科学拓展性课程中“主题式”科学探究的应用

■浙江省台州市椒江区下陈中学 陶基荣

本文主要针对初中七八年级科学拓展性课程中的“主题式”科学探究展开论述，我结合自身的教学实践，得出两种“主题式”科学探究形式，一个主题是“发散性”科学实验方案设计，另一个主题是“矛盾性科学问题的辩证思考”，这两种“主题式”科学探究具有比较实用性操作性，同时对学生科学思维品质有较好的促进作用，尤其是发散性思维和辩证性思维的培养。

初中科学拓展性课程按其教学内容可以分为知识拓展类、实践研究类和综合应用类。作为学校科学拓展性课程的主要负责人，我在近三年中主要开展了以知识拓展类、实践研究类方面为主拓展性课程活动。其中在有关主题式科学实验设计和科学知识拓展探究方面花费了一些心思，也积累了一些经验和心得。下面就“发散性科学实验方案设计”和“矛盾性的科学问题辩证思考”这两个主题式科学拓展性课程中的应用展开论述。

一、“发散性科学实验方案设计”主题科学探究活动

“发散性”科学实验方案设计为主题的科学探究是以某个常见的生活物品为主要实验材料开放性地进行科学实验设计。实验方案设计通过小组合作以“任务单”的形式完成两种或两种以上的合理的实验方案。其设计的实验方案的任务单如下图。

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“任务单”是学习媒介的主要呈现方式，它能引导学生自主参与和自主探究，让学生变被动学习为主动学习，能帮助学生提高学习兴趣，掌握学习方法，提升学习能力。科学实验设计的任务提前一个星期布置，任务单也提前一个星期发放，因为拓展性课程基本是每星期开展一次，给学生团队一个星期的时间进行思考查找讨论进行科学探究。最后学生团队科学探究的成果以“任务单”上的2～3 个合理的实验方案呈现出来。因为考虑到科学拓展性课程中的30 名左右学员中是七八年级每个班的学生都有（没有九年级的学员），由于七年级学生和八年级学生对科学知识掌握的程度不同，故对学员进行团队分组时，我让每组团队中七八年级学生混搭，如七（1）班和八（1）进行组合，使每个团队中都有七八年级学员，这样使每组所设计的实验方案涉及的知识面更广，内容更丰富。让他们给自己团队各起一个响亮的团队名称，上课期间可以根据各个团队的上课表现和完成任务情况进行打分评比，促进他们团队凝聚力的形成。

我在开展科学拓展性课程的实践过程中，设计了如下几个“发散性”科学实验方案设计的任务单。案例1：让学生团队以“鸡蛋”鸡蛋为主要实验材料其他辅助材料可以自选设计实验方案。学生反馈上来的实验方案有：（1）物理力学方面的方案：①压强方面：有力握住鸡蛋，结果鸡蛋没破，用两个手指去掐鸡蛋，鸡蛋破了，说明压强大小与受力面积有关。②用手去推鸡蛋，鸡蛋离开手后，鸡蛋继续往前滚，说明运动的物体由保持继续运动的惯性。③用手把鸡蛋拿到一定高度释放，鸡蛋往下落，说明重力改变了物体的运动状态。④用鸡蛋敲烧杯的边沿，结果鸡蛋破了，说明力的作用是相互的。⑤把鸡蛋投入装有水的烧杯中，然后往水里加入食盐，并不断搅拌，结果鸡蛋由刚开始时的沉底状态逐渐变为悬浮最后漂浮在水面，说明浮力的大小和液体的密度有关。⑥把鸡蛋投入醋酸中，鸡蛋壳上会冒出许多的小气泡，说明鸡蛋壳中的碳酸钙可以与醋酸反应生成二氧化碳。⑦用熟鸡蛋来类比地球的内部结构，蛋壳相当于地壳，蛋白相当于地幔，蛋黄相当于地核，说明了地球的内部结构分层。

案例2：让学生团队以“矿泉水瓶”为主要实验材料其他辅助材料可以自选，设计实验方案。学生反馈上来的实验方案有：①用力捏矿泉水瓶，矿泉水瓶变瘪，说明力能使物体发生形变。②用手去推矿泉水瓶，矿泉水瓶离开手后继续往前滚，说明运动的物体由保持继续运动的惯性。③准备两个相同的装有等量水的矿泉水瓶，一个横放在桌上，一个竖放在桌上，然后用大小相近的力水平推动两个矿泉水瓶，结果横放的矿泉水瓶移动的距离较远，这说明相同条件下，滚动摩擦比滑动摩擦小，也能说明力能改变物体的运动状态。④往一个空矿泉水瓶加入热水，盖紧瓶塞，用力反复摇晃，然后静置在桌上，当瓶里的水冷却后，矿泉水瓶变瘪了，说明了大气压的存在，气压大小与温度有关。⑤将装满水的矿泉水分别正放或倒放在同一个海绵上，比较海绵凹陷的程度，可以得出在压力一定的情况下，固体的压强大小和受力面积有关。另外我也让学生以“气球”或“针筒注射器”为主要实验材料开展“发散性”科学实验方案设计。通过“发散性”科学实验方案设计，让学生通过团队合作方式以任务单呈现实验探究成果，引导学生自主、合作、探究学习，同时实验方案具有较强的发散性，答案不唯一，可以更好地刺激学生进行科学探究的积极性，培养学生的实践能力和创新意识，启发学生思维的火花，尤其是对发散性思维和创造性思维的激发有一定的效果。

二、“矛盾性的科学问题辩证思考”主题科学探究活动

在这几年的科学拓展性课程中，我也开展了“矛盾性的科学问题辩证思考”这一主题的科学探究活动，所谓“矛盾性的科学问题”是指一些相似性的科学问题放在不同知识或生活背景中，会出现相反矛盾性结果。我专门挑选了一些七八年级科学教材或习题上出现的同时与平时学生生活相关的一些矛盾性科学问题。

如果这些矛盾性问题能用实验方式呈现，我尽可能用实验方式直观地展示出来，这样既可以增加课堂的趣味性，提高学生的兴趣和积极性，同时也凸显问题的矛盾性。

例如教师可以用实验方式制造这样一个矛盾问题场景;用水浇在燃烧的棉花上，棉花熄灭了，用水滴在包有金属钠的棉花团上，棉花燃烧起来。一个是水能灭火，一个是水能点火，同样是水，为什么会产生截然不同的相矛盾的结果，这种实验结果的反差会较好地刺激学生思维，促进学生从不同角度辩证地思考问题。教师可以让学生通过小组讨论以团体合作的方式来回答这个“矛盾性”问题。当然这种“矛盾性”问题会有一定的难度，教师可以给以必要的提示和引导，水能灭火学生基本知道可以用降低温度至着火点以下，水能点火需要教师告诉学生棉花里包着金属钠，金属钠比较活泼，能与水反应产生氢气并放出热，然后让学生从燃烧的条件角度解释水为什么能生火。通过前面这个矛盾性问题的铺垫热身，教师可以趁热打铁，用实验展示另一个与之相类似的矛盾问题场景：把点燃的蜡烛伸入装满二氧化碳的集气瓶中，蜡烛熄灭，把点燃的镁条深入到装满二氧化碳的集气瓶中，镁条继续剧烈燃烧，学生思考为什么二氧化碳有时可以用来灭火，有时又可以帮助燃烧？

在涉及大气压这块知识时，教师可以在拓展性课程上让学生以小组合作实验的方式体验一个“矛盾性”问题场景：小组里两个学员分别拿着两个相同的漏斗，漏斗口朝下，分别放上一个乒乓球，一个同学向上吸气，另一个向下吹气，结果发现这两个乒乓球都没掉下来，只不过前者乒乓球是静静不动地吸在漏斗里，后者乒乓球在漏斗里原地打转。学生思考为什么一个吸气，一个吹气，气流方向相反，但产生的实验效果相同？

“矛盾性问题”的思考可以使学生在面对科学问题时能够冷静辩证多角度地多方位地加以分析，尤其是对学生辩证的思维能力培养有着较好的促进作用，同时也能提高学生的科学表述能力，促进学生科学素养的提高。

拓展性课程是对基础性课程的延伸，补充、拓展和整合，拓展性课程的定位不能限于培养某种实用技能，课程目标和内容不必过于专业。从这个角度看，这两种“主题式”科学探究较好展示了拓展性课程这一特点，变课堂的讲授式为讨论式实验探究式，展示了教学方式的多样化，也充分展示实验活动课、知识拓展课等另类科学课的魅力，体现了科学这门学科的实验性综合性多面性。这两种“主题式”科学探究的开展对学生的思维无论是发散思维还是辩证思维都是一个较好的训练，也有利于学员小组合作的团队意识的培养，对学生科学核心素养的培养有着较好的促进作用。