精心设计探究活动 提升学生科学素养

张静中

学生的科学素养包含构建全面的科学知识体系、培养良好的科学态度、培育正确处理实际问题的科学能力三层由浅入深的内涵。冀人版小学《科学》教材在编写修订的过程中，紧跟时代科技发展前沿，认真落实课程课标要求，仔细梳理科学知识结构，总结国内外小学科学先进教学经验，根据不同学段学生的知识结构和认知水平，对探究活动进行了精心设计。其探究活动的呈现形式包括认识、观察、比较、实验、动手制作等，对于学生构建全方位、立体化的科学知识结构，对于学生掌握科学方法、认识科学本质、树立科学思想、崇尚科学精神，对于学生运用科学知识处理实际问题、参与公共事务等科学素养的培养具有非常重要的作用。

“探究雨的形成”是教材中具有代表性的探究活动，活动的设计对于学生科学素养的培养具有典型的指导意义。本文以此活动为例，力图通过教材的演示、教师的讲解以及学生的亲身实践，让学生能够在由点及线、由线及面地构建科学知识体系的同时，历练其科学态度，进而提升他们解决实际问题的能力，最终实现科学素养的提升。

“探究雨的形成”活动概述

“探究雨的形成”这一活动是作者团队经过反复推敲和科学验证的智慧结晶，并在一线实验教学中取得了满意的效果，以下是探究活动的概况。

活动名称：探究雨的形成

适用年级：小学五年级

课程标准要求：14.1地球被一层大气全包围着。五至六年级：描述雾、雨、雪、霜、露、雹等天气现象形成的原因。

设计背景：小学五年级学生在低年级已经掌握了“知道有阴、晴、雨、雪、风等天气现象”的科学知识，但因为其原有知识结构和认知水平的局限性，导致其不能对“雾、雨、雪、霜、露、雹等天气现象形成的原因”进行正确的分析和描述，这就为本活动的设计奠定了基础。

活动导入：雨来自哪里？下雨时，天上的云和平时有什么不同？

活动假设：通过以上分析，我认为雨的形成可能和（什么）有关。

材料：酒精灯、烧杯、金属加热容器、金属桶、塑料罩、水、铁架台等（參见下图）。

活动步骤：

1.提前将金属桶里的水冻成冰。

2.往金属加热容器中倒入水，再将冰桶外面套上塑料罩，悬挂在铁架台上。

3.点燃酒精灯，给水加热，观察实验现象，并填写实验报告。

结合实验现象用科学的语言描述实验中水滴形成及下落的过程。

思考：实验中的各要素分别模拟的是自然界中的什么？根据图片推想自然界中雨的成因，并用科学的语言进行描述。

讨论：下雨和下雪时的天气有什么相同点和不同点？根据雨的成因，推想雪是怎样形成的。

构建源于生活，涵盖自然科学四大领域的全方位、立体化的科学知识体系

自然科学包括物质科学、生命科学、地球和宇宙科学、技术与工程等四大领域，纵横交织于人类的日常生活之中。可以说，人类眼中所看到的人造世界，以及肉眼所看不到的微观世界，还有遥远深邃的外太空世界等，我们所能观察到和感受到的所有人造事物、自然现象和自然规律都包含了庞杂无穷的科学知识。科学源于生活，生活中的衣食住行，大自然中的春夏秋冬与日月星辰变化等，从中我们都可以学习大量的科学知识。构建源于生活，涵盖自然科学四大领域的全方位、立体化的科学知识体系是学生认识世界、改造世界的基础，是学生终身发展的前提。

仔细观察“探究雨的形成”的活动过程，我们可以很容易挖掘到活动过程中所包含的科学知识。日常生活中，学生已经对大自然中雨、雪、霜、露、雾等自然现象有了充分的了解，并构建了以自然现象为基础的简单的知识框架，但这种框架是浅显的，学生对于雨、雪、霜、露、雾灯的形成实质并不了解，需要进行科学探究，从而实现科学知识的质的提升。活动中，通过科学探究，学生会观察到“水冻成冰、冰受热融化成水、水受热形成水蒸气、水蒸气遇冷凝结成小水珠”的三态变化过程，观察到水的三态变化过程中表现出来的现象，进而了解水的基本性质，以及引起水的三态变化所需要的基本条件等。最后运用分析、概括、推理的思维方法，结合原有的知识框架，得出“雨、雪、霜、露的形成实质是水的三态变化”的结论，以雨的形成为例：地球表面的水受热变成水蒸气，水蒸气在上升过程中遇冷凝结成小水珠，小水珠形成雨再降落到地面。通过知识的扩展和延伸，学生可以将雨的形成原因扩展到雪、霜、露、雾等形成原因，将陆地水循环和海洋水循环扩展到整个地球的水循环系统，从而建立起一套全面立体的地球海陆水循环知识体系。这一过程实现了学生知识量的积累，最为重要的是实现了知识层次上质的飞跃。

当然，自然科学的四大领域包含的知识体系太过庞杂，单单物质科学一个领域就包含了物质、运动、能量这三大门类，而能量之中又包含了声、光、电、磁、热等不同的细分门类。小学《科学》教材中单一活动的设置不可能涵盖以上所有领域，因此，学生需要从整体的角度进行学习，以“积小流而成江海”的态度，从量的积累开始，脚踏实地，完成小学阶段科学知识体系的构建，为下一阶段的提升打下坚实的基础。

形成掌握科学方法、认识科学本质、树立科学思想、崇尚科学精神的科学态度

美国先进科学协会颁布的“2061计划”提出，要通过科学教育使学生具有好奇心、尊重实证、批判地思考、灵活性、对变化世界敏感的科学态度。《义务教育小学科学课程标准》中也对科学态度的总目标进行了详细表述：（1）对自然现象保持好奇心和探究热情，乐于参加观察、实验、制作、调查等科学活动，并能在活动中克服困难，完成预定的任务。（2）具有基于证据和推理发表自己见解的意识;乐于倾听不同的意见和理解别人的想法，不迷信权威;实事求是，用于修正和完善自己的观点。（3）在科学学习中运用批判性思维大胆质疑，善于从不同角度思考问题，追求创新。（4）在科学探究活动中主动与他人合作，积极参与交流和讨论，尊重他人的情感和态度。通过科学学习，尤其是通过科学探究，培养学生掌握科学方法、认识科学本质、树立科学思想、崇尚科学精神的科学态度是科学教育的中层目标。

“探究雨的形成”这一探究活动在设计时充分考虑了对学生科学态度的培养。活动探究过程主要包括导入、假设、准备、步骤、得出结论、思考、讨论等环节，形成了一个完整的探究链，不同的环节针对学生应该具有的科学态度进行了着重培养。导入部分“雨来自哪里？下雨时，天上的云和平时有什么不同”，其设置是为了让学生对生活中观察到的下雨现象保持强烈的好奇心，充分调动他们探究雨的形成原因的兴趣和热情，进一步增强他们的观察分析能力、调查取证能力、动脑思考能力。假设部分“通过以上分析，我认为雨的形成可能和（什么）有关”，可以锻炼学生根据自己观察到的下雨现象和查阅的证据资料大胆表述自己的见解和推论，运用批判性思维对权威进行大胆质疑，同时还能够倾听其他同学关于下雨现象的不同想法，并根据已有证据勇于修正和改进自己的观点。准备阶段要求学生按照实验需要认真准备材料及器具，预想到实验过程中可能发生的意外情况并提前准备应急处置预案。活动过程中，学生需要按照实验目标进行方案设计，并对其进行严格论证;实验开始后学生要认真观察实验现象，详细记录实验结果，仔细梳理实验数据，小组内成员要通力合作，并就自己的观点与其他成员进行积极、及时、充分的交流与讨论，最终形成集体观点。这一过程提升了学生的动手实践能力，锻炼了他们的创新性思维，增强了他们的团队意识和集体观念。思考和讨论环节是学生科学知识的升华阶段。学生的知识水平由观察现象升级到真正认识现象背后的本质，由特殊性推广到普遍性，为下一步以普遍性来指导特殊性奠定良好的基础。

诚然，科学探究活动对于科学态度的培养起到了举足轻重的作用，但是由于课程设置的需要，教材中很多科学探究活动并不能包含所有的科学探究环节。科学态度的培养不能单靠某一个科学探究活动，也不能单靠某一次科学实践。这一目标的实现不可能一蹴而就，也不会一帆风顺。这就要求学生以探究活动为载体，通过无数次的尝试和不断地積累，在潜移默化中完成科学态度的培养目标。

培养运用科学知识处理实际问题、参与公共事务的能力

探究活动作为科学学习的一部分，其最终归宿和终极目标在于使学生能够真正运用科学知识处理实际问题，参与公共事务。千百年来，无数的科学技术在人类的生产生活中得到推广和应用，不断影响着我们的自然环境、生活水平以及社会变迁，同时人类的需求也推动科学技术的不断发展。科学技术对于人类社会的发展起到了巨大的推动作用，但同时也带来了严重的负面效应，甚至在某些方面带来了灾难性的影响。科学技术作为一个充满利弊的矛盾体，人类需要用理性的心态和方法去审视和利用它，从而使其效用达到最大化。

通过“探究雨的形成”的学习，学生已经将原有的知识体系进行了升级，掌握了雨的形成的过程和实质，并将知识扩展到了雪、霜、露、雾等自然现象。但是应该如何使这些知识真正服务于人类生产生活，还需要做进一步的延伸与拓展。春回大地的时候，一场春雨可以滋润万物，让大自然变得绿意盎然、生机勃勃;一场暴风雨的降临，又会损坏庄稼、损坏建筑，给人类的生命财产造成严重的损失。任何事情都具有两面性，探究雨的形成的真正意义就在于引导学生对于雨能够做到趋利避害。学生在学习完本活动之后，都能提出很多对自身生活影响较大的问题，并设计一些简单的应对方案，如发生人力不能扑灭的特大火灾时，可以根据气象条件利用人工降雨的方式灭火;如暴风雨来临时，一些动植物常常会表现反常，如燕子低飞、蚂蚁搬家、鱼跃水面、蜘蛛收网等，人类在得到这些消息时要提前做好防范等。

结语

学生科学素养的培养是一个循序渐进的过程，不可能一蹴而就。

经过近20年的艰苦探索，奋战在科学教育战线的广大教师及科研人员不畏艰辛，在培养学生素养的道路上取得了不菲的成就。当今社会，科技发展日新月异，并以几何级增长的速度大踏步向前迈进，这就对我国科学基础教育事业提出了严峻的挑战。冀人版小学《科学》教材在编写过程中，作者团队经过认真解读课程标准，深刻领会课程宗旨，准确把握学生需求，深入总结教学经验，精心设计出了数十个生动活泼的探究活动。这些探究活动形式丰富、内容广泛、价值深远，尤其在学生科学素质培养方面倾注了大量的心血。“探究雨的形成”活动只是教材的一个缩影，希望冀人版小学《科学》整套教材的探究与学习，能为学生科学素养的提升提供更多有益的帮助，能为我国科学基础教育做出更多的积极的贡献。

河北人民出版社（050051）？？