基于科学探究活动提升创新思维的实践研究

郑丽冬

浙江省临安区昌南初级中学

一、研究的背景

1.发展的需要。

随着社会的进步和科技的发展，创新型人才的需求越来越高，在教学中培养学生的创新意识和能力是时代的要求，也是实施素质教育的根本任务。为了适应时代的发展，教师必须改变传统的教学方式， 在初中科学教学中，教师要重视多元教学方法的运用，开展探究活动，激活创新思维，培养学生的创新能力。

2.农村中学探究活动的现状。

教师的功利性太强，重应试轻素质，教师讲学生被动的听，习题的反复强化练习，这就是传统的科学教学模式。在这种模式下，学生的学习缺乏主动的深层次的思维，没有培养起学生自主学习的能力，学生连基本的科学原理和概念理解都不透彻，为了应试教师把大量时间花在强化练习上，而在探究活动上用的时间少得可怜，长此以往造成恶性循环，学生的创新思维没有得到及时的培养。

二、初中科学开展探究活动的意义

1.落实知识，“强”根基。

科学探究活动学生从问题或任务出发，设计方案，积极主动地通过多种形式的探究活动，从实践中获取事实证据，解决问题或完成任务，以获取知识和智能的发展、培养情感体验的学习方法。学生从传统的被动接受，转变为主动获取知识，有助于对科学基本知识与原理的理解，有助于基本知识的落实。

2.能力提升，“散”思维。

探究活动是在明确主题、精准方向的前提下，通过动手操作、实践探索，从而完成学习目标的一项教学活动。而探究活动集合了大脑、手等多种感官于一体，在动脑与动手相结合的过程中，不仅可以增加科学教学的趣味性，增强学习体验感，而且还可以激活思维。思维是支配学生行动、操作的指南，在探究活动中，培养学生创新思维，激活思维是前提，同时，在探究活动开展的过程中，不仅有问题引领，还会涉及到分析推理、合作探究、交流沟通等，既是思维碰撞的阶段，同时也是促进学生个性发展，培养创新思维的关键时期。

3.目标达成，“落”素养。

初中科学新课标中指出：在教学中，不仅要提高学生对科学文化知识的掌握，还要培养学生的科学探索精神、科学学习方法以及科学技能、科学能力等素养。但是，在传统科学教学中，教师都是以知识传授为主，而忽视了学生核心素养的培养，在被动接受学习的过程中，很难完成新课标的育人要求，而探究活动教学法的运用就不同了，是基于学生为学习主体展开的教学方式，旨在通过切实参与、动手操作、探究学习，在经历科学知识形成和发展的过程，认识科学本质，使其结合自己所学知识，对科学问题有新的认识和看法，不仅可以培养创新素养，还可以完成新课标要求，提高初中科学课堂教学质量。

三、初中科学开展探究活动的原则

1.启发性原则。

在初中科学教学中开展的探究活动，是一项有计划、目的、有结果的活动。为避免探究活动中形式大于实效的问题，在开展探究活动的时候，要遵从启发引导的原则，重视有效问题的情景设置，在层层引导、发现、探索、分析、解决问题的过程中，激活课堂活力，激活创新思维，从而培养学生科学探索方法、科学学习态度和科学学习精神，让学生在经历科学知识形成的过程中，促使创造思维得到最有效的开发和培养。

2.主体性原则。

在传统教学中，教和学是两个独立存在的个体，学生处于被动学习的状态，教师是教学的主导者，新课标理念下倡导师生双边活动，提高学生学习能力。为此，在初中科学探究活动开展中，培养学生的创新思维，需要建立新型的师生关系，树立以学生为主体的原则，教师要做学生探究学习的指导者、合作者，在合作探究、平等对话、和谐交流的过程中，让学生敢想、敢说、敢做，从而培养创新思维，使其真正成为学习的主人，为提高学生创新能力提供前提条件。

3.新颖性原则。

学生的科学知识掌握的较弱，所以农村中学的科学探究活动内容选择要符合农村中学的实情，有实际应用价值；探究活动内容所涉及的知识点难度要适宜，随着活动开展的进行，难度逐渐增加；内容要新颖，从学生喜欢的活动出发，让所有的学生都愿参与到探究活动中来，为每个学生都提供一个提高科学素养的机会。

四、有效开展探究活动，驱动创新思维提升

1.通过模型探究，激发兴趣，打开创新思维的大门。

没有对科学的兴趣，何以谈科学创新思维，要培养学生的创新思维，首先培养学生对科学的兴趣。模型探究就是学生对已学知识，在老师的启发下，通过自己的理解和思考，动手实践，用具体的实物制作模型的过程。如制作等高线模型、地球仪模型、植物细胞模型等，通过模型制作来培养学生对科学的兴趣。

案例：植物细胞模型的制作：

(1)画出细胞结构，使学生在制作模型时有所依据。

(2)准备好从家中带回细胞结构的各种物品，物品尽量是现成的，不需要另外购买，不加重学生的经济负担，同时也可培养学生的发散思维。

(3)学生制作和展示，在展示过程中，也可帮学生树立信心。

上面就是其中几位同学的作品，虽不够精致，也不完美，但学生所用的材料很丰富，有橡皮泥、泡沫、透明塑料袋、绿豆、板栗等，这说明学生是经过思考的，学生动手与动脑相结合，远比单一的、机械的记忆或反复的强化练习要有趣。既加深了对科学知识的理解，又让学生体会到了科学探究活动的乐趣，激发了学生学习科学的兴趣，打开创新思维的大门。

2．开展疑问探究活动，培养学生质疑的品质，激活创新思维。

学起于思，思源于疑，任何一个伟大的创新都是从一个疑问开始的，要培养学生的创新思维，需要培养学生质疑的品质。疑问探究就是在学习科学基本原理和概念时，学生会存在疑问，教师通过创设问题情景，引导学生提出问题，并以此问题作为科学探究活动的问题而开展探究活动。

案例：影响液体压强大小的因素

教师演示往同一玻璃管中注入不同深度的水，观察到橡皮膜的凸出程度随深度增加而增加。问：在这个过程中水的哪些物理量发生变化？学生很容易就观察到水的深度、重力都在变化。再问：水的深度越大，水的压强越大你这对结论有疑问吗？学生就会提出问题：为什么不是水的重力越大水的压强越大？这时教师直接告诉学生重力对液体压强没影响，不仅不能解决学生心中的疑问，而且会扼杀学生心中萌发质疑的种子。请学生设计方案来探究水的重力与压强大小有什么关系，反而可以把学生的思维推向更深层次，学生设计出如图方案，在粗细不同的玻璃管中加入相同深度质量不同的水，观察橡皮膜的情况。在实验中发现橡皮膜凸出程度相同，证明水的重力与液体压强大小确实无关，请同学们再把书本上的实验方案修改，使其与结论更符合。学生设计了如图实验方案，在实验中把等质量的水加入粗细不同的玻璃管，观察到细玻璃管的橡皮膜更凸出，就得出水对容器底的压强与深度的关系，确实与水的重力无关。通过探究解决了心中的疑问，还完善了书本的方案，培养了学生敢于质疑书本、质疑权威的能力，使学生敢于提出探究的问题，能用控制变量法对实验活动进行探究，加深对科学知识和原理的理解，完成课标的任务，更重要的是培养了学生的问题意识、质疑能力，激活了创新思维。

3．通过探究方案的设计，培养学生的发散思维。

发散思维是创新思维的主要表现形式，要培养学生的创新思维，就要培养学生的发散思维。探究活动中，选择一些有多种方法或常规方法不可以解决的问题作为探究的内容，让学生完成方案的设计，在设计方案的过程中培养学生的发散思维。书本的分组实验有现成的实验方案和步骤，学生往往会按照书本去做，缺乏自己的思考，限制了学生的发散思维。如把实验对象或实验器材变更一下，创设情景再让学生重新设计探究方案，既可以完成分组实验的基本任务，又可培养学生的发散思维。如没有电流表怎样用电压表测电阻？怎样用天平测一捆细铁丝的长度？七年级密度分组实验中的石块改成鸡蛋，使学生更有新鲜感，更能激发学生的兴趣，鸡蛋容易破，会让学生的操作更细致，鸡蛋的体积不能直接用量筒排水法测，创设情景培养学生的发散思维。

案例：测鸡蛋的密度的设计

要求：从天平、量筒、大小烧杯、细线、水等器材中选出仪器较精确的测出鸡蛋的密度，完成方案设计。

讨论：鸡蛋的体积怎样测量?

量筒和大烧杯在测量体积时会遇到什么样的问题?

怎样选择合适的仪器让鸡蛋既能放进去，又能教精确测出鸡蛋的体积？

方案甲：

(1)用天平称出鸡蛋的质量为m。

(2)在烧杯中加入适量的水，把鸡蛋放入大烧杯中并在烧杯上做上液面位置记号，把鸡蛋用手取出。(学生先用细线绑住鸡蛋，发现不容易绑住，放弃用细线取出鸡蛋)。

(3)量筒中量取100mL水，把量筒中的水倒入大烧杯直到记号处，读出量筒所剩水的体积为V。

(4)用密度公式算出密度。

鸡蛋的密度( )56 48 52 52 1.08鸡蛋甲的质量(g)量筒中所剩水的体积(cm3)倒入烧杯中水的体积(cm3)鸡蛋的体积(cm3)

讨论：

方案中用手取出鸡蛋时会把烧杯中的一部分水带出，会造成倒入的水的体积有什么样的误差？引起密度有什么样的误差？能不能把测鸡蛋的体积变“加进去”为“流出来”减小体积的误差。

方案乙：

(1)用天平称出鸡蛋的质量为m。

(2)把大烧杯底部一部分垫高，往大烧杯中加满水。(发现水从烧杯四周溢出，才想到把杯底垫高，让水只从烧杯尖嘴一个地方流出)。

(3)把鸡蛋慢慢放入大烧杯，水慢慢从大烧杯的尖嘴流入小烧杯。

(4)把小烧杯中水倒入量筒测出体积为V。

(5)用密度公式算出密度。

鸡蛋的质量(g)鸡蛋的体积(cm3) 鸡蛋的密度( )56 51 1.1

讨论：烧杯中的水倒入量筒有残余液体留在烧杯，会造成鸡蛋的体积有什么样的误差?小烧杯中的水的体积还可以怎样测，才能减小上面方案中的误差。

方案丙：

(1)用天平称出鸡蛋的质量为m1。

(2)用天平称出空小烧杯的质量为m2。

(3)把大烧杯底部一部分垫高，往大烧杯中加满水。

(4)把鸡蛋慢慢放入大烧杯，水慢慢流入小烧杯。

(5)用天平称出小烧杯和水的总质量m3，算出水的体积。

(6)算出鸡蛋的密度。

鸡蛋的质量(g)空小烧杯的质量(g)小烧杯和水的质 量(g)水 的质 量(g)水 的体 积(cm3)鸡蛋的密度()56 23.3 74.6 51.3 51.3 1.09

在这个探究过程中，学生经过实践发现自己方案的不足之处，能从问题出发用不同的方法调整自己的方案，使自己的方案更加完善，在这个过程中掌握了科学探究的方法，发展了科学探究的能力，培养了学生的发散思维。

4．生活探究学以致用，创新思维的得以提升。

初中科学新课标指出：教学的最终目标是学以致用，让学生能够运用科学的眼光、科学的思维、科学知识和科学方法探索生活、认识生活和解决生活实际问题。生活探究就是把科学探究用于解决实际问题的一种探究活动。学校要举行年级纸飞机直线距离比赛，为参加区的比赛选出人选，所以把纸飞机直线飞行距离作为探究活动的一次内容。

案例：纸飞机模型飞行直线距离与飞机的长度、机翼宽度的关系。

要求：A4纸一张，不能把纸裁掉，折法不限。

制作：学生按照自己的想法把A4纸，折成纸飞机。

试飞：由一同学统一试飞(便于试飞过程中速度、高度、角度的控制)

讨论：观察飞的较远的纸飞机与自己的纸飞机外形上有什么差异？纸飞机直 线距离与什么因素有关？

猜测：(1)可能跟机翼的宽度有关。(2)可能跟飞机的长度有关。

设计方案1：纸飞机直线距离与机翼宽度的关系。

同一种折法控制长度相同，机翼宽度不同折成不同的飞机，试飞比较飞行距离。(从窄到宽编上1-5的数字，同一人，要求飞出的瞬间各种要素基本控制成相同)

第1次 第2次 第3次 平均值1号模型 7.41m 7.25 m 7.32 7.32m 2号模型 8.53m 8.34m 8.23m 8.37m 3号模型 6.18m 6.01m 6.27m 6.15m 4号模型 6.40m 6.22m 6.18m 6.27m 5号模型 3.50m 3.42m 3.70m 3.54m

得出飞行距离与宽度的关系：2号模型的宽度飞得最远，宽度要适宜。

设计方案2：纸飞机直线距离与飞机长度的关系：

控制机翼宽度相同(选择方案一中2号纸飞机的宽度)，折成不同长度的飞机，试飞比较飞行距离。(从长到短编上1-5的数字，同一人，要求飞出的瞬间各种要素基本控制成相同，5号飞机，多次试飞，飞出去，都会往回偏转，基本落在起点，所以取了4组有效数据)

飞机模型 第1次 第2次 第3次 平均值1号 7.09m 7.04m 7.35m 7.16m 2号 7.70m 7.32m 7.65m 7.56m 3号 4.10m 4.5m 4.32m 4.31m

4号 4.7 5 m 4.8 4 m 5.0 2 m 4.5 4 m

得出飞行距离与长度的关系：2号模型最远，长度要适宜。

这次探究活动虽然只探究了一种折法，但学生能把探究方法应用到实际练习中，能折出各种各样的飞机，用控制变量法找出自己的飞机合适的长度和机翼的宽度，和飞出时适宜角度、速度等，在不断练习中找出飞得最远的折法、飞出的角度、速度等。在这次活动中大多数同学的纸飞机的直线距离有很多进步，两个班中有19人获得学校的奖项，图片1中的男生表现尤为突出，文化课成绩在年级中倒数，在年级纸飞机直线距离比赛中竟然获得第二名的好成绩。在这次探究活动中，用科学的知识和方法解决了实际问题，学生有很大的成就感，发展了学生的探究能力，学生的创新思维也有很大的提升。

五、成果与反思

通过问卷调查，多数学生认为科学探究活动能加深科学知识的理解，能用所学的知识解决生活中的实际问题，还可以体会到科学的乐趣，激发学习科学的兴趣，培养了创新思维。

问题(任教的两个班48人) 是 否不 确定是的人数科学探究活动对你的科学是否有帮助？ 46 1 1 46在科学探究过程中是否提高了学习科学的兴趣？ 47 1 0 47在科学探究过程中是否加深了对该知识点的理解？ 45 3 0 45在科学探究过程中是否锻炼了动手能力？ 46 1 1 46在科学探究过程中有疑问是否会提出来？ 39 9 0 39是否能通过科学探究活动解决生活实际问题？ 40 8 40是否愿意继续采用科学探究活动这种教学方式？ 47 1 0 47

在实践过程中也发现了一些问题，如纸飞机的直线距离的探究活动时间远远超出了我们原计划的时间，怎样处理好时间与效果的关系，将是今后科学探究要深思的一个问题。让科学探究活动在科学教学中发挥更好的作用，能更好的培养学生的创新思维。