科学探究的一般过程范文

导语：如何才能写好一篇科学探究的一般过程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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1萨奇曼探究教学理论

萨奇曼是探究教学的代表人物之一.萨奇曼认为，人生来具有一种对陌生的事物或疑难问题好奇的倾向，这是一种内在的心理探究欲望，这种欲望会促使人们在面对陌生的现象时尽力找出其发生的原因.这种心理认识与诸多相关研究以及人们的认识是一致的.由此萨奇曼形成这样的教学信念：学生本能地对一切新奇的事物感兴趣，他们会想方设法弄清这些新奇的事物的背后究竟发生了什么；教师应利用学生的这种内在的探究欲望，教给学生探究事物变化规律的一般思维方式，帮助学生掌握科学探究的过程和方法，培养学生的独立学习和探究的能力.

萨奇曼认为，科学家用来解决问题、探索未知的理智策略可以传授给学生.探究教学的基本目标是通过模拟科学家解决问题的过程，教会学生调查、解释某种现象，使学生获得在真实的生活情境中发现问题、解决问题的能力，同时在探究的过程中激发学生的内在学习动机.萨奇曼认为，只要有一个能集中学生注意的焦点(最好是一个能引起学生惊异的事件或现象)，学生享有探索的自由，还有一个丰富的容易引起反应的环境，学生都能开展探究活动.这些也是萨奇曼探究教学理论在课堂上开展的条件.萨奇曼认为，在教学过程中必须强调“探究方法的训练”，遵循“问题、假设、验证、结论和反思”程序进行探究教学训练，培养学生探究能力.这种模式再现了科学家进行探索的过程，是一种由事实到理论的训练模式，有利于提高学生的创造性思维能力和推理能力.所以，探究教学理论又称探究训练理论.

2应用萨奇曼探究教学理论进行中学物理教学的体会

在众多探究教学的理论中，萨奇曼探究教学理论正在为越来越多的物理教育工作者所熟悉和了解，本人也对此进行了专题学习与研究，现将自己的体会介绍如下，供大家参考：

2.1萨奇曼探究教学理论对中学物理教学有很强的适应性

中学物理教学的特点是以问题为中心启发学生和以实验为手段训练学生.中学物理教学的目的之一就是使学生能够像科学家那样去处理所遇到的问题和情境.而萨奇曼探究教学理论围绕教会学生进行探究的一般程序及掌握探究的某些技巧而展开，它训练学生组织资料，进行因果关系的推理以及建立和验证理论.所以，萨奇曼探究教学理论与中学物理教学的要求是一致的.

2.2恰当的选题是萨奇曼探究教学理论应用的关键

任何理论都有其适用范围，萨奇曼探究教学理论也不例外.根据笔者的研究，萨奇曼探究教学理论适应于能够进行结构化的问题.中学物理教学中应用萨奇曼探究教学理论前，教师要研究教材，分析学生，精心选择可以探究、学生认为值得探究和学生乐于探究的合适的教学内容.比如，萨奇曼探究教学理论偏重于解释某种现象或结果为什么会发生，比较适合于基本现象和基本原理的分析和解释的教学.

2.3创设情境是萨奇曼探究教学理论应用的前提

情境是指具有一定情绪色彩的、以形象为主体的生动具体的场景.创设探究情境是指在教学过程中，教师根据教学的内容和教学目标，有目的地引入或创设能够引起学生产生探究欲望的、具有一定情绪色彩的、以形象为主体的、生动具体的场景，是有利于学生探究的背景、景象和活动条件的学习环境.这种学习环境必须是以问题的形式出现，而且是根据教材的要求和特点，符合学生的认知结构，能引起学生好奇或怀疑，但用学生现有的知识又不能完全解决的情景，即引发探究的问题情境.

2.4焦点问题是萨奇曼探究教学理论应用的起点

学生的探究始于教师设置的问题，所设置的问题引发学生的疑问，学生的疑问形成学生思维的悬念，学生思维的悬念激起学生探究隐藏在问题中道理的迫切心情.可以说，问题是探究的主线，教学活动自始至终围绕着问题展开.萨奇曼探究教学理论非常关注教师在教学过程中对学生探究欲望的激发，并且认为要集中学生的注意，抓住学生的兴奋点，开启学生的积极思维，必须创设具体生动能引起学生惊异的事件或现象，这些“惊异的事件或现象”就是焦点问题，是激发学生探究的起点.萨奇曼认为，适合探究的问题必须是一个需要学生进行解释并且能够为学生所解释的问题，即提出的问题不能脱离儿童的现有经验和知识水平.中学物理教学中教师要充分准备、反复分析和恰当设置问题，既注意到所设问题的科学性(无科学性错误)、针对性(针对教学的重点、难点和关键内容)、实用性(能结合生活、科技和社会实际)和适应性(难度适中)，又要注意到问题的趣味性(激发学生的学习热情)和探究性(能产生探究的欲望).

2.5氛围的营造是萨奇曼探究教学理论应用的保证

探究氛围的营造既是教师的教学能力具体表现，又是充分发挥学生主动性的必要条件，更是有效应用萨奇曼探究教学理论的保证.教师要尊重学生的个体差异，允许学生提出各种问题，甚至要善待提出与本探究课题无关的问题和假设的学生，不要轻易否定学生的意见；要让不同层次的学生都有参加探究活动，展示个性创造的机会.萨奇曼特别强调要尽可能给学生一个自由探究的无限空间，让学生可以自由地提出问题、思考问题和解决问题，自由地挑选自己的合作伙伴和探究方式，鼓励学生大胆提出问题，发表见解和推测性意见.因此，中学物理教学中，教师要致力于建立平等和谐的师生关系，营造宽松愉快融洽的心理氛围，倡导教学民主和学生思考自由，给学生一个能畅所欲言的环境，将学生的探究活动置于所营造的探究氛围的自然生成之中.

2.6训练探究技巧是萨奇曼探究教学理论应用的核心

萨奇曼探究教学理论重视探究的训练，关注让学生掌握科学家用以组织知识、形成原理的各种方式，教会学生进行科学探究的一般程序及掌握探究的某些技巧.其教学程序的各个环节都着眼于对学生的探究训练：如，“提出问题”着眼于通过设置的问题情境使学生产生探究欲望和解决问题的方式；“搜集资料”着眼于训练学生通过不完全的调查和观察提出探究性假设和探究性提问，教师仅提供“是或否”的判断性信息(课堂上，教师就是学生的资料库和检验确认自己推测性解释(假设)的依据)；“验证假设”着眼于训练学生对所获得的探究资料进行探究性分析和探究性推理解释，以验证先前提出的假设；“系统解释”着眼于训练学生在验证假设的基础上，学生将搜集到的资料与假设联系起来，作出系统的解释的能力；“得出结论”着眼于训练学生自己形成系统的解释性的结论.

2.7收敛性是萨奇曼探究教学理论应用的过程特点

中学物理教学中用于探究的问题有两类：一是作为探究目标的问题，旨在引起学生关注和要求学生解决的焦点问题，二是引领性过程问题，旨在引领学生不断深入探究所设置的过程问题.这两类问题的特点就是要求思维具有逻辑性和严谨性，属于收敛性问题，需要收敛性思维.所谓收敛性思维，是指为了解决焦点问题，根据已有的经验和知识，将所收集到的解题信息和可能性的解题方法进行条理化并得出规范性结论的思维方式.收敛性思维的思路和所寻求的答案具有会聚、指向和范围等特点，不同于从不同角度、不同方面和不同方向思考和寻求多样性答案的发散性思维.萨奇曼探究教学理论主要适用于中学物理教学中具有收敛性特点的问题.教师解决问题的思维方式是收敛性思维，解决的任务是焦点问题，着眼点是焦点问题的解释.教师要集中学生的注意力于问题的分析、理解和探究上，避免因学生注意力的分散，影响探究教学的有效性.

2.8归纳和演绎是萨奇曼探究教学理论应用的方法

训练学生的探究思维和培养学生的思维能力是萨奇曼探究教学理论应用的核心目标，也是中学物理教学教学目标.要实现这样的目标，必须强调在探究的过程训练中重视学生的归纳和演绎能力的培养.归纳是指通过许多个别的事例，分析它们共有的特性，从而得出一般性的知识或结论的思维过程，是从个别到一般的认识过程，是物理学的研究方法(例如提出假说、检验和证明假说、确定假说的拽持度就是归纳).演绎是指从一般的普遍性的知识出发，推出个别的特殊性的知识或结论的思维过程，是从一般到特殊的认识过程.演绎是从前提必然地得出结论的推理；是从一些假设的命题出发，运用逻辑的规则导出另一命题的过程；是形成概念、检验和发展科学理论的重要思维方法；是作出科学预见的手段(科学预见就是运用演绎把一般理论运用于具体场合所作出的正确推论).归纳的前提或者结论需要演绎加以论证，演绎的一般性知识的来源于归纳，归纳和演绎互相依存.实践说明，在应用萨奇曼探究教学理论时，为了保证归纳和演绎的正确性，教师既要研究归纳所选取的样本的数量、代表性和典型性，又要研究演绎的大前提(指已知的一般原理或一般性假设)、小前提(指关于所研究的特殊场合或个别事实的判断)和结论(指从一般已知的原理或假设推出的对于特殊场合或个别事实作出的新判断)，注意归纳和演绎的交互使用，让学生在实践中体会和正确运用归纳和演绎的逻辑方法.

2.9关系是萨奇曼探究教学理论应用的基础

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桂馨乡村小学科学课教师培训――乡村小学科学课教师培训项目，是基金会为支持中国乡村小学提升教学质量、完善和规范开展教学而特别设立的乡村教师支持项目。项目旨在提升乡村小学科学课教师的教学理念，增强系统知识，改进教学技能，使其成为对学生科学素养形成有决定意义的合格教师。

一、调研问题背景

当今，“科学作为探究”的理念在国际科学教育界已达成基本共识，“探究式科学教育”成为现代科学教育理论和实践发展的普遍趋势。为了更好地确保探究式科学教育的有效开展和具体实施，在各国理科国家课程标准和国际科学教育评测体系中，科学探究的含义、评价和实施问题，得到了普遍重视。“科学探究”作为重要的核心理念贯穿始终，不仅作为具体的课程目标，也作为必须实施的内容要求被列入了内容标准之中，并且开始作为一个重要的评测维度用以评估各国青少年科学学习的水平。这对我国尚处于起步阶段的探究式科学教育改革和2008年继续开展的新一轮小学科学课程标准的修订工作，无疑有着非常重要的指导意义和借鉴价值。

为了更好地将“科学探究”贯彻执行到当前正在开展的小学科学课标修订工作中，目前亟待解决的一个问题就是对当今国际科学教育标准中“探究”的理论和实践问题进行梳理和澄清。为此，我们重点对一些主要国家的科学课程标准和几个重要的科学教育评测体系作了一个相关文献调研，就这些标准中“探究”的提法和使用，围绕探究的含义和目的作了一个粗略的分析和归纳。

二、国际科学教育历史上的“探究”

在当今国际科学教育改革的热潮中，探究（inquiry）是出现频率最高的几个关键词之一。英文inquiry一词起源于拉丁文的in或inward（在…之中）和quaerere（质询、寻找），按照《牛津英语词典》中的定义，探究是“求索知识或信息特别是求真的活动；是搜寻、研究、调查、检验的活动；是提问和质疑的活动。”在科学领域，中文译为“探究”一词，与英文原意最为贴切，被人们普遍接受。就语义而言，“探究”在《辞海》 （1989年版）中的中文解释是：“深入探讨，反复研究”。而1996年版的《现代汉语辞典》也将“探究”定义为“探索研究；探寻追究”，即努力寻找答案、解决问题。由此可见，从基本含义上讲，探究的目的是获得知识、真理，探究的途径或方法是搜寻、调查、研究、检验。

探究的含义大体上可分为广义和狭义两种。广义的探究泛指一切独立解决问题的活动。人们通常所说的追根究底、好奇、好问，企图自己弄清事理，实际上是广义探究的日常表现。可以说，它既指科学家的专门研究，也指一般人的解决问题的活动；既包括成人那种深思熟虑的“思想实验”，又包括儿童那种事物性的摸索或探索。广义的探究倾向是人类的天性，人皆有之；而狭义探究一般专指科学探究或科学研究。与广义探究相比，科学探究有很大区别，在对象和方式上有其特殊性。美国学者韦尔奇等人对此作了简单的说明：“探究是人类寻求信息和理解的一般过程。从广义上说，探究是一种思维方式。科学探究是一般探究的‘子集’，它的对象是自然界，是在某种信仰和假设的指导下进行的。”这表明，科学探究是对自然界的一种有理论指导的探究。另一美国学者彼得森对科学探究的特征作了更进一步的说明，指出科学探究要遵循一定的程序，采用一定的方法。他指出：“科学探究是一种系统的调查研究活动，其目的在于发现并描述物体和事物之间的关系。其特点是采用有秩序的和可重复的过程；简化调查研究对象的规模和形式；运用逻辑框架作解释和预测。探究的操作活动包括观察、提问、实验、比较、推理、概括、表达、运用及其他活动。”

最早提出在学校科学教育中要用探究方法的是教育家约翰・杜威（John Duwey）。在上世纪初之前，大多数教育者认为科学教育的方法主要是通过直接传授让学生学量的科学知识、概念和原理。1909年，杜威在美国科学促进协会（AAAS）的报告中第一次对这种教育观点提出批评。报告中指出：科学教育过于强调知识的积累，而对科学作为一种思维方式和认知态度未给予足够的重视；科学教育不仅仅是要让学生学量的知识，更重要的是要学习科学研究的过程或方法。

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1 教学目标及重难点的确立

“草履虫对外界刺激的反应”是苏教版初中生物学七年级上册第二单元“生物体的结构层次”第四章“生物体的组成”第一节“单细胞生物”中一个重要概念，也是一个重要的探究活动。作为七年级上册生物课本中学生学习科学探究的一般方法后正式遇到的第二个探究实验，该实验的实践不仅可以激发学生的探究兴趣，还可以巩固与提升学生的探究能力。“探究草履虫对外界刺激的反应”以学生认识单细胞生物可以独立完成生命活动为基础，是学生解释生物体生命活动现象和举例说出生物体生命活动特征的实例，为学生建构“细胞是生命活动的基本单位”这一重要概念提供了依据。在分析《义务教育生物学课程标准（2011版）》和《生物学》教材后，笔者将本探究实验的教学目标以及重、难点确立如下。

1.1 教学目标

知识目标：举例说出单细胞生物对外界刺激能产生的反应。

能力目标：运用科学探究的一般方法，探究草履虫对外界刺激的反应；使用显微镜观察草履虫对外界刺激的反应。

情感、态度与价值观目标：参与观察、探究、讨论，体验探究的乐趣，形成严谨的科学态度。

1.2 教学重点

① 举例说出单细胞生物对外界刺激能产生的反应；② 运用科学探究的一般方法，探究草履虫对外界刺激的反应。

1.3 教学难点

运用科学探究的一般方法，探究草履虫对外界刺激的反应。

2 学情分析及设计理念

由于单细胞生物个体微小，用肉眼不易观察。在探究草履虫对外界刺激的反应活动中，需要学生制定探究计划，由于学生已有了科学探究的基础，但是仍然处于初步掌握阶段，因此，教师在进行教学过程中要善于一步步设疑，引导学生制定出草履虫对外界刺激可能产生反应的实验方案，帮助学生实施方案并分析实验结果，得出实验结论。实验中教师让学生直观感受草履虫对外界刺激的反应，帮助学生理解单细胞生物对环境变化的反应。探究时要借助显微镜观察，由于学生使用显微镜不够熟练，所以需要教师适时指导，并提倡加强学生之间的合作。

本实验是依据《义务教育生物学课程标准（2011版）》中“倡导学生主动地获取生物学科学知识，体验科学过程，形成一定的科学探究能力和科学态度与价值观”的理念而设计，由于理解科学探究和科学探究能力的形成需要学生亲历探究性学习过程，因此采用问题解决法和探究实验法，通过教师的引导，让学生进行合作学习、自主探究、完成实验，学生通过质疑、尝试、摸索、探究、实践、分析等一系列的思维与活动过程，体验科学探究的过程。

3 教学过程与策略

3.1 准备教学，亲自实践

本实验是一个探究性实验。在备课过程中，教师应进行预实验，实践在前，杜绝纸上谈兵，亲自尝试与体验探究草履虫对外界刺激的反应的实验。在预实验过程中，首先要采集和培养好草履虫，牛肉汁或稻草培养液可作为培养草履虫的材料。温度较低时，可将装有草履虫培养液的容器放入恒温箱培养。在尝试探究草履虫对外界刺激的反应过程中，选择了食盐、糖、牛肉汁三种刺激物。经过实验，笔者发现草履虫对糖、牛肉汁的趋向性不是很明显，而食盐一旦放入载玻片上培养液的一侧，两滴培养液中的草履虫会因浓度过高而死亡。经过多次尝试后，笔者发现选择生理盐水代替食盐作为刺激物，既能刺激草履虫，又不会伤害到草履虫，而且对生理盐水的刺激，草履虫会避开，实验效果较明显。

3.2 创设情境，激发兴趣

为了能激发学生的探究兴趣，教师需创设一个能引发学生主动思考、质疑、探索的教学情境。以学生曾经做过的探究实验的对象――“鼠妇”受到光或者触碰的刺激蜷缩成球的图片引出生物能对刺激作出一定的反应的生命现象，设置由一个细胞构成的单细胞生物能否对刺激作出反应的疑问，激发学生的求知欲。

3.3 回忆方法，作出假设

想要知道单细胞生物能否对外界刺激作出反应，需要借助科学探究的一般方法，教师引导学生回顾科学探究一般方法的步骤：提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流。在提出“单细胞生物能对外界刺激作出反应吗”的探究问题后，进一步引导学生作出合理的假设。假设并不是无端的猜测，而是对问题合理的解释，所以在引导学生作出假设的过程中，要充分了解学生的想法。教师通过提问“草履虫可能对哪些外界刺激作出反应呢？”或者“你想给草履虫提供什么外界刺激呢”，让学生主动、大胆地说出自己的猜想。学生在学习过“生态因素”概念的基础上，可以提出很多的猜想，比如有的学生可能会提出“光”，有的学生可能会提出“温度”，有的甚至会提出“酒精、醋”……教师要及时肯定并鼓励学生大胆地将自己的猜想应用于课外探究。

教师出示课堂上给学生准备的刺激物――生理盐水，解释使用生理盐水作为刺激物的原因，引导学生就生理盐水作为刺激物作出假设。由于有了具体的刺激物，学生作出假设的难度也降低了，可以作出“草履虫会趋向生理盐水”或者“草履虫会避开生理盐水”的假设，为下一步制定实验计划提供了具体的材料，也让实验设计更有针对性。

3.4 依据原则，制定计划

科学探究过程中，设计实验应依据三个原则：对照实验原则、单一变量原则和科学性原则。这三个原则是学生设计实验的前提。教师友情提醒学生明确该对照实验的实验变量――生理盐水，变量不同，其他条件都要相同。教师将探究实验推荐器材呈现给学生：草履虫培养液、载玻片、盖玻片、滴管、显微镜等，这些是课本中原本提供的实验器材，教师根据实验需要，增加两个器材：生理盐水、牙签。然后学生以4人一小组的合作探究形式，借助于课本中草履虫对外界刺激反应的实验设计参考图（图1），制定出小组的实验计划，并将实验方案写在学案上。

在小组讨论过程中，由于课本中并没有详细地用文字的方式提出实验设计建议，只有一幅实验参考图，所以学生对于材料的选择和使用、对照实验的设置以及图示理解的能力欠缺，可能会有“丈二和尚摸不着头脑”的瓶颈期，比如为什么要滴两滴草履虫培养液？生理盐水到底滴一侧还是两侧都要滴？牙签用来干什么的？中间的通道有什么作用？小组进行思考交流的过程中，教师可以巡视了解各个小组的合作情况和商讨结果，有针对性地并适时地提出指导建议。小组讨论结束后，教师选取一些代表性小组在全班汇报制定的实验计划，依据他们汇报的结果及时进行点评，并可鼓励其他小组针对汇报组提出疑问，让汇报组进行解答。最终，各小组在小组讨论、全班交流的基础上完善各自的实验方案，并为实施计划做准备。

3.5 实施计划，得出结论

实验方案是实施计划的依据，在制定好实验方案的基础上，小组的合作探究有了重要的依据。以2人一小组的形式，按照计划，实施实验，教师要求学生细心操作，细致观察，秉持严谨的科学态度，实事求是地记录结果，并建议多次重复实验，比较观察得到的现象和结果是否一致。教师在学生实验的过程中，巡视、指导，善于发现各组学生实验中的优点与不足，在学生完成实验后，由“观察到什么现象”的问题，以“看谁描述地最清楚”激发竞争的意识，开始组织学生交流、分享小组的探究成果。

通过小组竞相交流，大部分小组的实验结果与预期相吻合或接近。学生观察到“草履虫会避开生理盐水”的现象，由此可得出“单细胞生物能对外界刺激作出反应”的结论。

3.6 分析个案，倡导拓展

全班以2人一小组为单位的探究实验小组，进行探究后未必都能成功，教师要鼓励学生实事求是，勇于交流，大胆说出自己所观察到的实验现象。教师通过巡视，发现个别小组实验的不足，“某些小组探究的结果与我们预期的有差距，请该小组的同学来说说他们如何进行操作的吧，看一看我们其他小组的同学能不能帮助他们分析一下，是什么原因导致失败呢？”教师以这样的表述，鼓励学生交流互助，不要因为失败而丧失信心，及时发现问题，扬长避短，为今后的探究活动积累经验的同时也提升自己的探究能力。

其实草履虫不仅可以避开有害刺激，也能趋向有利刺激。由于课堂探究的时间和场地是有限的，而课外探究的平台是教师通过努力可以为学生搭建的。学生可以以个人或者小组的形式尝试课外探究，不仅可以尝试不同的刺激物对草履虫的刺激，也可以观察到有利的刺激会使草履虫趋向。生物教师可以与实验员做好沟通，约定时间和场地，提供实验器具和材料，鼓励学生积极参与，倡导学生课外拓展。

4 教学设计优点与创新

4.1 设计优点

《义务教育生物学课程标准（2011版）》明确提出科学探究是学生积极主动地获取生物科学知识、领悟科学研究方法而进行的探究活动。教师应积极提供机会让学生亲自尝试与实践，并将科学探究的内容尽可能渗透到各主题内容的教学活动中。教师在引导学生参与科学探究活动时，不仅应让学生参加科学探究的某些方面的活动，也应该注意让学生有机会参与若干完整的探究活动。在本实验设计中，在引导学生探究前，教师亲自实践，认真进行预实验，通过预实验，将探究实验中所可能出现的问题及时发现并采取措施解决，从而选取合理的实验材料，节约课堂时间，有效地引导、组织学生进行探究活动；在引导学生制定探究方案过程中，教师步步设疑，及时引导，点到为止；在教学中教师不包办代替，激发学生思考，发挥其主体性，鼓励学生大胆想、大胆说；以小组合作形式，以全班交流形式，进行师生互动的同时，进行生生互动；并倡导学生进行课外探究，以课堂的探究方法为例，举一反三，将探究草履虫对外界刺激作出反应的探究活动进行地更加完整。

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实验教学是最能体现物理学科特点和新课程理念的一块.从高中物理知识结构来看，教材中不仅仅只有基本概念和基本原理，还呈现了大量的演示实验和学生探究性实验，其目的在于突出过程与方法教育，旨在更好地达成新课程指出来的三维教学目标，提升学生的科学素养和科学探究的态度，笔者认为学生的物理学习质量不能仅仅以知识获得的多少及考分来衡量，我们应该转变教学观念，注重学生的学习过程和创新能力的高低，为此必须重视物理实验教学.那么如何充分发挥实验在高中教学中的作用呢?

1借助实验给学生创设学习知识的环境

如何学习物理概念和物理规律？

知识的学习必须是从感性到理性的深化，感性材料的积累是必不可少的过程，这一环境可以借助于物理实验的创设来实现.

从学生感性认识的来源来看，有两个，其一源于学生的生活经历和经验；其二源于直观的实验现象.相比较而言，后者更为直接、客观.去除了很多非本质化的干扰因素，是一种条件的简化和纯化，将研究对象的主要因素凸显出来，其中最重要的科学思想方法――“控制变量法”就是最好的体现.

例如，探究“牛顿第二定律”规律，在现实生活中有加速和减速的现象，但是学生难以直接得到客观的物理规律，可是运用实验这个问题解决了，通过控制小车质量不变来探究加速度与合力的关系，通过控制合力大小不变，控制加速度与质量的关系，再将几个关系综合起来考虑实现规律的直接得到.

2借助于实验，帮助学生形成科学思维习惯

学习习惯决定学生的学习行为，对于物理学习而言，我们要让学生获得的不仅仅是结果，应该还有过程和方法；情感态度、价值观，在物理学史上，每个知识和规律的获得都经历了长期的实验探究和理论分析的过程，实验是规律形成必不可少的环节，我们在教学过程中引导学生进行实验探究，有利于帮助学生形成良好的科学思维习惯.

例如，笔者在和学生学习“自由落体运动规律”时，让学生从伽利略的研究出发，感受到，掉的不仅仅是亚里斯多德的落体运动结论，这里面还涉及到新的、科学的研究方法,亚里斯多德对于落体的研究虽经历了观察和推理，但是他所采用的是直接观察，这种观察所带来的结果不是很可靠的，虽然有少数事实与之相符，但是将其推广到一般不具有普适性，缺乏用实验对结论的验证，是不科学的.与亚里士多德相比，伽利略注重抽象思维和数学推导，并将理论推导与科学实验相结合进行探究，从“实验观察―合理抽象―数学推理―实验验证”这几个阶段环节的渗透，让学生感受到实验的重要性和方法性.

心理学研究表明，“习惯”是个体通过后天努力所获得的且具有稳定性的条件反射，对于物理学习需要的“思维习惯”而言更是需要反复训练和强化，物理学习的思维习惯不同于经验思维，与“动作和行为习惯”相似，是长期经过有意识和无意识的形成的科学素养，科学思维习惯一旦养成，学生会自发地将自己原有的认知和物理思想方法与事物的现象构成联系，将主动地将零碎的、杂乱的知识和方法条理化、系统化，这里面有个凝结核――“实验”，以“事实和现象”为逻辑基础上进行理性分析，最终准确地把握事物的本质，注重学生实验过程的方法渗透，实验过程能够训练学生哪些科学思维呢？高中物理中有很多实验都是定量实验，精确地探寻物理量之间量的关系.

例如：“力的合成”这节课“探究求合力的方法”实验，学生自主探究并得到“平行四边形定则”是不容易的，但是这里面我们可以给学生渗透从一般到特殊、再从特殊到一般的物理科学思想.笔者在这节实验课的设计上，做了如下几点，引导学生形成科学的物理思维.

2.1设置具体的情境联系学生的原有认知

活动1设置生活化的情境，提供一个装有半桶水的水桶，首先请一位女生A上台提水(让水桶静止地悬在空中).

活动2请生A的同桌B上来，两人共同提水(不指导如何提水).

问题1(问生A)：先后两次提水有什么感受和发现？(省力).

活动3：指导两个学生重新提水，两个学生提水桶的胳膊从靠在一起逐渐分开，即两手臂间的夹角逐渐变大.

问题2(问生A、生B)：在提水手臂间的夹角逐渐变大的过程中，有什么感受和发现？(越来越费力).

问题2能够有效激发学生的好奇心，都急着想通过新知识的学习来解释这一现象，对于学生的这个疑问，我们不要急着理答，采用“悬起”的方式：“答案就在本节课的知识学习中”，而将学生的思维导向学生原有物理认知和方法经验上去.

活动4：大家用“方框”代替水桶，画出导入环节中水桶受力示意图(如图1所示).

问题3：从力的作用效果角度去观察，大家从示意图中能发现什么？(F1、F2共同作用的效果与 单独作用效果相同)

引入物理学重要思想方法――“等效代替”，同时抛出合力、分力、力的合成的概念.

问题4：分力的共同作用效果和合力的作用效果相同，猜测一下分力和合力间存在什么关系？

问题4是一个容易卡壳的问题，让课堂“冷”一会，当学生搜肠刮肚不得其解时，适时地追问帮助学生的思维回到初中两个共线的力的合成.

问题5：如果两个分力 、 不在同一直线，那么合力又该如何呢？如何求解呢？(这个问题进一步悬起学生的思维，激发探究的欲望)

2.2从特殊到一般逐步探究求合力的方法

该环节将探究活动进行了拆解，先和学生一起探究最简单的情形――“二力成直角”，在探究过程中强调“等效”的思想，通过演示实验有效激活学生头脑中的实验技能和创新意识，在此基础上，让学生猜想如果更一般的情形如何求合力，生成自主设计实验进行探究和验证的需要，最后小组合作探究，验证猜想.

问题6：对于互成角度的两个力求合力，我们同学头脑中首先想到的最简单的情形是多大的角度？(直角)

活动5：教师演示实验求夹角为直角的两个力的合力，如图2所示，最终得到四边形OACB，引导学生用勾股定理证明其是矩形.(这一过程渗透“等效替代”和“作图法”两种物理思想方法)

问题7：如果不是直角，那么分力和合力又是什么关系呢？

由于有了演示实验的基础，学生(运用归纳推理法)猜想：合力和分力可能构成平行四边形.

活动6：提供实验器材，从演示实验中的“等效思想”和“图示法”迁移过来，要求学生自主设计实验来验证猜想.

活动7：交流并优化实验方案.

在这一次讨论交流时，应放在如何体现效果相等和如何记录分力和合力上，邀请学生到讲台上来利用实物讲台一边操作一边解说，虽然只有一个同学在演示，而且还不一定正确，但是全班的学生的注意力都被集中到操作中来，从自己的原有知识和技能对实验的注意点进行分析，对于学生没有注意到的教师要进行必要的引导，共同将实验方案优化.

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【关键词】初中数学；分析猜想；探究；课堂教学

中图分类号：G62 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）05-205-01

《全日制义务教育数学课程标准》（以下简称《课标》）提出，教导学生“经历基本的科学探究过程，具有初步的科学探究能力，乐于参与和科学技术有关的社会活动，在实践中依靠自己的科学素养提高工作效率的意识。”作为一种旨在转变学生的学习方式，培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神的教学方法，科学探究教学对教师提出了较高的要求。

《课标》中多处出现了“猜想”、“探索”等目标动词，它给数学教学提出了较高的要求，并为具体教学活动指明了方向。在教学中，不论是概念的产生，定理、规律的发现，还是解决问题的方法和途径的选择，处处都可以引导学生猜想探索。因此，对教材上出现的解决问题、习题的结论，凡是学生可以猜想的，我们都可以改编成猜想而后证明的探索题目。

实例：勾股定理的拓广应用

一、应用勾股定理进行猜想探索剪拼

1.在用赵爽法证明勾股定理后，推出图1，这是由两个边长不同的正方形连结在一起的“L”形纸片，现在请同学们剪两刀，再将所得图形拼成一个正方形。学生动手操作、小组讨论、共同探究。

学生通过丰富的拼图活动，经历了观察、分析、猜想、拼图、计算、推理、交流等过程，掌握了问题解决的一般方法，发展了空间观念和有条理地思考与表达的能力，获得一些研究问题下合作交流的方法和经验。

二、探究以直角三角形为边，向外作三个形状相同的图形，它们的面积之间的关系

1.如图3，分别以直角三角形三边为边向外作三个正方形，其面积分别用s1，s2，s3表示，请猜想s1，s2，s3之间有什么关系？学生很容易猜想出s1+s2=s3。

2.如图4，分别以直角三角形三边为直径向外作三个半圆，其面积分别用s1，s2，s3表示，请猜想s1，s2，s3之间有什么关系？并说明理由。

3.如图5，若分别以直角三角形三边为边向外作三个正三角形，其面积分别用s1，s2，s3表示，试猜想s1，s2，s3之间又有怎样的关系呢？请说明理由。

4.若分别以直角三角形三边为边向外作三个一般三角形，其面积分别用s1，s2，s3表示，试猜想s1+s2=s3这一关系成立吗？

学生议论纷纷，经过讨论得到的结论是：s1+s2=s3这一关系不成立。

教师启发：是所有的三角形都不成立吗？如果我们再添加一些条件，s1+s2=s3这一关系能否成立呢？学生思索，继续探讨，最终得出结论：当所作的三角形不是等边三角形，但只要这三个三角形相似，且直角三角形的三边恰好是它们的对应边时，那么就有s1+s2=s3。

5.根据1、2、3、4的结论，请你猜想出一个更具一般意义的结论。

以小组为单位，共同探究。

A组：从1、2、3、4这四种特例可以看出，向外所作的图形可以是三角形、四边形、圆形，所以我们猜想所作的图形可以是多边形。

B组：这些多边形必须相似。

c组：必须以直角三角形三边作为相似多边形的对应边。

共同猜想一般结论：如果分别以直角三角形三边向外作三个以这三边为对应边的相似多边形，其面积分别用s1，s2，S3表示，那么S1+S2=S3。

篇6

"转变学生的学习方式，倡导探究性学习"是新一轮课程改革的重点和难点之一。关注科学探究学习活动，培养青少年的科学探究能力，是当今世界基础教育改革的核心之一。美国《国家科学教育标准》把"学科学作为一种过程"，并强调"学科学的中心环节是探究"。我国生物课程标准也明确提出"科学学习要以探究为核心"。

经历生物科学是生物教学的手段，就是让学生去做一个个有典型意义的探究活动；体验生物科学是生物教学的重点，要让学生在体验中感受生物科学的奥秘和趣味，以激发学生的探究兴趣和热情；在经历的过程中，我们要重视学生的心理体验，只有亲身经历了过程，才能有真切的体验。因此生物课就是要创造条件让学生经历科学家们曾经经历过的、曾经体验过的那个过程，从而更好地理解生物科学。

1.问题──探究的起点

爱因斯坦说过："提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。"从某种意义上说，科学始于问题，科学的本质上是一种解题活动，问题是学生学习的载体。探究性学习一般包括以下几个环节：提出问题――进行假设――制定计划――收集信息――思维加工――研究方案――实验验证――表达交流――成果评价。奥地利哲学家波普尔在《研究的逻辑》中提出了"P1-TT-EE-P2"的四段图式。P1表示问题，TT表示尝试性的各种理论，EE表示通过批评和检验，即反驳以清除错误，P2表示新问题。图示表明，科学的发展是"始于问题，并终于问题"的无穷循环。在这个图式中，最令人激动的是对传统的经验归纳法即"科学始于观察"的批评。波普尔认为，观察总是离不开理论指导的，"先有理论，后有观察"，而"问题始终是第一性"的。为此，他提出了"科学始于问题"的理论。这是很合乎唯物主义思想的真知灼见。在生物教学中，教师要引导学生像科学家那样经历探索过程，并从问题开始。当然，学生所碰到的问题，大多数是人类知识系统中已解决的问题，但对学生来说仍然是一个个新问题。一个人的知识生长过程是人类知识生长过程的缩影，学习也从问题开始是培养学生科学素养的极好途径。

2.让学生亲自经历探究过程

在传统的教学中我们只注重学生对已有知识的记忆能力，忽视对所学知识的运用能力，换句话说就是读死书，而杜威教育理论有一个重要命题就是"做中学"。科学知识不是通过简单记忆，而是通过学生的参与、感悟、交往、实践、猜想、探索、归纳等活动探究事物。现代著名教育心理学家布鲁纳认为："认知是一个过程而不是一个结果。"生物课的教学要重在"动手做"，只有学生亲自做了，亲身经历了，才能培养学生的动手能力和实验能力。生物教学中注重学生的理论联系实际的能力，以及科学的探究能力，用所学知识来解决实际问题。

在讲鱼的各种鳍的作用时，我让每个学生课前准备1～2条金鱼放在自带的小鱼缸里。上课后你会发现学生们个个兴致勃勃地等着你的到来，然后我问："你们知道我们这节课要研究什么吗？"学生七嘴八舌说了起来："我们要研究鱼"。我又问："研究鱼的什么呢？"学生们说的各种各样。然后我告诉他们我们要研究它的游泳，并且研究各种鳍的不同作用，让他们先猜想一下，然后通过捆绑相应的鳍来证实自己的假设是否正确。在经历过程中，学生的探究活动在不断深入，也正是在亲身经历的过程中使他们获取了知识，并且有的学生还提出了新的问题：如果没有鳍，鱼能不能运动？这正是探究使学生不断进步，敢于提出大胆的假设。正如列夫？托尔斯泰所说："知识，只有当它靠积极的思维得来，而不是凭记忆得来的时候，才是真正的知识。"牛顿说："没有大胆的猜想，就做不出伟大的发现。"其实也只有积极地让学生参与探究活动，积极思维才能使学生更自信、更能运用所学知识来大胆猜测解决实际生活中的问题。

3.提出问题，合作探究

自学探究是学中有探，探中有学，一般问题均可以在边学边探中自行解决。面对学生的疑问，教师不必过早解释，只要综合大家的提问，提出一两个重点问题组织学生合作探究即可。合作探究的形式有三种，教师可根据需要确定选用哪一种。这三种形式，一是生生合作探究，即让同桌之间就相关疑难问题相互启发，相互研讨；二是小组合作探究，合作探究是让学生们集思广益、思维互补、思路开阔、分析透彻、各抒己见的特点，使获得的概念更清楚、结论更准确；三是大班集体探究，即抓住中心议题或关键性问题，让学生各自发表见解，集中解决难点。在我们的日常教学中一般第二种用得比较多，也比较实用，能充分调动起学生的积极性，并且都有所收获。

4.评价──探究的升华

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【关键词】综合实践活动 教学活动 价值定位

十年课改使综合实践活动课程逐渐走向常态，众多的实践者经过教育教学实践的不断锤炼也逐渐由青涩走向成熟。在这个过程中，课程实施的成果不断涌现，成熟的课型逐渐增多，但细细观察，不难发现走形式、走模式的现象依然存在，对涉及相邻学科内容的教学把握起来还存在一定的困难，针对这些情况，本人想以学生“成果展示活动”及“实验探究课”为例，谈谈自己对一些常见的教学活动定位的思考。

【问题】学生成果展示的价值定位到底在哪里？

观点1：学生成果展示的真正价值应体现“1+x”的效果。

就我个人的经验而言，成果展示至少有两方面价值。第一，价值主要体现为成果分享时，促进了学生之间的相互了解、知识互补、智慧共享等。通过交流，可以让同伴组了解自己做了什么，是怎么做的，有什么发现与收获，通过倾听，也可以让自己组了解同伴组研究的基本情况，从而产生知识互补、智慧共享的效果。要说学生一学期在综合实践活动中的成果到底有多少，我觉得这是一个“1+x”的概念，1表示通过努力，本小组获得的成果，这种成果包含知识、能力方面的进步，x表示通过成果交流活动，分享到的班级中其他小组的成果，包括知识经验方面的，两个方面加起来，才是一个学生一学期真正的收获。第二，价值主要体现在能力锻炼方面，其实学生设计成果展示的过程也是学生自主锻炼的过程，在这个过程中，学生的信息处理能力、信息呈现能力、动手制作能力、活动策划能力、语言表达能力、小组合作能力等都将有飞跃性的提升，所以，我认为给学生提供适当的自主展示平台，对促进学生能力的发展是很有益处的。作为教师，除了对学生进行集体性的教学指导外，很多时候需要做的工作是对小组活动进行有针对性的指导或提一些启发性的建议。

观点2：不同年段的学生需要不同要求的教学指导

不同年段学生的兴趣爱好、所思所想及能力发展存在一定的差异，那么，怎样结合不同年龄段学生的特征来提供切实有效的指导呢？这里我想介绍一下江苏省教研室研制的“小学综合实践活动课程目标的分类与分层设计”，现在我就结合“小学综合实践活动课程目标的分类与分层设计”中关于成果展示这部分的内容，对不同年段的课程目标作一简单的介绍。

以成果展示教学为例，目标分类主要从“成果的提炼”“呈现方式”“成果的辐射运用”这三个方面展开。三年级的目标是：在教师的指导下，根据研究内容分类整理研究成果，能通过手抄报、简单的小品、图片展、作品展等方式，在班级中开展一些研究成果会。四年级的目标是：小组合作，根据研究内容，提炼研究成果，能通过手抄报、简单的研究报告、观察日记、主题展板、小品等方式，在班级、年级、家庭中开展一些研究成果会（五、六年级不再赘述）。教师在实际教学实践中，可以结合本班学生的基础及研究内容的特征，灵活把握各年段的课程目标，必要时也可适当交叉运用。

观点3：成果展示活动也是优质成果再利用的契机

对学生来说，成果展示活动是向同伴展示活动成果的过程，在这个过程中，他们主要是展示成果、分享成果；作为教师，在这个过程中，我们要善于观察、发现、感悟、挖掘成果的深层价值，以便为学生在其他活动中，通过对成果的运用过程及对成果的再加工过程，为学生的成长搭建更多、更广的发展平台，从这个意义上来说，成果展示活动也是甄选优质资源的过程。

学生的能力发展是多方位的，准备成果展示的过程是促进学生能力发展的平台之一，作为活动的指导者，给学生提供相应的教学指导与提示是教师应尽的义务，“因材施教”就是要根据学生的现状给予适当的方法指导和帮助，这在综合实践活动这门没有材、参的活动类学科中显得尤为重要。

【问题】综合实践活动与小学科学中的“实验探究课”有哪些区别和联系？

观点1：不同学科中“实验探究课”应充分凸显学科的课程特征。

虽然综合实践活动课与小学科学课都会涉及“实验探究类课型”，但因为课程目标及实验探究的出发点不同，其教学的侧重点也会有所不同。

综合实践活动课程中的实验探究课是根据研究需要、基于问题特点而采用的课型，主要目的是收集更多、更真实的第一手材料，为延续研究、解决问题奠定基础。通过运用实验数据或现象所反映的结果，引发后续的实践探究活动。以探寻问题结果、培养探究精神和实践能力为目的的实验探究活动，充分凸显了综合实践活动的课程特征。

而小学科学课中的实验探究课则是针对探究问题，引导学生运用科学的方法，并通过实验操作，观察实验现象，获得实验结果，最后通过对实验结果的交流与分析，引导学生学会用科学原理对一些现象与结果进行科学解释，在这个过程中，不仅要关注学生的动手操作能力，同时还要关注学生科学态度的养成。

不管是综合实践活动课程中的实验探究活动，还是小学科学课中的实验探究活动，在探究过程中，都将涉及学生问题意识、质疑精神、观察能力、分析能力、动手操作能力以及数据、信息的表达能力的培养，而这些也正是实验探究课的价值所在。

观点2：当觉察自己的科学素养不够时，综合实践活动教师要善于寻求解决方法。

一般来说，综合实践活动课程的教师同时也承担语文等学科的教学任务，实验探究的素养较为薄弱。那么，综合实践活动的指导教师应如何弥补自身的不足呢？

第一，作为综合实践活动课程的教师，自身的学科素养积淀不容忽视，因为综合实践活动课程本身就是一门综合性极高的学科，教师了解多一点、涉猎面广一点，在指导过程中会有很大帮助。就“观察与实验”这方面的基本素养而言，我认为，综合实践活动教师要清楚科学实验的基本环节，例如实验的一般步骤有：实验猜想――实验设计――实验验证――实验记录――实验分析――结论呈现；常用的实验种类有：演示实验、分组实验等。

第二，如果自己不了解如何指导学生做实验，那么可以“借力”，借力的对象一般是科学教师，可以请教科学教师实验操作的步骤，也可以直接请科学教师扮演“导师”角色，给学生进行面对面的指导。

第三，学生在“观察”时一般会用到多种感官，作为指导教师，必须要明确怎么做才比较安全，要尽量避免实验中可能对学生身心造成危害的因素。

第四，要了解如何获得更充分的信息，如何可以更便捷地解决问题，教师可以将自己的想法与学生分享、交流，以便师生间达成共识。

篇8

一、探究的概念及其基本理论框架

杜威给探究下的定义是：“探究即有控制的或直接的把不确定的事态变换成一个在区别成分及关系成分上都十分确定的事态，以致把原事态的各要素转化为一个统一整体。”[1]在这个定义中，杜威只提到了探究的“始”和“终”，即由“不确定”到“确定”的客观的变换，却没有涉及联系“始”和“终”的过程。不过，杜威在其他的著述中对此定义进行了补充和说明，如在《我们如何思维》一书中，杜威提出：事态或情境会给人某种暗示，从而做出假设，细心地比较和权衡种种证据和假设，对证据和假设做出估价，最后解决问题，这样的过程才是符合逻辑的，也才能是称作探究的。[1]由此可以看出，杜威是把探究当作逻辑的要素，而不是把真理或知识当作逻辑的要素。他认为当事态出现不确定或不平衡时，探究行为就会发生，探究的结果是要得到一个确定的结论，而这个结论以原事态为基础又与之有着明显的区别。

梳理杜威各论著中关于探究概念的表述，可以初步形成其探究理论的基本框架：

1.探究是在质性的领域中进行的，与日常生活关系密切

杜威认为，探究包括一般意义上的探究和科学探究两种。一般意义上的探究是在质性的领域中进行的，而科学探究则是要减少甚至完全排除质性的因素。在他看来，对于不同的问题，需要用不同的探究方式来解决，两种探究活动没有程度和层次上的分别，只是所探究的问题的性质和探究方式有区别而已。杜威认为，在日常生活实践中，不存在完全孤立的物体和事件，任何一个物体或事件总是依存于现实世界，是现实世界的一个部分、一个阶段或一个层面。因此，在日常生活中人们所进行的探究活动都是质性的，是属于一般意义上的探究。

一般意义上的探究直接或间接地与使用和享受之类的目的相关，通常是指与人们日常生活密切相关的活动。科学探究的本质在于，“为自身的问题和目的所推动，用一种等级的或其他数量的关系（总之是非质性的）来表示其研究主题，在研究过程中往往把‘最后的动机’从其研究的各个领域中排除，而代之以测量到的相应的变化。”[2]从这段表述中可以看出，科学探究与人的日常生活是存在一定距离的，科学探究的结果还需要一个应用的过程，因此对于学校教育来说，其所讲的探究常常指一般意义上的探究。

在这里需要澄清一个思想：虽然杜威所提的探究是指一般意义上的探究，但这种探究同样需要采用科学的探究方法，科学是一种认识世界的方式，这种认识方式的具体内涵体现在探究能力和对探究的认识两个方面。此时，需要教师采取多种教学策略帮助学生理解探究概念、掌握探究方法、发展探究能力。

2.探究始于问题，问题的性质决定探究的方式

杜威认为，问题的需要先于并独立于探究而存在。“先于探究而存在”，是说探究是由问题引发的。当意识到某一事物是不确定的或是不平衡时，就会产生探究的必要，即将寻求解决问题的方式。杜威还从思维的角度论述了探究始于问题这一思想。他指出：“思维是在事物还不确定或者可疑、或者看问题时发生的。既然思维发生的情境是一个可疑的情境，所以，思维乃是一个探究的过程，一个观察事物的过程和一个调查研究的过程。在这个过程中，获得结果总是次要的，它是探究行动的手段。”[3]“独立于探究而存在”，是指问题本身决定其所需要的解决方式，如要解决表现问题就要用观察法，要解决态度问题就要用调查法，要验证假设的真伪就要用实验法，等等。

3.探究过程是一个统一的整体，探究的过程就是个体思维的过程

杜威一向反对二元论，在探究问题上也是如此。他认为探究过程即是经验生成的过程，它统一于人在探究过程中所获得的经验。杜威指出，“经验是一个主动的过程，不单是有机体受环境的塑造，还存在着有机体对环境的主动的改造。”[3]也就是说，探究过程虽然要经历一个阶段或是一系列步骤，但这并不意味着探究是一个单向的、直线式的过程。恰恰相反，探究是一个圆周式、交互的过程。在这个过程中，思维或反思可以识别所尝试的事和所发生的结果之间的关系，并“使两者连接起来”[3]，从而使得探究成为一个统一的整体。

基于这一观点，杜威提出：对于学生来说，最重要的不是学习如何思维，而是学习如何更好地思维。教育不仅要把已有的信息传递给学生，更要使学生养成一种批判性、反思性的思维习惯，不能只是承认、猜测某一观点，而是要创造一个生动的、严肃的和开放的问题情境，让学生自己去做决定，从而培养学生对于呈现在自己面前的问题能够主动去探究和推理的习惯。不管一个学生掌握了多少信息和知识，如果他没有养成这种反思性的思维习惯和态度，就不能说他所受到的教育是成功的。而这种习惯绝不是天生的，也不是在社会生活中能自然习得的，而是教育发挥其独特功能促使学生养成的。

二、杜威探究思想对数学教学的启示

尽管杜威的探究思想缘起于生物学而不是数学，但探究作为一种思维过程，对于培养和提升学生数学思维能力却具有内在规定性。进而，如何运用探究理论发展学生的数学思维，就成为各级各类学校数学教学改革的重要方向。

1.教给学生如何学习和思维的技能

杜威认为，有效探究的目标不是简单地回到原有的状态，而是在于发展，在于对已有的经验的意义的丰富。“所谓发展，就是将能力引导到特别的渠道，如养成各种习惯，这些习惯含有执行的技能、明确的兴趣以及特定的观察和思维的对象。”[2]也就是说，要使学生形成一定的思维方法和行为模式，学会解决问题的思路。

为此，在数学教学中，不仅要教学生复述、精细加工和组织加工的认识技能，还要教会他们元认知技能，包括调控自身理解水平，对他们的认知活动和个人能力做出重要评估。如何教会学生进行学习和思维，应该教会学生哪些认知和元认知技能，Nicherson认为至少有七条公认的要点：基本的操作，比如分类、归纳；基本领域的知识（比如数学函数或历史）；关于原理推理的知识（比如逻辑；关于思维的非正式的原理知识，这些原则在问题解决中可能会用到；元认知知识——学习者关于自身的学习以及试图调节和控制自己的认识活动的知识；诸如公正和客观之类的价值观；个人信念（如关于问题、事件、事情起因以及运气与努力的作用的信念）[4]。在此过程中，尤其要教会学生学会如何反思，通过观察、训练活动等培养学生的反思性思维，促使其有效思维，进而把知识的学习转化为理智的财富。

2.抓住学生思维模式中的主要变量，促进学生主动探究

在探究活动中，学生是知识和技能的积极探究者。探究要求学生面对认知复杂的真实世界的情境，并在复杂的真实情境中解决问题，因而，学生需要采取一种新的学习风格和认知加工策略，形成自己是知识与技能探究者的思维模式。数学知识间的逻辑性较强，前后知识间联系非常紧密。因此，教师在设计问题时不仅要从整体上把握数学的知识结构，而且要深入思考新旧知识间的纵向连接和横向的沟通联系，进而把握新旧知识与学生探究的起点。

探究活动的核心要素主要包括三个：一是为学生准备探究所需的知识储备，因为无论是发现问题还是解决问题，知识都是必需的；要抓住新旧知识的连接点和新知识的生长点，做好探究的衔接。二是创设问题的情境，使学生盲目的探究变成有智慧的活动；三是进行系统的思维训练，突显思维的价值，逐步培养学生自主学习能力的习惯。

3.紧密联系学生的生活实际，实现探究目的与探究手段的统一

杜威认为，探究是由若干次探究活动组成的，而这些探究活动是连续的，一次探究所得的结论会成为下一次探究的手段、材料和程序。这种探究的连续性不仅包括了探究在时间与空间上的连续，而且包括探究内容与方法上的连续。这意味着，每一次探究都从过去的探究活动中吸纳了某些东西，又以某种方式影响着下一次探究活动。也就是说，探究的目的与探究的手段是统一的，目的规定了手段，手段也影响着目的。作为一个统一的整体，各个探究活动只有在目的、内容、程序和手段上保持一致性，才能使知识和经验不断地被获取和改造。数学探究活动具有明显的探究形式与探究目标相统一的特性。

参考文献

[1] [英]罗素.西方哲学史.张译成译.北京：北京出版社，2007.

[2] [美]杜威.我们怎样思维.经验与教育.姜文闵译.北京:人民教育出版社，1991.

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【关键词】探究式教学;科学探究;对照实验;实验变量

生物学是一门研究生命现象和生命活动规律的科学,它与其他学科不一样,比如就与历史、哲学不一样,历史学家可以对历史作出这种或那种的解释,但生物学不行,其主要区别点在于它的实证。随着新课程标准的实施,以探究学习为基础重构教育过程,以成为当今世界各国课程改革的突出特点。生物学作为一门科学课程,在国际科学教育改革成果的影响下,毫无例外地把“科学探究”确立为课程的学习目标和学习方式。

在科学教育中采用的科学探究通常叫科学探究式的教学,或者探究式教学。进行科学探究的方式是多种多样的。一般来说,其基本过程具有六个要素:提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达与交流。某些探究过程只包含其中的几个要素,而且也不一定按上面呈现的顺序进行。科学探究的主要目标是使我们领悟科学探究的思想,培养学生进行科学探究所需要的能力,增进对科学探究方法与过程的理解,进一步掌握所学的生物学知识。在科学探究式教学,应该注重哪些问题呢?我们可做深入的讨论。

一、创设问题情境,诱导学生积极思维

探究的一般过程是从发现问题、提出问题开始的。“思起于疑”,疑问是学生思维的触发点,在教学中,老师应注意问题情境的创设:一方面,结合教材,从生活实际中发现问题、提出问题。比如,笔者前年参加了一次中学生物实验创新比赛,某高中一位生物教师利用在菜市场买菜的途径中,发现水沟中废弃的鸭胆囊异常的大。于是,他提出了能够用鸭胆囊来做选择性透过膜的实验吗?通过把新鲜鸭胆囊分别放入浓盐水和纯水中,观察实验现象,最终实验成功了。还有一例:初中生物探究“采集和测算空气中的尘埃粒子”这实验中,学生提出了两个问题:第一个问题:凡士林是什么?粘住灰尘,能否用家中的猪油代替?他们都说厨房灶台上灰尘特别多,因为上面有油。第二个问题是争执了许久的,就是一天中不同的时间,同一地点尘埃粒子的数量相同吗?有的说是中午、也有的说是下午,也有个别说是早上。我就让这些各抒已见的人探究这问题,有了结果再辩论。通过这次的活动,不但提高了学生探究能力,也培养了学生保护环境的意识。

另一方面,启发和引导学生发现问题,提出问题。“于无疑中生疑,方能大进”就是说教师要引导学生学会思考、学会质疑。比如,初中生物中的一个探究实验――“光对鼠妇生活的影响”,这是验证环境影响着生物生存的实例。教师可以通过拍摄一个捉鼠妇的片段或者讲述捉鼠妇过程,引发学生思考“为什么当搬开砖块时,鼠妇会跑得无影无踪了呢?”、“是不是鼠妇受到了惊吓?还是鼠妇怕光等等。”同时,学生亲自与身边的小生灵接触,他们心中渐生了爱惜生物的情感。

二、设计和控制探究实验中的变量

中学生物教材中,常常提到对照实验,它是指在研究一种条件对研究对象的影响时,所进行的除了这种条件之外,其他条件都相同的实验。一个探究实验中只能有一个实验变量,其他因素均处于相同的理想状态。首先,探究实验变量的设计要紧紧围绕提出的问题和作出的假设,比如,在研究“光对鼠妇生活的影响”中,光是变量;在研究“唾液对淀粉的作用”中,是否加入唾液作为变量。其次,要控制好探究实验过程的其他因素,一般对照组和实验组除了实验变量不同之外,其他因素要处于相同的理想状态,如在研究“光对鼠妇生活的影响中”,除了光照不同之外,土壤的干湿程度、温度等条件都要相同,否则,会影响实验结果。再者,探究实验对象的数量要适宜,如在探究“菜青虫取食十字花科植物是一种先天”中,菜青虫数量过少,会使得实验结果具有很大的偶然性,菜青虫数量过多,会使实验过程变得繁重。

三、做好探究过程中的表达与交流

表达与交流作为科学探究中的重要环节,对探究活动的成败起着举足轻重的作用。同时,表达与交流是现代人应具备的基本能力,通过科学探究活动,能够有效地锻炼交流的本领。但我们常常看到有些实验探究课,学生在做、动、玩时干劲十足,热火朝天,而在交流环节中却骤然降温,全没了声音。如何提高表达和交流的质量和效率呢?

1、创设民主氛围,建立交流“平台”。在交流时,老师最重要的任务就是创设一种心理安全的交流氛围,给予学生犯错误的权利,维护他们的自尊心,激发他们的自信心。只有这样学生才能大胆地表达自己的发现,而无所顾忌。

2、采用激励性评价,保护学生热情。积极的评价可以充分调动学生的主动性,从而在学生内部产生一种内驱力,争取实现更高的要求。学生是“夸”出来的,每组学生的探究结果都需给一个正确的评价。如,“光”对鼠妇的生活的影响这个探究活动中,有一组的结果是:2只鼠妇在有光下和无光下出现的次数一样,那么无法判定光是否会影响它的生活。我问孩子们,为何只用2只鼠妇做实验?他们的答案是:没抓到那么多鼠妇,再说二只鼠妇更好判定。我当着全班同学表扬了他们,因为他们为我们应证了书本P17的讨论:为什么要用10只鼠妇做实验?只用1只鼠妇做实验行吗?正因为他们鼠妇数量太少而造成了实验结果有了很大的偶然性,而别的组用10只鼠妇,其实验结果就可看出在黑暗中的鼠妇多于在光下的。在这里用2只鼠妇的孩子还是为全班做了一个反面的验证,也是不错的。经过了这次实验交流后,全班学生都敢对自己组的实验结果“实事求是”了。

在探究活动的表达与交流中,许多孩子的闪光点也给蹦出来了,得到了同学们及老师的肯定与赞赏,学生的学习积极性也增加了许多,也更充满了自信,还获得了同学们之间互相欣赏、互相激励的情感。

总之,在“探究式”教学过程中,老师做到了适当地“放”,巧妙地“扶”的话,学生不但学到了知识,认识了自然与生活,而且加强了同学们之间的合作能力,增强了他们的自信心与学习的积极性。学生也找到了展现自己亮点的一个新平台。

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1 科学研究方法

著名理论物理学家、诺贝尔奖获得者费恩曼说过：“科学是一种方法，它教导人们：一些事物是怎样被了解的，什么事情是已知的，现在了解到什么程度（因为没有事情是绝对已知的），如何对待疑问和不确定性，证据服从什么法则，如何去思考事物，作出判断，如何区别真伪和表面现象。”科学教育中的“科学过程”主要是指在一般的科学研究中，那种普遍适用的系统化的操作方法和步骤。美国《国家科学教育标准》中把科学过程与方法看成一个系统，是指一系列的相互联系的科学家普遍使用的研究方法和程序。我国的基础教育课程改革强调科学探究，强调让学生亲历科学，在体验中学习。这种新型学习方式的提倡意在改变传统单纯接受式的被动学习方式。学生不是被动地记忆科学的结论，而是经历这种结论得到的过程和懂得获取的方法。

科学家认为对自然现象的认识不能停留在事实的层次上，需要进一步透过现象，深入内部，抽取有关事物的本质，并且舍弃一切非本质属性的结论，即提炼出反映事物本质属性的内在的客观规律的各种“概念”和“定律”来。这个过程是通过探究来完成的。但科学家不管用何种探究模式，其基本的环节是共同的：科学问题的提出，科学事实和资料的收集，猜想和假设的建立，检验与评价，表达与交流。科学教育中的科学探究学习方式的主要环节也与此相类似，表明探究学习体现了科学教育与科学研究本质上的一致，反映了科学教育与科学研究内在的统一。科学探究强调知识获取中的体验，强调过程与方法，既是对我国传统教育的纠偏，也反映了科学素养的核心要素。

2 高中生物课程中基本的科学研究方法

科学方法可分为多个层次，这里所指的生物科学研究方法主要是指科学研究的一般方法，如科学观察方法、科学实验方法和科学调查方法，特别是指科学实验方法。科学研究总是从观察开始，通过观察发现问题，然后提出假设，并对假设做出基本预测，最后设计实验来验证假设。如果实验结果与假设不一致，则说明原来的假设是错误的，要修改假设，重新实验；如果实验结果与假设一致，则说明原来的假设是正确的，可将假设上升为学说或理论。科学方法教育应包括科学研究中“过程技能”（观察——问题——假设——实验——结论）的教育，还应包括观察、调查、实验等具体的方法技能。科学方法教育中尤其要重视科学思维的训练，即努力使学生将科学方法内化为自己的思维方式和行为方式。

2.1 观察实证的方法

观察实证是指通过对研究对象大量的观察、实验和调查，获取客观材料，从个别到一般，归纳出事物的本质属性和发展规律的一种研究方法。

2.2 假说—演绎法

假说—演绎法是指在观察和分析的基础上提出问题以后，通过推理和想象提出解释问题的假说，根据假说进行演绎推理，再通过实验演绎推理的结论。如果实验结果与预期结论相符，就证明假说是正确的；如果不符，就说明假说是错误的。所以假说—演绎法的根本过程是：发现问题——提出假说——演绎假说——实验证明——提出结论。在孟德尔的一对相对性状的杂交实验中很好地展现了假说—演绎法，也正是由于他采用这种方法才获得了科学上不朽的成绩，为人类揭示了遗传之谜。“假说—演绎法”是形成和构造关科学理论的一种重要思维方法。对学生来讲是“授之以渔”的重要手段之一；学完课程以后，他们对别的都可以忘记，但这些方法会存留下来，这就是真正的素养和能力。

2.3 建立模型的方法

新课标中建立模型被列为一项技能目标，并作为高中学生必备的生物科学素养。国家和地方的新高考大纲（说明）也已明确将这一技能素养的掌握水平作为考核对象，2007年全国高考生物江苏卷中就已出现涉及模型构建问题的考核尝试。因此，在平时的教学和高考复习中，教师和考生都要予以重视。由于新课标要求学生学会建立的模型主要是思维形式的模型，因此笔者拟针对几种常见思维模型的构建方法提出如下建议。建立模型的一般程序：（1） 掌握原理。掌握模型所代表的知识、过程、规律、机理等，弄清模型的构成要素或包含内容之间的逻辑关系。（2） 明确类型。明确所构建的模型属于哪种类型，知道该种模型的特点及表现形式。（3） 构建草图（框架）。选择适当的图形、文字、符号勾勒出草图，或用适当的文字符号搭建框架。基于模型的通适性、典型性，所以在构建时只需要考虑大多数情况即可，一般不考虑极少数情况或特例。（4） 修饰完善。对照原理查验所构建的草图（框架），确保其科学性；然后进一步修饰完善模型，力求规范、简洁、直观、有美感；最后构建出正式的模型。（5） 补充诠释。对一些模型要添加必要的文字说明、示例、图注等，使模型更科学、更清楚、更规范。

2.4 系统分析法

系统分析方法是指把要解决的问题作为一个系统，对系统要素进行综合分析，找出解决问题的可行方案的方法。它从系统的着眼点或角度去考察和研究整个客观世界，为人类认识和改造世界提供了科学的理论和方法。它的产生和发展标志着人类的科学思维由主要以“实物为中心”逐渐过渡到以“系统为中心”，是科学思维的一个划时代突破。系统分析是一种研究方略，它能在不确定的情况下，确定问题的本质和起因，明确咨询目标，找出各种可行方案，并通过一定标准对这些方案进行比较，帮助决策者在复杂的问题和环境中作出科学抉择。

3 生物教学中开展科学研究方法教育的途径

生物学是一门实验科学，有着众多的可以渗透科学方法教育的内容。教师在努力钻研教材的基础上，要充分挖掘教材中对学生进行科学方法教育的素材，将科学方法教育渗透到教学过程和学生的学习过程中。

3.1 通过生物学实验开展科学研究方法教育

高中生物教材中有着众多的学生实验，每做一个实验都是学生亲身体验科学研究方法的过程。在教学中尽教师要可能地将验证性实验变为探究性实验，要求学生通过明确实验目的、自己设计实验、讨论完善实验、最后实施实验步骤等过程，使学生体验到科学研究的方法和过程。另外，教师在备课和教学中应将科学研究方法很好地贯彻到每一个实验中，根据实验内容的不同有目的的让学生体验科学研究的过程，接受全面而完善的科学研究过程和方法的认识与训练，使学生认识、经历科学研究的过程，理解科学方法的本质，并训练其使用有关的具体方法完成每一步骤。这是培养学生发现问题、分析问题、解决问题能力的有效思维方式和操作方式。教师要注重鼓励学生得出自己的结论、畅述自己的观点。

3.2 通过生物科学史开展科学研究方法教育

“读史使人明智”，生物科学的每一项重要发现都是科学方法正确应用的典范。科学的方法是人类探索真理，发现新理论和获取新知识的重要手段，生物教学也离不开科学方法的探索、理解和学习。

高中生物教材中有许多关于生物科学史的教学内容，如酶的发现、光合作用的发现、生长素的发现、遗传物质的发现等。这些科学发现本身就是科学家科学实验（探究）的过程，教师可以充分利用这些素材，帮助学生寻着先人的足迹，在享受科学探究的快乐中受到科学方法的教育。

3.3 通过探究性教学开展科学研究方法教育

在新一轮的课程改革中，科学探究不仅被作为重要的理念强调，作为教学建议提出，而且被列入了课程目标和内容标准之中。在现代教育文献中“科学探究”、“探究式教学”、“探究式学习”都是指学生在学习过程中模仿科学家进行科学探究的思维方式来主动构建知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的学习方式。这种学习方式在学习内容上，不但包括事实、理论等陈述性知识，还包括科学过程和方法等程序性知识。在教学策略上，教师通过创设一定的探究情景，让学生发现问题，做出猜想与假设，并通过实验、调查、查阅文献等方式搜集与处理信息，对猜想与假设进行论证，最后通过表达与交流活动对自己的探究过程进行反思与评价。在这一过程中学生获得知识与技能，掌握解决问题的方法，获得情感体验。一般情况下，探究式学习环节分为：提出问题——猜想与假设——方案的设计与选择——收集证据——解释与结论——评价与反思——交流与表达等7个方面。

3.4 通过研究性学习开展科学研究方法教育

研究性学习是一种以学生的自主性、探索性学习为基础，从学生生活和社会生活中选择和确定研究专题，主要以个人或小组合作方式进行的一种学习方法。学生通过亲身实践获得直接经验，养成科学精神和科学态度，掌握基本科学方法，提高综合运用所学知识、解决实际问题的能力。科学是一门具有崭新教学理念的学科，学习的核心便是科学探究。科学探究也涉及到提出问题，并通过猜测、计划、观察等活动，亲历解决问题（科学探究）的过程，获得科学知识，形成科学价值观。研究性学习与科学探究都是通过学习者从提出问题到解决问题的探索实践过程来实现科学知识的掌握和科学价值观的形成，以提高学习者解决问题的能力的学习方式。哈佛大学就有这样一句名言——教育的真正目的就是让人不断提出问题和解决问题。它较好地说明了研究性学习、科学探究在教育活动中的重要性，学生亲历科学探究的过程是获取科学知识和培养科学价值观的主要途径。

研究性学习是现在高中学生的一门必修课，利用研究性学习使学生实践科学研究方法，可以使学生真正体会到科学研究方法的重要性，学会如何将一些科学研究的理论知识应用到实践中，研究性学习既是学生对科学方法的实践，也是教师进行科学方法教育成果的检验。

3.5 通过实验设计开展科学研究方法教育