(zhuǎn)化。如：探究溫度對酶催化作用的影響。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就在于控制變量，具體表現(xiàn)為：改變自變量—溫度，觀測因變量—淀粉酶的催化效率、控制無關(guān)變量—PH值、淀粉液濃度、淀粉液的量、唾液的量等等。而對于淀粉酶的催化效率，直接觀測無法實(shí)現(xiàn)，因此需用到先行組織者“淀粉遇碘變藍(lán)色”，用碘液來檢驗(yàn)淀粉的存在與否。這樣就實(shí)現(xiàn)不可觀測的“催化效率”轉(zhuǎn)化為了可觀測的“是否變藍(lán)”?？茖W(xué)探究貫穿于整個(gè)初中科學(xué)課程的學(xué)習(xí)，也是考試重點(diǎn)考查的內(nèi)容。

科學(xué)探究活動(dòng)在具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，常常要用到“控制變量法”。在教學(xué)活動(dòng)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析自變量、因變量、無關(guān)變量，從自變量的設(shè)置、無關(guān)變量的控制，因變量的觀測三方面引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)，通過不斷地滲透變量意識，增強(qiáng)學(xué)生的控制變量和轉(zhuǎn)化變量的能力，從而提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

科學(xué)的研究對象是自然現(xiàn)象，自然現(xiàn)象是復(fù)雜的，受到眾多因素影響的，但自然現(xiàn)象背后的原因和規(guī)律是可以被認(rèn)識的?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)的目的就是排除眾多因素的干擾，研究單一的因素對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響，從而逐步揭示科學(xué)本質(zhì)。教師在進(jìn)行設(shè)計(jì)獲取證據(jù)方案的教學(xué)活動(dòng)時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生汲取科學(xué)家和前人的智慧，將“知識的知識”—科學(xué)思想和科學(xué)方法內(nèi)化和運(yùn)用。

三、落實(shí)證據(jù)意識，獲取有效證據(jù)

科學(xué)課程中的“事實(shí)證據(jù)”有別與法律意義上的證據(jù)，科學(xué)課程中的事實(shí)證據(jù)不僅僅包括科學(xué)事實(shí)（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等實(shí)驗(yàn)情境），也包括理論依據(jù)[1]。在教學(xué)活動(dòng)中，要逐步養(yǎng)成學(xué)生的證據(jù)意識，學(xué)會科學(xué)的方法與技能獲取有效證據(jù)。在探究活動(dòng)中，注重高階思維的訓(xùn)練，發(fā)展學(xué)生獲取證據(jù)、邏輯推理、分析論證等素養(yǎng)。

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)“探究凸透鏡成像規(guī)律”中，若將物距等于2f、f這兩個(gè)關(guān)鍵的點(diǎn)給學(xué)生，學(xué)生只需將蠟燭移動(dòng)至相應(yīng)范圍內(nèi)。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)顯然屬于“無腦實(shí)驗(yàn)”，學(xué)生僅僅是動(dòng)手操作一番，證據(jù)獲取的能力并未得到鍛煉，更談不上獲取有效證據(jù)。我們將實(shí)驗(yàn)的主體地位還給學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生從離凸透鏡較遠(yuǎn)的位置開始，將蠟燭逐步靠近凸透鏡，移動(dòng)光屏找到像，記錄像的性質(zhì)及像距。例：凸透鏡的焦距為10cm，則在設(shè)置物距時(shí)可以是30、28、26、24、22、20、18、16……相同間隔的整數(shù)值作為物距，如下表所示（部分欄省略）。

實(shí)驗(yàn)次數(shù) 物距u/cm 像距v/cm 像的性質(zhì)1 30 2 28 3 26…… ……

教師引導(dǎo)學(xué)生通過比較數(shù)據(jù)，基于真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境和數(shù)據(jù)，分析推理出凸透鏡成像規(guī)律。對于物距和像距的處理，用描點(diǎn)法作圖的方法，將物距和像距畫在直角坐標(biāo)系中，引導(dǎo)學(xué)生利用“臨界點(diǎn)”的思路，意識到放大的像與縮小的像之間存在一個(gè)臨界點(diǎn)，并再次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[2]。在日常教學(xué)活動(dòng)中，教師要培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識，學(xué)會獲取有效證據(jù)，合理運(yùn)用數(shù)理方法處理數(shù)據(jù)，養(yǎng)成“利用證據(jù)主張觀點(diǎn)”的習(xí)慣。

無論是通過實(shí)驗(yàn)獲取實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還是理論依據(jù)，我們都認(rèn)為是真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境下的事實(shí)證據(jù)，只要是學(xué)生實(shí)事求是，細(xì)心觀察、測量，真實(shí)獲取的，都是值得肯定的。在日常教學(xué)活動(dòng)中，教師要培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識，在證據(jù)獲取的過程中，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，培養(yǎng)證據(jù)意識，引導(dǎo)學(xué)生在解決實(shí)際問題時(shí)能夠有理有據(jù)，靠證據(jù)主張觀點(diǎn)。

四、回歸真實(shí)情境，運(yùn)用證據(jù)再說觀點(diǎn)

科學(xué)課程引入了大量的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，旨在讓學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)知識的同時(shí)，經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，領(lǐng)會科學(xué)思想、掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題，運(yùn)用科學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。將科學(xué)知識融入到真實(shí)情境，有利于學(xué)生今后發(fā)展過程中解決實(shí)際問題能力的提高?？茖W(xué)探究讓學(xué)生像科學(xué)家一樣思考，像科學(xué)家一樣探究，通過科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)或部分環(huán)節(jié)，基于分析論證得出科學(xué)結(jié)論，并將科學(xué)結(jié)論內(nèi)化為學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的理論依據(jù)。

在教學(xué)活動(dòng)中，教師需創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，將科學(xué)知識、科學(xué)理論與學(xué)生實(shí)際生活學(xué)習(xí)緊密聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用理論依據(jù)分析、推理、解釋有關(guān)現(xiàn)象，解決實(shí)際問題，即運(yùn)用證據(jù)再說觀點(diǎn)。

在力的存在一課中，學(xué)生論證“力的作用是相互的”之后，“力的作用是相互的”便成了學(xué)生的理論依據(jù)，可以讓學(xué)生思考解決兩個(gè)問題（1）人在游泳時(shí)為什么要向后劃水？（2）火箭是依靠什么動(dòng)力飛上天的？教師要引導(dǎo)學(xué)生按照“情境→理論依據(jù)→推理分析→結(jié)果”的路徑進(jìn)行回答。再比如大氣壓強(qiáng)一課中，有大量的生活現(xiàn)象，也可以按照上述路徑進(jìn)行分析說理。

此外，教師也可以通過模型建構(gòu)，將真實(shí)情境通過模型搬進(jìn)課堂，甚至可以進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)。理論推導(dǎo)→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→理論推導(dǎo)，相互論證。

真實(shí)的情境有助于引發(fā)認(rèn)知沖突，將科學(xué)思想和科學(xué)方法在科學(xué)探究教學(xué)活動(dòng)中加以滲透和內(nèi)化，并培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，學(xué)會用證據(jù)主張觀點(diǎn)的能力。在得出新的科學(xué)結(jié)論時(shí)，學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修正和完善，要引導(dǎo)學(xué)生回歸真實(shí)情境，運(yùn)用證據(jù)主張觀點(diǎn)，學(xué)以致用。

以上四個(gè)方面的教學(xué)策略，有助于提升科學(xué)探究的有效性，有助于科學(xué)思維、科學(xué)方法的訓(xùn)練，有利于學(xué)生“科學(xué)思想、證據(jù)獲取、批判質(zhì)疑、分析論證、邏輯推理”等核心素養(yǎng)的發(fā)展。

同時(shí)，我們也認(rèn)為：科學(xué)思想、證據(jù)獲取、批判質(zhì)疑、分析論證、邏輯推理等核心素養(yǎng)并不是孤立的，而是相輔相成的，科學(xué)探究能力是一種綜合能力。因此，在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中，還要注意對核心素養(yǎng)的整體把握，運(yùn)用多種教學(xué)策略。