例析基于学生前概念的有效科学探究教学策略

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  [摘 要]针对科学探究教学中存在的“重过程轻动机”“重形式轻思维”“重模式轻体验”“重主导轻自主”的“四重四轻”误区,提出“有效前测,探查前概念”“有效提问,巧设问题链”设置冲突,改进演示实验”三个教学策略,在很大程度上实现了科学探究有效教学。
  [关键词]科学探究教学;前概念;误区;有效前测;问题链;实验改进
  [中图分类号] G633.98 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058(2018)26-0076-04
  一、当前科学探究教学的主要误区
  随着新课程改革的深入推进,“学为中心”的科学探究教学备受推崇,但在实施过程中 “伪探究”的现象普遍存在。笔者通过研究总结发现,当前科学探究教学存在着“四重四轻”误区。
  (一)重过程轻动机
  “探究动机”是推动学生进行科学探究的内因和动力,它反映出学生是出于什么原因和目的去探究问题的。许多科学教师在实施探究教学时过于看重探究过程本身,而忽视了对学生探究动机的激发,导致学生毫无探究的欲望,为了探究而探究,不会自主去探究。
  (二)重形式轻思维
  教学的有效是在学生的思维活动中发生的,失去学生思维的探究活动将只剩下一个形式的空壳。教师一味追求完成探究形式,以书本知识代替学生思维,以教师逻辑压制学生思维,以学科的教条约束学生的思维。久而久之,学生便习惯了不质疑、不提问、不反驳、不思考。
  (三)重模式轻体验
  在很多教师看来,提出问题、建立假设、设计实验方案、收集事实证据、检验假设、交流与讨论这几个环节的总和就是探究。如缺少其一探究就不完整。因此,在探究课上总是快节奏地安排教学环节,以至于学生还没有真正进入状态就已经结束,根本没有深层次的探究体验。
  (四)重主导轻自主
  为了确保探究任务能够顺利圆满地完成,教师对课堂掌控的力度越来越大,主导作用越来越强。学生只能在教师的背后拼命地跟,探究的自主性荡然无存,从而也使探究失去了“探”与“究”的应有价值,与新课程改革的初衷相违背。
  二、有效科学探究教学的策略
  针对以上误区,笔者结合自身教学实践,提出了以下教学设计策略,并通过实例谈谈对有效科学探究教学的思考。
  (一)有效前测,探查前概念
  1.“知识前测”搭桥“已知”与“未知”
  在科学探究教学前,教师应合理设置“前测”,探查学生的“前概念”,发现学生的学习“盲区”和“易错点”,并引导学生对比分析“已知”与“未知”,从而让学生的“学”有方向、有目标、有价值地进行。
  【案例1】 《空气的存在》的“前测”内容。
  学生已有“空气是真实存在的”这一生活经验和知识基础,通过这个表格的设计能让学生学会对比。通过“已知”和“未知”的对比,学生更直观地认识了空气的存在。从能力层面来讲,这样的教学设计更注重学生对知识的体验,促进学生主动获取知识,能有效训练学生举一反三、推理、质疑、类比等能力。
  2.“方法前测”体验“动手”与“动脑”
  对于科学教材上可利用生活物品来做的实验,还有课堂上由于时间、空间有限而无法进行的实验等,教师都可以将它们设置成家庭小实验的形式并通过“方法前测”引导学生进行学习。
  【案例2】《压强》的“前测”内容。
  学生的“前概念”各有不同,学习能力、解决问題能力的层次也不同,因此设计前3个问题较简单,所有学生只要参与,动动手和动动脑就能完成。而第4个问题是在理解概念的基础上联系生活实际来回答,如果能回答出来,说明学生经过了思考并且理解了概念,满足了对优秀学生思维的培养需求。这比以前学生思维直接跟着实验走,把科学实验当成走形式的教法,对学生的思维锻炼要好很多。
  3.“评价前测”促进“思考”与“质疑”
  传统备课中,教师也是会考虑学生的“已知”和“未知”基础的,只不过这种“知”与“未知”大都凭借教师的经验或臆断,于是教师个人的“文本解读能力”和“课堂生成能力”往往极大地影响着课堂教学的效果。当教师这两项能力均偏弱时,就会出现“教与不教一个样”的情况。为此,应设置“评价前测”,引导学生思考与质疑。
  【案例3】《生物的进化》的“前测”内容。
  学生疑问:
  (1)生物的变异完全需要多长时间?
  (2)生物存在变异的原因是什么?
  (3)是不是只要是不适应环境的物种就会消失?
  (4)为什么仍有适应能力较差的生物存在?
  (5)还有什么证据能证明达尔文的进化学说?
  (6)生物在进化,为什么现在还有低等的生物存在?
  (7)如何用达尔文的进化论去解释生物现象?
  ……
  从上述问题可以发现,以学生在 “前测”中呈现的知识技能“盲点”或有价值的“疑点”、学生学习的“兴趣点”作为课堂教学的“出发点”,以点带面展开教学;或以学生学习的“已知点”点化学生的“未知点”,可发展学生的思维能力,提高学生运用知识解决问题的能力,使学生通过学习不断受到启发,能力得到不断提升。
  (二)有效提问,巧设问题链
  对于这一观点的提炼灵感源于一次教学比赛,比赛教学内容是随机抽取的,在设计教学时发现,学生对学习电磁感应所需要的“电”“磁”等相关知识基础不扎实,对“电路”“电表”“磁场”“磁感线”等概念更是一无所知。基于此,笔者将该课设计成“探究课”,具体如下。
  1.基于兴趣巧设“情境问题链”,激发学生的探究欲望
  为了更好地激发学生探究电磁感应的兴趣,本节课上课之前笔者特意设置了一个特殊情境,事先将教室里的音箱的电源插头拔去,并给全班学生播放音乐,结果音箱没有发出声音。接着笔者抛出以下“问题链”。   此情境中音箱在没有接电源的情况下发声,这与学生的原有认知“音箱没有电不能发声”产生冲突,通过这组“问题链”,可有效激发学生的好奇心和求知欲。
  2.基于思维巧设“引导问题链”,有效助推学生的探究进程
  为了使学生真正“卷入”探究过程,突出学生的主体地位,且成为知识的“探索者”,教师应设置“引导问题链”。“引导问题链”中的每个问题都应依据学生的思维而设计,使每个问题对接下来学生的思维变化产生影响。例如,“实验中产生电需要什么条件?”的问题,对学生来说难度过大,无法有效解答,对此教师可将这一大问题转化为如下系列问题。
  此问题链中,每一个问题的设置都源于对学生思维的分析,而每一个问题的提出又对学生的思维产生了影响。若问题难度已经超出了学生的能力范围,教师便进行问题转换,以降低难度;若学生回答不完整,则可以追问,引导学生自我质疑;若学生有疑问,可以将问题反抛给学生,共同研究。总之,问题链的问题由学生的思维决定,而学生的思维活动又受问题链的引导,问题与思维相互作用,共同助推探究的进程。
  3.基于基础巧设“发散问题链”,有效突破探究难点
  此节课中,探究活动的最大困难是学生尚不知何为“磁场”和“磁感线”,所以无法找出“如何运动才能产生电流”的真相。因此笔者将内容加以引申,设置如下问题链。
  问题1:不同的运动方式,造成的结果不同,你觉得是这些器材里的哪一个起了影响作用?(引导学生关注实验中的细节)
  生1:磁铁。
  问题2:对于“磁”,你知道它的哪些知识呢?(了解学生的知识基础)
  生2:同极相斥,异极相吸;指南针;吸引铁。
  (教师演示“磁铁不接触吸引铁棒实验”)
  问题3:磁铁不与铁棒接触便可以吸引铁棒,你知道这是如何做到的吗?
  (学生思考,未能回答)
  师:其实关于磁,还有一些知识大家尚不知道……
  生3:磁场!(未等教师把话说完,生3便脱口而出)
  (学生介绍磁场,教师补充说明)
  师:同学们说得很好,磁铁周围确实存在着磁场,它看不见,摸不着,却真实存在。磁铁不接触而吸引铁棒就是通过磁场实现的。为了说明这一点老师带来了一个有趣的实验。
  (教师演示“磁感线模拟实验”)
  评析:问题的设置使得探究活动更自然地过渡到对磁场的研究。教师再演示“磁感线模拟实验”,从感性上增强学生的认可度。
  问题4:你能找出磁场分布的特点吗?
  生4:好像都连成一条条虚线。
  师:科学上引入“磁感线”来描绘磁场的分布。(教师介绍并用PPT展示U型磁铁所形成的磁场的磁感线分布)
  问题5:你能结合磁感线,分析一下三种运动方式有什么不同吗?
  学生讨论并回答:左右运动时,就像镰刀一样,磁感线被割断,而上下运动和前后运动时运动方向和磁感线是平行的,无交集,所以磁感线不会被割断。
  评析:引导学生结合所补充的“磁场”“磁感线”概念,分析电磁感应中磁铁与线圈的相对运动方式,继续推进探究进程。
  (三)设置冲突,改进演示实验
  筆者以“探究物质燃烧条件”为例,阐述如何基于学生的前概念改进实验以实现有效科学探究教学。
  本节课的知识难点是通过实验探究认识物质燃烧需要的三个条件:可燃物、助燃物和可燃物达到一定的温度(着火点)。基于生活经验,学生对“燃烧需要可燃物”这一条件比较容易理解,而对后面两个条件的理解有一定难度,尤其是“可燃物达到一定的温度”这个知识点,因为在学生的认知中,物质燃烧是被火点着的,不点火就不能燃烧。
  如何通过实验来修正学生错误的前概念并建构正确的科学概念,帮助学生建构物质燃烧需要满足三个条件(主要是后两个),是本节课要突破的教学难点。
  实验改进一:“不用点火也能燃烧”。
  教材中的实验(如图2所示)是通过“干、湿棉花在酒精灯的火焰上加热,观察干棉花能燃烧而湿棉花不能燃烧”来建构物质燃烧所需的条件,这依然没有修正学生的“燃烧必须点火”这一错误的前概念,学生很难通过这个实验来得出“物质只有在达到一定温度时才能燃烧”这个结论。甚至这个实验反而会误导学生:物质跟水接触就不会燃烧。
  基于上述问题,笔者采用如图3所示的方式改进实验,转变学生的前概念。笔者利用学生生活中常见的火柴,并把它分为火柴头和火柴梗两部分,分别放在铜片上用酒精灯加热(在铜片上加热是为了打破学生一贯认为燃烧需要点火的错误前概念),同时引入探触式温度计(如图4)来测温度,把物质燃烧时的温度显性化,直观地显示了火柴头和火柴梗燃烧的温度,说明物质燃烧需要达到一定温度,至此“着火点”概念的得出顺理成章。
  实验改进二:“在水中也能燃烧”。
  学生对“有水就不会燃烧”这一观点深信不疑,而这会影响学生认识“只要满足燃烧的三个条件就一定会燃烧”这一新知。新版的华师大科学教材中出于安全和实验效果等原因[白磷在空气中燃烧产生大量的白烟(五氧化二磷)对教室环境造成影响,不利于教师和学生的健康;如图5中白磷燃烧现象不明显,且较易浮出水面,在水面燃烧起来引起火星和液滴的飞溅,存在一定的安全隐患]。已经删除了原教材中白磷和红磷在水中燃烧的对比实验。其实我们只要对这个实验稍作改进就可“两全其美”。改进方案如图6所示。
  两个小烧杯内分别装有等量冷水和热水,放入白磷;两个烧杯内的白磷均不会燃烧,再用漏斗倒扣在白磷上方,漏斗柄连接橡皮管和玻璃管,往漏斗中吹入空气,让学生亲眼看到白磷在水中燃烧这一现象,有力地修正了学生“有水就不会燃烧”的错误前概念,同时该实验也很好地体现了科学实验探究中重要的“对照、对比”的思想(冷水→热水、有空气→无空气),也更地好证明了燃烧需要助燃物(空气)。
  若把教育心理学还原成一条原理的话,影响学习最重要的因素是学习者已经知道了什么,影响教学最重要的因素是教育者是否了解学习者已经知道了什么,是否让学习者参与建构知识的过程,而非重在记住那些成果。文中笔者提出的“基于学生前概念的有效前测策略”就是把学生已知的前概念和未知的发展区连接起来的桥梁。经过对基于前概念的有效前测的探索,课题组成员发现科学课堂教学发生了巨大变革,学生的自主学习能力不断加强,初步达成了“轻负高效”的目标。
  [ 参 考 文 献 ]
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  (责任编辑 黄春香)
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