科学教学中探究性学习课题开发浅议

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  探究性学习是指学生在教师指导下,从自己的生活经验中选择和确定研究专题,通过个体或群体的学习,掌握知识,培养科学方法和探究能力,形成探究品质的活动。探究性学习就是让学生有问题,并作追根究底式的研究。爱因斯坦说过:“提出问题往往比解决问题更重要,因为解决问题,仅仅是方法和实验的过程,而提出新的问题则要找到问题的关键、要害。”因此,课题是整个探究性学习中最至关重要的,选择好的课题,对学生探究性学习有良好的促进作用。如何在教学中引导学生选择合适的课题呢?
  一、从学生生活着手开发课题
  生活是重要的教育资源。学生由于各种原因,对现实生活中的一些问题熟视无睹,不善于有意识地去发现、去探究。因此,教师可以根据教材特点创设一些情境,让学生关注现实生活,亲身参与社会实践活动,从中发现问题,确定研究的课题。
  每种物体都有自己的颜色,但物体的颜色在不同的时候会有变化,这些学生往往没有留意。在学习“光和颜色”时,笔者有意识地先让学生看一段舞蹈演员在七彩灯下表演的录像,引导学生发现演员服装颜色的变化,在此基础上请学生回忆自己生活中是否遇见过类似的现象。学生的思维一下子活跃起来,他们提到了自己的校服在路灯下看到的颜色与白天明显不同,也有学生举到晚上买来漂亮衣服到白天变难看的事例。在举例时,学生对平时熟视无睹的现象产生了强烈的好奇心,有了急于一探究竟的渴求,课题“服装颜色为何发生变化”也就破茧而出了。
  提出课题后,由于学生的知识基础和能力还相对欠缺,对于课题的实施还是有点难度,这就需要教师的适当引导。在学生提出可能是外部光的颜色变化导致服装颜色变化的假设后,学生通过自己所学的知识会采用控制变量法来设计实验验证自己的假设。在此过程中,教师需要引导学生从生活中的材料着手,运用自己的生活经验来创造不同颜色的光源。如用不同颜色的绸布或塑料纸包住手电筒,就可以获得不同颜色的光。在方案的实施过程中,由于学生光学知识的欠缺,忽略了太阳光的存在,所以导致了实验的失败。对此,教师应对学生的过程给予科学的评价,在肯定实验方案的基础上,引导学生找出失败的症结所在可能是太阳光的干扰,同时鼓励学生排除干扰,重新实验。在教师的引导下,学生提出了在晚上没有光的情况下进行实验的方法。实验重新实施之后,学生发现了外在光的颜色确实会使同一物体呈现不同的颜色。但实验中也出现了新的问题,即物体在不同色光照射下所呈现的的颜色并非如学生所预期的什么色光下呈现什么颜色。针对新问题的出现,教师可以引导学生建立新的课题,重新提出假设、设计实验进行探究,从而使学生的疑问得到彻底地解决。
  本次探究活动的题材是在教师有意识的引导下,从学生的生活中发现的。由于题材来自生活,结果对生活有直接的指导作用,所以学生的兴趣非常浓厚。此次探究活动落实了科学的教学目标,让学生明白了生活中到处是科学,更重要的是让学生学会了从生活中熟视无睹的现象中去发现问题,并通过自己的努力去解决问题,从而尝到了成功的喜悦。
  二、从课堂中出现的矛盾着手开发课题
  瑞士学者皮亚杰在建构主义中提到:学习是一种架构的过程,通过个体对知识单元的经验解释将知识转变成了自己的内部表述;学习是一种协商活动的过程,这过程并非是一种机械的接受过程。在知识的传递过程中,学习者是一个极活跃的因素。由于每一个学习者都有自己的认知结构,对现实世界有自己的经验解释,因而不同的学习者对知识的理解会不完全一样,从而在学习中常会出现自己的经验与所学知识相矛盾的情况。
  如学习“植物的光合作用和呼吸作用”时,学生对于植物要进行光合作用,吸收二氧化碳、释放氧气的知识已经认可,但对于植物的呼吸也要和动物一样吸收氧气、释放二氧化碳就显得有点困惑。在他们的认知结构中,植物就是吸收二氧化碳、释放氧气的,现在新的知识和他们固有的认知结构发生了矛盾,所以他们对于新知识的接受持有怀疑的态度。此时如果一味地强调知识,学生并不能完全信服,对于新知识的建构就有很大的阻碍。在这种情况下,学生更需要的是有说服力的证据。此时教师如果提议是否想办法来验证一下,困惑的学生肯定是极力欢迎的。这样,一个新的课题就摆在了学生的面前:植物的呼吸是否也要吸收氧气,释放二氧化碳?
  课题提出后,面临的是如何设计实验进行探究,这个环节离不开教师的引导作用。笔者是先引导学生整理出实验中要解决的一些小问题,如何证明二氧化碳的存在,如何排除光合作用的影响等。当学生运用已有的知识提出合理的方法来解决这些小问题后再引导学生从现有材料出发设计可行的实验方案。最后实验获得了成功,当二氧化碳变浑浊的事实摆在学生面前时,学生的怀疑已荡然无存,他们真正接受了植物的光合作用和呼吸作用同时存在的事实。此时教师可以提出如家里的植物如何摆放较合理等问题让学生利用刚刚获得的成果来解释,这样既巩固了新知识,同时也培养了学生运用新知识解决实际问题的能力。
  在学生的认知结构中,存在着不少知识误区,从矛盾中开发新课题并引导学生去设计实验、探究正确的结论对新知识的建构具有良好的效果。
  三、从学生的实验过程着手开发课题
  科学是一门以实验为基础的学科,实验是学生获得直接的感性经验和事实材料的根本途径和重要手段,是检验和发展假说的实践基础,是使科学知识达到真理标准的基本方法。在学生的实验过程中,由于学生的主观原因或客观条件所限,往往会出现事与愿违的结果。如果教师能留心学生的实验过程,随时发现问题的所在,就可以引导学生提出有意义的课题并加以探究。
  在观察“小麦根尖的根毛”实验时,当学生采集了材料,兴致勃勃地在显微镜下观察时,很多组几乎没有看到根毛,学生为此感到很惆怅。针对这种情况,笔者引导学生分析得出:实验失败的可能原因是小麦的根毛比较少,再加上根部从土壤中取出或清洗泥土时损坏了根毛所致。这些原因是由于材料本身所致,即使重做也难以达到预期的效果。那么是否本实验就无法正常进行了呢?学生提出“除非有别的更好的材料”。教师順势引导学生,是否可以探究一下用什么材料做本实验可以取得较好的效果呢?于是,“探求适宜观察植物根毛的实验材料”的课题就成立了。
  在引导学生探究过程中,教师还是从实验分析的问题出发,即根毛的多寡问题(这与材料本身有关)和根毛的损伤问题;对于解决根毛的损伤问题,学生提出了是否可以用无土栽培的方式,这样既能解决根毛的损伤问题,还能看出不同材料在不同时间内根的生长发育情况。
  在这样的基础上,笔者引导学生根据生活经验采集了容易在水中生存的植物,如吊兰、水仙花、芹菜以及小麦、蚕豆种子等,并准备好实验材料,然后按照设计的实验方案,进行了两步探究:一是探索各种实验材料在清水中的根的生长情况,二是探索各种实验材料新根根部根毛的有无和多寡。最后通过实验记录比较,学生发现了吊兰既能较快长出较多新根,而且新根相对不易折断,更重要的是在它的根部有大量、立体分布的根毛,此外,吊兰还有来源广、易成活等优点。于是,学生就得出了“运用吊兰做观察植物根毛的材料比较合适”的结论。实验结果出来后,学生用自己培育的吊兰新根重新制作装片观察根毛的结构,取得了较好的效果,最后学生还制作了吊兰根毛的永久装片。
  实验中难免会有失败,教师应让学生学会正视失败,引导学生分析失败的原因并鼓励学生通过自己的努力寻求合理解决的办法,这样不仅可以培养学生严谨的科学实验态度和作风,更可以培养学生的探究能力和解决实际问题的能力。教师可以从失败的原因着手寻找课题,也可以从解决问题角度出发寻找课题。
  “学起于思,思源于疑。”现代心理学认为,一切思维都是从问题开始的。培养学生的问题意识,让学生发现问题、提出问题是探究性学习课题的重要来源。在教学中,教师要做有心人,要关心学生的生活,了解学生的知识结构,关注学生的学习活动,这样才能多渠道地开发出有意义的、适合学生进行探究的课题。
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