探究从实验开始

◇孙 浩（江苏：邳州市燕子埠镇中心小学）

小学科学课程的学习主要以探究活动为主，而探究活动往往又以实验的形式来组织。实验活动是学生掌握科学知识、获取科学技能、理解科学本质的主要途径。探究活动作为一个过程，有一定的活动程序和操作步骤，这一过程也是对学生进行科学探究能力培养的过程。科学探究能力的培养要从注重培养学生的探究意识起步。在组织实验教学活动时，无论是引起学生认知冲突的情境创设，还是突出学生主体地位的主动探究，都要重视培养学生的科学思维能力，重视培养学生的科学探究意识。下面以《摆的快慢》为课例，探讨实验教学中如何培养学生的探究意识。

《摆的快慢》教学设计

环节一：创设情境，提出问题。

出示摆的结构示意图，复习摆的相关知识：什么是摆？什么是摆幅？

出示学生所做“15 秒内摆的摆动次数”实验数据统计表，讨论：我们所做的摆为什么在15 秒内摆动的次数不一样？激发学生研究兴趣，提出本课研究问题：摆的摆动快慢和什么因素有关？

环节二：大胆猜测，提出假设。

引导学生对问题进行探讨，大胆猜测：摆的摆动快慢可能和哪些因素有关？

梳理学生意见，小结：摆的摆动快慢可能会和摆幅大小、摆锤轻重、摆线长短有关。

组织学生根据上节课实验过程和结果继续讨论，提出假设：摆幅的大小、摆锤的轻重、摆线的长短会对摆的摆动产生什么影响？

环节三：制订方案，明确步骤。

摆幅的大小、摆锤的轻重、摆线的长短都可能会对摆的摆动产生影响，究竟哪一个因素最有可能影响摆的摆动快慢？请选择一个因素作为自己小组的研究内容。

摆的研究涉及多个变量，要有效地开展实验就必须控制多余的变量。组织学生分析：针对不同的研究对象，要控制哪些变量不变？

小组讨论，教师帮助学生确定研究方案，明确注意事项。

环节四：开展实验，收集分析数据。

学生根据实验方案开展实验研究，做好记录。在实验中引导学生通过多次实验提高实验的准确性，关注实验数据的科学性，发现问题，全班讨论。

组织学生分析实验得到的数据，讨论从中可以得到什么结论。

学生交流自己的实验所得。

环节五：回顾课堂，总结提升。

让学生谈谈本节课的收获。

出示摆钟，组织讨论：如何调整时间慢了的摆钟？

思考：如何在一定时间内确定摆的摆动次数？

环节六：拓展延伸，形成科学概念。

摆的摆动快慢与摆绳长短有关，与摆锤轻重无关，那么用同样长短的一根摆绳、长短不一样的摆锤，它们摆动的快慢会一样吗？

实验探究：同样长短的摆绳、不一样长短的摆锤，摆动快慢不一样。

为什么会出现这种情况？指导学生通过阅读资料，明白：真正的摆长不等于摆绳的长度，摆长是支架到摆锤重心的距离；摆的摆动快慢与摆长有关。

阅读有关英国大本钟的资料。

一、启发和鼓励学生，提出有探究价值的问题

《摆的快慢》是教科版科学五年级上册第三单元的第5 课，学生通过前面章节的学习，对摆已有一定的认识，能制作一个摆进行实验。但由于学生制作的摆，摆绳长短不一、摆锤轻重不同、做实验时摆幅大小也有差异，因此通过实验会发现，不同的摆在相同时间内摆动的次数不一样。这为学生继续研究摆提供了基础。环节一的设计是为了触动学生的思维，在数据分析中发现矛盾，产生认知上的冲突，促使学生自动进入情境，提出问题：摆的摆动快慢和什么因素有关？在科学教学中，提出问题，对明确探究方向、激发学生的创造性思维并做出大胆猜测、引导学生进入主动探究状态等具有重要作用。提出问题是科学探究的首要环节，教师要启发和鼓励学生提出有探究价值的科学问题。培养学生的探究意识，首先要从培养学生的问题意识开始。教学中可从以下几个方面进行。

科学问题的提出要和学生的科学知识与能力相联系。案例中，学生从上节课的实验中得出“不同的摆摆动快慢不一样”这一结论，激起了学生的好奇心，引起了学生的探究兴趣，明确了本课的研究方向。

留给学生独立思考、提出问题的时间和空间。有时教师为了节约课堂教学时间，一提出问题就请学生作答，这样不利于学生科学思维的发展。对于有一定难度的问题，学生必须经过一个思维过程才能选择准确的语言，提出创造性的解决方案。因此要根据问题的难易程度，做出适当时间的停顿。这样学生的思维才会得到锻炼，同时也能培养学生认真的科学态度。

对问题的提出要做必要的指导。有时学生限于学识水平，可能提不出问题或提不出准确的问题。这时教师要结合观察、调查、实验、阅读等活动或学生在相应情境中产生的疑惑，引导启发学生发现有探究价值的问题。

二、引导猜测和假设，教给学生质疑的思维方式

上述案例中，通过环节二的活动引导学生质疑：摆幅的大小、摆锤的轻重、摆线的长短会对摆的摆动产生什么影响？这为接下来的实验明确了研究方向。学生结合前面所学的知识大胆猜测，培养了学生质疑的科学态度。在探讨、假设的过程中，依据原有认识经验帮助学生确立研究的指向，明确本课的研究目标。猜测和假设是学生科学探究中的一种预见性活动，也是培养学生探究意识的重要一环。教学中，教师要鼓励、启发学生主动地、大胆地对问题可能的答案做出猜测和创设。注意激发学生的自信心，要允许学生有不同的思考方向，给予学生融洽的探究氛围，启发学生利用生活经验或科学事实广泛地猜想。要注重培养学生质疑的思维方式，教师不仅要解答问题，更要启发学生思考，教给学生质疑的思维方式，培养学生由质疑而求异，养成思考问题的习惯。案例中，学生会结合摆的结构对影响摆的摆动快慢的因素进行猜测。这样的猜测是有科学依据的，也是符合逻辑的，有助于培养学生对猜测和假设做出论证的意识。

三、引导制订研究计划，调动学生在实验设计中的主动性

制订一个可行的实验计划是培养学生探究意识的重要方面。探究活动能否成功还要看实验计划是否可行。在这个案例中，控制变量是研究摆的快慢的关键。研究对象不同，所要控制的变量也不一样。研究摆幅大小对摆摆动快慢的影响，只要改变摆幅大小，其他因素不变；研究摆绳长短对摆摆动快慢的影响，只要改变摆绳的长短；研究摆锤轻重对摆摆动快慢的影响，只要改变摆锤的轻重。这里要特别注意的是，改变摆锤轻重，但不能改变摆锤的大小，这样的探究才是科学的。当学生对制订实验方案有困难时，教师的指导很重要。教育学生要全面考虑问题，让学生理解在实验中控制变量对于保证实验公平的重要性，培养学生严谨认真的科学态度。小学生独特的心理和生理发展特点，要求小学科学实验教学必须采取相应的措施。1～2年级学生主要以形象思维为主，在设计和组织实施科学实验时，教师要提供具体的、感性的、形象的材料，实验中的变量不能太多，要采取多种形式，调动他们的各种感官，有意识地直接观察事物。5～6年级的学生认知思维已过渡到抽象思维，在实验活动中就可以增加变量和实验操作的难度。

探究意识的培养有助于提高学生探究能力，要让学生经历制订研究计划的过程，充分发挥学生在实验设计中的主动性。比如，研究摆绳长短对摆摆动快慢的影响，如何改变摆绳的长短才能在课堂上方便快捷地完成实验？指导学生合理选择实验器材，构思实验步骤，优选实验方案。可用一根摆绳先做实验，再把摆绳对折后，用一半绳长做实验。这样方便操作，有助于五年级的学生快速完成实验。

四、让学生重视实验数据，掌握正确处理数据的方法

学会收集处理实验数据是培养学生实验技能的重要内容。在实验中，要让学生重视实验数据的真实性和有效性，培养学生尊重数据的意识，养成实事求是的科学态度。要给学生充分的交流时间，通过对实验数据的分析，可以发现，同一组实验数据的不一致说明实验存在一定的误差，减少误差提高实验的准确率是提高实验效果的重要保证。在实验中可以发现：同一个单摆，摆绳越长摆动越慢，摆绳越短摆动越快，摆锤的质量不会影响摆的摆动快慢。也有学生可能会选择摆幅大小对摆摆动的影响作为研究内容。这个实验有难度，教师要及时肯定和鼓励学生，促使他们主动思考和自我反省，借此契机实施科学思想方法和科学态度教育。

在实验中学生得到的实验数据可能误差较大。比如，由于计时的学生和掌握摆锤的学生操作不同步，或计数的学生在摆摆动过程中计数不准确，或学生由于先前猜测形成潜意识，在实验过程中有意识地修正实验数据以符合自己的猜测等，都会影响实验数据的准确性。因此，教师要引导学生对实验的错误数据进行认真分析，看到不重视证据收集的严重后果，培养学生的实证意识，加深学生对实验数据重要性的认识。对于数据的不一致，要引导学生找原因、想方法，甚至重复实验。要尊重原始数据，而不随意取舍、修改数据。这样的科学探究活动才是有效的，才有助于培养学生的科学探究意识，提升学生的科学素养。

五、让学生能表达、会反思，在实验中建构科学概念

科学论证是科学探究的重要特征，也是提高学生科学探究能力的重要保证。学生用自己的语言解释摆摆动快慢和什么因素有关，有助于培养学生解释和论证的能力。学生用严谨科学的语言去论证实验发现，对提高学生的科学探究意识和探究能力都是不可忽视的。

回顾反思有利于学生对所学知识进行梳理，将新学的知识和已有知识、经验建立联系，促进知识的内化，培养学生的反思能力。组织学生讨论如何调整时间慢了的摆钟，将实验内容和生活紧密联系，利用日常生活用品进行探究，学以致用，有助于提高学生的研究兴趣。

在环节六中，学生普遍认为，摆绳长度相同、摆锤长度不同的两个摆摆动快慢一样。当实验结果出现时，学生会产生认知上的矛盾。这是对学生进行科学探究意识和科学态度培养的好时机。教师要充分利用这个机会，引导学生通过认知上的冲突展开讨论，反思自己的实验，从而建构科学的概念。科学探究活动的开展就是为了模拟科学家如何探索科学真理，这比一味片面地追求科学知识的接受式学习，更能培养学生正确的科学态度和求实创新的科学精神，也更能提高学生科学的探究意识。

小学科学实验教学要注重培养学生的科学探究意识、科学态度和科学探究精神，突出科学实验思维和方法。教师要用适当的科学方法指导学生的探究活动，通过科学实验不断提高学生的探究意识和实验探究能力。只有这样才有助于学生在实验中掌握技能、方法，获得科学知识，养成科学精神，才有助于提高实验教学的有效性，充分发挥实验探究在科学课程中的重要作用。