层层递进 生生自究

虞优优

摘 要：科学离不开实验教学，其中探究性实验教学开展是否有效，将对学生科学探究能力的培养起到至关重要的作用。对本校初一、初二进行调查，就课堂上开展的实验环节的各细节问题进行定量分析，反思实践教学。从发现问题制定层层递进、步步落实的教学策略，提升每位学生的探究能力。

关键词：探究能力；教学策略；研究方法

一、课堂教学现状研究方法

为了达到提高学生探究能力，优化教师探究性实验教学的目标，着手进行以下工作：主要采用了调查问卷表，对本校初一和初二学生进行抽样调查，初一发放了550份调查卷，收到有效卷523份。初二发放了230份调查卷，收到有效卷191份。本次抽样调查采用的方式是用网络无记名抽样调查。对本校初一初二进行对比调查是基于本校教学进度、课堂教学模式、实验演示器材、实验课的方式、集体备课方式都是雷同的，具有对比性，并对学生的调查问卷数据进行量化分析和信度分析，确保学生调查问卷的真实性和价值性。通过SPSS软件，对学生调查的数据信度进行了测评，测评结果如下：

可靠性统计量

本次调查问卷总信度高达0.9以上，超过了0.6的标准，达到了理想信度，可用作分析和反思的基础。再从调查的数据总结，剖析教师课堂探究性实验教学策略改进的是否有效，寻找针对性的有效策略。

二、问题的发现

1.学生学习态度方面

上表反映以下问题，你喜欢探究性实验还是验证性实验？喜欢探究性实验的：初一占74.38%，初二占81.68%，无论是初一还是初二学生大部分喜欢探究性实验超过了验证性实验，从学生的内动力上分析，学生更倾向于探究性实验，说明学生对学好探究性实验是有良好学习兴趣的。初二学生比初一学生更喜欢探究性实验。“你喜欢填写实验报告单吗？”初一69.02%喜欢，初二68.59%喜欢。喜欢的程度不如做探究性实验，说明学生喜欢做实验，但对笔头的落实还是要打折扣的。“遇到实验问题，你会主动提问吗？”初一会主动提问占77.36%，初二占73.30%。第15个问题是“你会填写实验报告上的哪些项目？”实验现象、实验结论、实验数据都会填上的：初一占77.06%，初二占72.25%，初二在填写实验现象、实验数据都要比初一高2～3个百分点，在可多选的情况下，说明初二学生更关注实验现象和数据，而实验结论却与初一没有区别。从总体柱状图来分析，初一与初二的学习态度还是比较相似的，百分之六七十的學生学习态度积极，初二在探究实验题上的兴趣超过了80%，更为突出。

2.教学实践操作方面

上表是对教学实践操作上的问题进行反馈。你有参加老师演示实验的机会吗？经常参加的：初一占57.93%，初二占51.83%，这个比例跟学生向往参加实验愿望差了20%左右。教师的演示实验无法满足学生对实验的需求，将会打击学生的学习积极性。“你参加学生实验的机会如何？”学生实验大部分学校是两人一小组合作完成实验的，初一54.88%的经常参与，初二65.97%的经常参与。从初一来看，只有半数多一点的学生是在实验课上做实验的，还有很大一部分学生并没有参与。而初二的比例虽高于初一，但比例也并不是很高，跟人人参与实验的目标相差甚远。

3.层层递进，步步落实的教学策略制定

国内外科学教育领域对科学探究能力的研究和认识，已经经历了一个漫长的过程。就国外科学探究式学习的教学模式常见已有如下四种：直线单向的科学探究模式、以问题为中心的科学探究过程模式、以探究为中心的科学探究操作模式、学习环模式。而国内尚未对科学探究涉及的理论问题展开深入讨论。没有建立在研究基础上的适合我国国情的明确的科学探究模型，结果导致科学课程改革实践中产生了两种误解：（1）认为科学探究存在固定模式，将课程标准中提出的科学探究要素作为程序性知识教给学生，或者抽出其中的要素进行独立训练，这使许多课堂探究走向程序化和表面化；（2）对科学探究的理解过于宽泛，而忽略了对科学探究本质特征的把握和对学生科学探究能力的有目的培养，不能使科学探究能力的培养落到实处。

笔者就培养学生的科学探究能力作为切入点，结合国外关于探究式学习的教学模式，设计符合本校学生特点“层层递进，步步落实”的教学策略。它包括以下5个层次递进式培养学生探究能力：观察使用器材，解释科学现象，填写实验报告，独立完成实验，合作交流反思。

本策略设计中除了考虑学生的思维层次逐步提高外，每个层次的培养都包含了学生探究能力的一部，然后一步一步引导学生达到最后综合探究能力的过程。当然这个策略是教师在教学中结合学生所在的年段，所学的科学知识，有计划性地实施，随着课程由浅入深的进程，配套式的层层递进探究。

（1）观察使用器材层次

在调查中，你在家喜欢用家庭器皿做实验吗？初一学生经常的比例不足30%，偶然占了50%左右。科学是来源于生活，服务于生活。很多学生生活在象牙塔里，在初中课本里出现的一些器材都未曾看过或接触过，更不用说使用，这将会限制学生使用器材进行科学探究，或者造成学生根本无法借助器材的使用来解释科学规律或知识，导致很多学生学习科学就像瞎子摸象，凭想象学习。

想要学生学会主动科学探究。首先，就是教会学生观察使用器材，拓展他们的眼界，在他们遇到困难时就会想到器材，利用器材去追根究底。第一步，教会学生使用科学书本里的器材，如物理仪器、化学仪器、生物仪器，并实施仪器使用考核。第二步，拓展到使用生活中的其他仪器。比如，借助学生身边的一些用品（如泡沫、书、海绵、玻璃杯、乒乓球、可乐瓶、塑料袋、剪刀、镜子等），厨房用品（如醋、食盐、生粉、糖、酒、胡椒粉、筷子、瓷碗、煤气灶等），家庭工具箱（钢卷尺、扳手、锤子、螺丝刀、测电笔等）、家庭医用箱（体温计、纱布、药物等）进行初步认识和使用，将会有意外的收获。激发学生主动探究，例如，初一学到体温计，可以布置学生回家观察体温计的结构特点和使用心得。初二学到溶解度，可以布置学生回家配置饱和食盐溶液，让学生体验饱和的概念。初三学到杠杆，可以布置学生回家使用扳手等活动，使用后每位学生书写使用心得，课堂交流使用心得。第三步，评价仪器的精确度和使用的便捷性。让学生明白仪器的精准度是有差别的，而这些差别将会影响实验数据得出的精确性。

通过学生亲身感悟、操作反思，收获科学知识、实验操作技能以及科学态度，与传授式学习方式有本质性的不同，进而激发学生的探究欲望，为学生建立一个良好的科学探究氛围和空间，体现了科学源于生活，服务于生活的新课程标准理念，提升学生观察测量的基本技能。

（2）解释科学现象层次

学生认识并会用实验室或家庭等仪器，只停留于过程技能水平。而科学探究无论是调查报告、科学规律探究、科学问题探究等等，都离不开逻辑推理。所以，在平时的课堂教学中，教师要注重科学现象的解析。训练学生将科学现象与科学理论进行连接。教师应鼓励学生用多种思维方式解释科学现象。不要局限于控制变量法的论证思路，还有反证法、归纳法、类比法、等效替代法、演绎法、逆向思维等，只要解释是科学合理的都要加以表扬和肯定，不能缩小学生科学探究的范围。这就是笔者为什么不按照科学探究几个环节来直接培养学生探究能力的原因。只要学生能梳理出科学知识和现象的前因后果，为培养此目标，要求学生人人书写解析上交批改，很多学生口语表达强于书面表达，书面形式上交，便于教师及时发现学生表达上的科学性错误，便于学生加以纠正，让学生思维变得严密，并具有科学性、规范性，提升学生的推理技能。

（3）设计实验报告层次

在前面两个技能培养的基础上，教师在课堂上可以有目的性地培養学生设计并书写实验报告，根据实验的不同内容设计不同的实验报告并填写。科学探究的类型各不相同，有调查报告类型，有数据分析类型，有实验结果类型，根据不同类型设计不同的实验报告，例如：

上述实验报告中的步骤环节要求学生写明使用的实验方法、具体操作步骤、使用到的仪器。将课本里的实验以探究形式呈现，从让学生写报告中的某一个环节开始，最难写的当然是步骤。上交批改评价，让每位学生都参与到课堂探究中。学生能否设计实验报告是探究中组织和逻辑能力的体现，能否自己填写实验报告是表达能力的体现，而这个表达是否科学合理还是需要教师指导和帮助的。

（4）独立完成实验层次

在前面能力的逐步培养下，第四步就可以开始放手让学生自己设计实验，完成实验报告。教师只要抛出问题给学生，让学生发挥自己的探究能力。以下是学生课堂的实验小报告：

例如，八年级上册上到滑动变阻器时，当堂布置学生设计“可控制小灯泡明暗的电路实验”。让学生写出实验器材，实验步骤，实验心得。

案例1：可控制小灯泡明暗的电路实验

器材：两节电池，两个电池座，一个开关，一个小灯泡，一个灯泡座，一个滑动变阻器，若干导线。

步骤：①将小灯泡和电池分别固定在灯泡座和电池座上；

②将两个电池座首尾相连；

③用导线将灯泡座、电池座、开关和滑动变阻器串联起来，注意开关断开，滑动变阻器的滑片处于离下面两个接线柱中连接导线的一端最远的位置；

④闭合开关，调节滑动变阻器控制小灯泡明暗。

心得：滑动变阻器的使用在生活中也是很常见的，比如电灯调节光线的按钮，收音机调节音量的旋钮等，通过改变滑动变阻器接入电路的有效长度改变滑动变阻器的阻值，从而改变电路中电流大小，即小灯泡中通过的电流大小，小灯泡的明暗也就随之改变，不过在做这个实验的过程中有一个问题，就是如果只用一节电池的话电流太小，用滑动变阻器的最大阻值接入电路会因阻值过大而让电路成为开路，所以我用了两节电池，虽然滑片可移动范围增大了，但还是会出现这样的问题，所以实验还有需要改进的地方。

案例2：如何让100克橡皮泥达到最大载重量

材料：橡皮泥约100克，清水一盆，1元、5角、1角硬币若干枚。

步骤：①取约100克橡皮泥；

②做成圆形船状，方形船，悬浮水面；

③放入一枚一元钱硬币，稳定悬浮水面……（省略）

结论：同样100克橡皮泥做成船，底面积越大，内部空间越大，载重量也越大。

心得：虽然只是橡皮泥做的船，但无论是制作过程抑或是试水过程，都很困难，也遇到了无法漂浮、船进水等问题，但在攻克解决这些难题的过程中，我也感受到了探寻科学的乐趣。

从实验中我知道了，同质量的船，底面积越大，内部空间越大，就能排开更多的水量，能装载更多的物体。

案例3：测玻璃瓶的密度

实验器材：直柱体玻璃瓶（充当量筒）、酒杯（充当玻璃瓶）、细线、刻度尺、水彩笔、水。

实验步骤：①向玻璃瓶中倒入250 ml的水，用水彩笔标出液面高度，写下250；再加入250 ml的水，记液面高度为500；再加入250 ml的水，记液面高度为750，并记为V1。

②用细线绑住酒杯，慢慢放入水中，可以看到酒杯漂浮在水面上。用水彩笔标出液面高度，记为V2（为900 ml）。

③将酒杯压入水中，酒杯由于灌满了水，沉到瓶底。用水彩笔标出此时的液面高度，记为V3（为810 ml）。

④酒瓶的质量m=（V2-V1）×ρ水=（900ml-750ml）×1.0g/cm3=150g

酒杯的体积V=V3-V1=810ml-750ml=60ml=60cm3

酒杯的密度ρ=m/V=（V2-V1）×ρ水/V3-V1=150g/60cm3=2.5g/cm3=2.5×103 kg/m3

案例4：

实验目的：探究食盐和蔗糖在水中溶解性大小。

实验器材：2杯100克水温度约为70摄氏度；食盐和蔗糖若千克；电子秤；小纸片若干；搅拌棒。

实验步骤及现象：

①用电子秤称出2克的食盐。

②将称好的食盐一份一份倒入杯中，用搅拌棒搅拌，直至加到第18份时，经过搅拌，食盐完全溶解。再向杯中加入一份食盐，食盐不能完全溶解，有固体颗粒沉在水底。

③用电子秤称出2克的蔗糖。

④将称好的蔗糖一份一份倒入杯中，用搅拌棒搅拌，直至加到第70份时，经过搅拌70份，蔗糖完全溶解。再向杯中加入一份蔗糖，蔗糖不能完全溶解，有微小颗粒漂在水中。

实验结论：70摄氏度的100克水能溶解36克的食盐，140克的蔗糖。所以70摄氏度时，蔗糖在水中溶解能力更强。

独立完成实验，写写学生自己的实验心得这个环节，指导学生抓住自己即时生成的问题资源，引导学生反思实验问题，通过讨论实验的优劣，突破教学重难点，达到提升学生的探究能力、表达能力、反思能力。这就是为什么初二比初一高45%的学生喜欢独立实验的原因。初一523人接受调查，没有1人提及独立实验的问题，说明平时教师不加以引导，学生在探究实验这一块无法成为学习的主體。

4.合作交流反思层次

在教师不断培养学生探究能力的同时，更重要的是不能忽略学生对实验过程的表达。无论是课堂演示变成学生实验，还是学生拓展课本探究性实验。笔者都要求学生书写实验报告上交，在初步层次教师加以批改，随着学生能力的提升，可以采用当堂展示交流，互相指出实验报告上的问题。但这样很难达到生生自究的目的。所以，每位学生完成独立实验，写好独立的实验报告后，进行小组合作式交流。以四人为一小组，相互轮流看阅彼此的实验报告，每个人给看的报告提意见，最后让实验者反思，如有异议可以当堂提出全班学生讨论是否合理、是否科学、是否正确。

例如：案例1中，没有提及滑动变阻器从何处开始滑动的都没有交代，学生就有可能不知道滑动变阻器使用时应该注意的细节，操作规范不严谨。案例2中，学生把“漂浮”写成了“悬浮”，这两种状态完全不同，表达不科学。案例3中，有学生玻璃瓶的密度测的只有500 kg/m3，有的测出来是3.5×103kg/m3，像这些偏小，偏大，学生能相互指出来。有学生在测玻璃瓶体积时，用针去顶玻璃瓶，造成玻璃瓶体积测量偏大，测量方法错误。案例4中，比如70摄氏度的时候食盐36克才饱和，温度是如何做到保温的呢？实验不规范，没有做到控制相同的变量。

通过学生自己书写的实验报告，才能有据可依地找到自己在探究中的问题，从而让学生思维变得更细致，更严谨，更规范，更科学，这样使学生的科学探究能力进一步提高。作为科学教师，应追随新课程理念，不要惧怕学生犯错误，要善于捕捉、利用学生报告中的问题，这是一种宝贵的教学资源。实验报告不能让学生放任自流，一定要有反馈，激励学生向更高的能力方向发展。

三、效果与反思

上表就“你认为科学实验对学习科学基础知识有帮助吗？”很有帮助这一项，初二高达83.2%，比初一高4.7%；第12项是：你认为在科学实验对增强自己的自信心和解决科学难点等方面有帮助吗？初二认为有帮助的高达90.5%，比初一高2%；在第17项，你觉得填写实验报告单对你的得出实验结果有帮助吗？初二觉得有用，高达90%，比初一高1.7%。从以上三项可以看出，以上在探究性实验的教学策略性改变的实践中对学生确实产生了一定影响。文中前面所提到，初二学生在探究性实验的独立性、实验表达，实验反思以及对探究性实验的认可度上，经过一年的训练跟初一相比都有提高。在探究性实验方面提高学生学习信心，功课难点和实验报告单的书写上认可度已达到了90%以上。

参考文献：

[1]陈志伟，陈秉初.中学科学教学论[M].浙江教育出版社，2007-12.

[2]王耀村.初中科学教学案例专题研究[M].浙江大学出版社，2011-07.

编辑 孙玲娟