用科学实践甄别探究活动的真伪

吴彬

[摘要]当下的小学科学课堂，探究活动热闹非凡，这说明了从课程改革以来，广大教育工作者对科学实践进行了深入的研究，但这些探究活动中，对如何甄别活动真伪一直存在争议，科学实践的提出给我们提供了评判标准。为此，教师尝试以“科学实践”理念为依据，提炼出三条甄别探究活动的真伪标准。

[关键词]探究活动；科学实践；认知冲突；推理论证；自主建构

[中图分类号]G623.6[文献标识码]A[文章编号]10079068（2017）18007502

案例1：流水改变岩石的模样

学生：四年级，11岁

教师在备课过程中发现，模拟流水对岩石的作用时，岩石发生非常细微的变化，如果不仔细观察，就无法发现实验前后所发生的变化。为了提高课堂教学效率，教师特地找了一些非常松脆的岩石，让学生进行实验，实验结果非常明显，学生很快就得出结论，流水会改变岩石的模样。

几年前，我们还为这样高效的探究活动沾沾自喜，但当下我们发现这样的探究活动存在很大的问题。其问题的症结在于我们只考虑到了时间，忽视了探究活动中的核心因素——科学家是否是这样来研究——用有效的推理论证找出模拟实验与实际实验的关联度。案例1中的探究活动完全服务于预设的结论，教师为了达到预设的结论特地找一些外在物来促成，我把这样的探究活动定为伪探究，而当下类似这样的伪探究在小学科学探究活动中大量存在。

“科学实践”全称是科学与工程实践，来源于2013 年公布的美国新一代科学教育标准（NGSS）。国内不少专家从不同角度对“科学实践”进行阐述，其中中央教科所郁波将“科学实践”解释为学生应该像科学家了解、认识自然世界的过程那样来学习科学。从教学层面上可以具体理解为：学生需要通过实践进行核心概念的有效学习，这种实践应该与科学家的研究更为相似。

基于此，笔者认为郁波从教学层面上将“科学实践”阐述为“学生需要通过实践进行核心概念的有效学习，这种实践应该与科学家的研究更为相似。”这对当下的科学探究活动具有重要的指导意义。那么，怎样才能让学生的研究与科学家的研究更为相似呢？所以笔者尝试从以下三个方面进行阐述。

一、引发认知冲突——学生探究的原动力

认知冲突是把新的现象与原来的认知相联系的过程，当新的现象无法纳入原来的认知时，会造成心理失衡，认知冲突就产生了。认知冲突是学生学习的起点，也是科学家研究问题的出发点。真正的探究活动必须让学生经历认知冲突，引起深刻反思，促发主动探究，但认知冲突会逐步推进，推进得越深，认知冲突越难进行，学生会把观察到的现象不停纳入原有的认知体系中，并从这个体系中出发寻找证据，而忽视其他证据的存在。现代科学认为，任何观察都是渗透着理论并受理论束缚的。在这种情况下，教师应怎样去引导学生发生深层次的认知冲突呢？

案例2： 物体在水中的沉浮

学生：五年级，12岁

教师演示各种物体的沉浮，有矿泉水瓶、蜡烛、回形针、泡沫、橡皮、小玻璃瓶、木块、石块等。每次演示之前都先让学生猜测，然后研讨沉浮跟什么因素有关，逐一讨论，有的说重量，有的说大小，有的说材料，有的说空气等。讨论中有很多因素被否定了，比如重量因素，一些学生听到之后会马上反驳，蜡烛比回形针重很多，但蜡烛浮，回形针却沉。这些都非常顺利，因为事实就摆在眼前，最终剩下空气因素不能否定，这是学生最后一根稻草，学生不会轻易放弃。学生认为有空气的物体容易浮，没有空气的物体就容易沉，用此观念来解释刚才很多物体的演示，似乎都能套用。这时，教师提到蜡烛没有空气，为什么是浮的呢？学生认为蜡烛中间有很多小空气存在，这时班级中绝大部分学生开始支持这样的观点。

这个观点的存在成了整个单元教学的死结，因为在后续的课中用不同重量同体积的塑料球和不同体积同重量的圆柱体这套材料进行实验时，学生也搬出了这套理论，同样也适用。在这种情况下，一定要找到一个沉浮现象是学生的“空气理论”解释不了的，这样才會引发认知冲突，才能让学生重新去探索影响物体沉浮的因素。教师一开始想到的材料是一个浮的玻璃球，然后把里面的空气抽出来，再演示是沉是浮。可是小学科学材料中没有这样的设备，即使有，怎么样做才能让学生相信玻璃球里面的空气被抽干了呢？最终教师找到了注射器的妙用，将注射器的推手推到底部，把注射孔封住，不让空气进入，在注射器的两旁捆绑上两根三寸铁钉（这样注射器就能沉到水底），然后把注射器的推手往上拉（空气不能进来），将刚才的两枚铁钉撑在针筒和推手之间（因为这种情况下把手放开后，推手会自动拉回到原处，关键学生对此非常了解），这样还是注射器和刚才的铁钉，注射器内的空气也没有增多，让学生预测这注射器的沉浮。如果还是沉，说明确实跟空气有关，因为空气不增多，物体保持原来的沉浮。如果浮了，又说明什么呢？学生意识到，浮了就说明沉浮与空气因素无关，因为空气没有变，物体同样有沉浮的变化。预测时很多学生很肯定注射器会沉下去，演示后发现注射器浮起来了，学生都惊呆了。一些学生还怀疑注射器是否漏气，教师将撑在推手和针筒间的铁钉拿去后，推手回到原位……

从学生惊呆的表情中，我们知道认知冲突已经发生了。认知冲突有浅有深，浅层次的认知冲突在学生的研讨中就能发生，它会让部分学生进行概念建构，如案例2中一些学生认为重的沉、轻的浮，这种认知冲突是个别性的、浅层次的。随着研讨的推进，一些学生的概念逐步被修正，一些观念在经受一轮又一轮的实验后，学生会对它坚信不疑，并会出现很多支持者，所有的问题会聚焦在一个点上，这时的认知冲突是集体性的、深层次的。学生只有经过这样的认知冲突，后续的探究活动才会有意义。这种集体性的、深层次的认知冲突是否出现就可以作为甄别探究活动真伪的一个标准。

二、反复推理论证——探究活动的核心

缺少反复论证与推理，是当下实验教学的突出问题，案例1就暴露了这个问题，结论的得出过于盲目，这显然不是“像科学家那样的研究”，教师也没有意识到要引导学生对得出的结论进行反思——结论可靠吗？有依据吗？相比教师盲目地下结论，让学生产生争论更有价值。

案例3： 白糖加热后的变化

学生：六年级，13岁

把白糖放在金属的调羹中，放在蜡烛上加热，教师要求学生观察白糖的变化，并把重要信息记录下来。观察中，一些现象超出了学生的预想，一开始学生就觉得很惊讶，课堂慢慢变得躁动起来，有些甚至大喊，教师提醒学生把重要信息记录下来。实验完成后，教师组织学生研讨，大家发现了白糖加热中发生很多变化。教师抛出了研讨主题“加热前的白糖和加热后的白糖是否是同一物质？”问题提出后，学生明显没有刚才活跃了，一些学生认为没有发生变化，因为没有加入其他的物质，应该还是糖。一些学生认为发生变化了，因为颜色气味都发生了改变。双方各占一词，争论不下。这时，教师组织接下去的活动：“小组讨论，你们认同哪一种观点，是否能找到更有力的证据或实验方法。在此过程中需要教师提供什么帮助或是器材。”一些学生就想重新做实验，并得到很多同学的支持。

在第二节课中，学生再次做了这个实验，学生明显没有上节课那样躁动。实验完成后，一些学生提到了白糖发生过程性的变化，一些学生认为最终的物质是炭而不是糖，但一些学生还是认为，白糖本质没有变，仅仅是颜色发生变化，刺鼻的气味是白糖加热中所散发出来的气味。于是有学生提到了是否能为他们提供一杯水，想看看加热后的白糖在水中的状态……

学生为什么会有重新做实验的想法，这就是科学家的思维，科学家对同一个实验会反反复复进行，直到没有思考点为止。学生做两次实验似乎是一样的，材料也是一样的，但两次实验的关注点不一样，后面的实验是在有了新的关注点的基础上进行的，而这个关注点一定是第一次实验中没有关注到的，这就是再做实验的意义。事实上，第二次做实验，学生会带着新思考去观察，实验后的确有更有意义的新发现。我认为这种观察本身就“与科学家的研究更为相似”。学生为什么会想到要再一次做实验，后来为什么会想到要一杯水，说明学生的思维在不断向前发展，反复推理论证不是在原地打转，而是需要思维不断推进。这种思维的推进，恰恰是探究活动中最为核心的部分，因此，是否有这样的反复推理论证是甄别探究活动真伪极为重要的标准。

三、自主建构概念——探究活动的归宿

如果学生的学习经历了认知冲突，反复推理论证，就能自主建构概念，它是探究活动的最终归宿，“探究”与“概念”双螺旋发展也是国内专家对“科学实践”达成的共识，但他的实现是在上述两点的基础上自然达成的。如果缺少了认知冲突，就无法进行反复论证推理，也就无法落实科学概念的自主建构。因此，概念的自主建构也作为甄别探究活动真伪的标准之一。

案例4：水与水蒸气

学生：三年级，10岁

第一个教学环节是交流生活中的蒸发现象，集体看了一组鱼缸中的水逐渐蒸发的照片，从而指出水变成水蒸气称为蒸发。第二个教学环节是观察水蒸氣，让学生在桌面上、皮肤上用水写字，随即总结水蒸气是看不见、摸不着、无色无味的一种气体。并重复地问水蒸气是怎样的，试图让学生强化记忆。第三个教学环节是观察水蒸气的凝结现象，教师让学生用冷和热两块玻璃分别盖在同样温度的热水上，学生发现冷玻璃片上很快就有了水珠，当教师问这是什么时，几乎所有学生都说是水蒸气。教师只能搬出科学家，“科学家说水蒸气是看不见、摸不着的”。接着给每个小组发一瓶冰矿泉水，观察冰矿泉水外面的水，依旧有学生说是水蒸气。最后教师演示水烧开后喷出白气的现象，分析看不见的部分和看得见的部分各是什么。

课后我采访了一位上课表现非常出色的男同学，我问他：“你觉得水蒸气是看得见还是看不见的。”他回答道：“有时候看得见，有时候看不见。”我继续追问道：“什么时候看得见。”他回答道：“热的时候就能看见。”

从这位学生的回答中说明他对水蒸气的概念建构没有达到教师预期，甚至可以说毫无发展，原因在于他对水蒸气的原先认识，对于解释这整堂的实验现象绰绰有余，这就不会有认知冲突，因此后面看似满满的探究活动，对学生来说都是无效的。

引发认知冲突，反复推理论证，自主建构概念，这是科学家在研究问题中最重要的三点，也是“科学实践”理念的核心部分，它们既是衡量探究活动真伪的标准，也是在一个探究活动中一脉相承的三个过程，以此为圭臬，能让我们的探究活动朝着正确的方向不断前行。

（责编蓝祝丹）