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初一自然科学教学中发展学生科学探究能力的理性思考台州市路桥实验中学 蒋忠坚 318050内容提要：当前，探究教学和研究性学习开始进入科学课堂，但由于中考不考等原因，初一自然科学的教学研究相对被轻视。本文作者站在一线教师的角度，从现实可行性思想出发，对在初一自然科学中发展学生的科学探究能力所能采用的教学策略和教师在其中应该发挥的作用进行了讨论，提出了在初一优先发展学生的观察、问题、实验设计等能力的观点，并就相应的教学策略进行探讨。关键词：初一 科学教学 发展 探究能力 思考1.问题的提出随着素质教育的全面推进和课堂教学改革的日渐深入，全社会对教育在经济、文化进步中所能发挥的作用的认识也渐趋一致；同时，随着科学知识的高速增长，科技进步所带来的物质文明正深刻地影响着人类的生活方式和思想观念。在教育界，人们对科学教育目标的认识也正在发生着根本的变化，从过去的以掌握科学知识为主要目标转变为以引导学生理解科学和培养学生的科学素养为主要目标，这一系列基于人本主义观念的教学目标主要靠教师在日常教学中加以落实。在高中段，最近已开设以研究性学习为主要形式的科学素养专门课程，并由大纲对课程的实施予以保证和规范。但是，在义务教育的阶段的初中段和小学段，虽然近些年的中考命题对教学方向有一定的导向作用，但总体上教师的教学还是处于自发的状态；尤其在小学和初一，因为大多知识和中考没有多大直接联系，绝大多数学校行政领导、教师、家长和学生对相关学科的教学并没有引起足够的重视。具体表现是师资不能落实，往往把教学能力相对较弱的教师安排教初一自然科学或小学常识，且随意挤占这些课程的正常教学时间；或将这些课上成知识课，以机械记忆作为主要学习方法，以记住知识点作为主要教学目标，以讲授作为主要的教学方式等等。这些做法与发达国家从幼儿班开始系统安排科学教育的政府行为存在着很大的差距。我们认真反思一下上述教与学的行为，不难发现人们主要受以下几方面因素的影响，一是受传统的应试教育的影响，以考定学、以考定教，对中考不考的课程随意变动，这一局面的形成固然与学校在师资力量不均衡的情况下现实选择的结果有关，但也说明了素质教育要真正落到实处还须做出极大的努力；其次，由于长期历史的原因，我国对科学教育的价值没有合理定位，以致许多教师仍保留着以知识为中心的传统的教学理念，把本该生动活泼的科学课教成死水一潭，使学生很快失去了最初的兴趣和热情；第三，由于我们目前的自然科学教材还不够成熟，也没有系统的科学教育目标及与之配套的评价标准，且与之相应的图书、器材等辅助设施还远未到位等。在此困难条件下，教师能否富有成效地开展教学改革，在很大程度上取决于个人的努力和创造性劳动的水平。毫无疑问，若没有相应的课程、教材、评价等政府一级参与的相配套的改革，要彻底改变自然科学教学的现状是难以实现的。但是，这并非意味着一线教师就不能有所作为。下面我们站在学校管理者和一线教师的角度，就初一自然科学的日常教学中教师如何发展学生科学探究能力进行探讨。2.概念界定和观点说明2.1本文对科学教育的价值定位于发展学生的科学素养上。在义务教育阶段，由于教育基础性和普及性的要求，若要保证科学课堂教学整体目标的达成，需要把握好两点：面向全体和全面的科学教育。所谓全面的科学教育是指教育内容包括科学知识、科学方法和科学精神。2.2科学教育的主要原则。根据美国“国家科学教育标准”，科学教育的主要原则有三条：（1）教会学生理解科学；（2）学习科学是一个积极的过程；（3）科学教育应突出“少而精”。本文着重讨论的是第二条。所谓积极即要求学生身、心都参与，尤其是要求学生必须动脑，教师必须引导学生参与以探究为核心的学习过程，在学习过程中学会合作与交流，学习解决问题的方法等。2.3科学探究能力。科学探究能力是科学素养的核心，所以培养学生的科学探究能力是自然科学教学的中心。本文所指的科学探究不是科学家的探究，而是指学生为增长知识、理解科学思想和理解科学家研究自然界的工作方法而从事的学习活动。探究的内容包括提出问题、发现问题、解决问题和解释问题（现象）等。与之相对应，所谓科学探究能力是指有目的有计划的提出问题、发现问题和解决问题等的过程能力。2.4发展。本文提出发展学生的探究能力是基于以下几方面的认识：（1）学探究能力的培养是需要一个人终生努力的事；（2）学生进入课堂时并非一无所知，教学应以学生的相关经验为起点，学生学习的过程是他们自己主动建构的过程；（3）初一学生的探究能力还不强，需要循序渐进，系统安排。即发展的过程是指教师创设合适的探究环境，引导学生主动参与，以学生经验为起点，以教材内容为背景，循序渐进地促进学生探究能力的学习过程。2.5整体观点。本文之所以提出把初一学生作为研究对象，是因为认为科学素养的培养是长期的、有计划的行动的综合结果。而在目前的教学背景下，也只有从初一年级开始，科学教育所需的师资和硬件才真正有了一定的保障。所以，初一应该是现阶段系统地进行科学探究启蒙的最合适的时机；同时，即便从中考升学考虑，因为目前中考命题指向科学素养的成分日见突出，从初一开始重视探究能力的培养也不失为符合学校整体利益的现实选择，那种认为可等到初二年级才开始相关研究的想法明显是缺乏系统论的观点的。另外，正因为初一内容中考不考，老师可以少些顾虑，可以更大胆地探索和尝试教法的改革。3.探究能力的发展策略3.1营造和谐的人际关系氛围学习科学是一个积极的过程，学生在学习中必须逐渐学会与老师和同学合作。教师要鼓励学生与教师、学生与学生、学生与成人的交流，让他们充分表达自己的想法，通过交谈或非正式的写作，他们不但可以使自己的想法更加清晰，也能加强他们的反应、辩论及反思能力。为了使学生能愉快的讨论和交流，和谐的课堂氛围是必须的，这也是教师发挥主导作用的具体体现之一。同时，学习科学又是学生自己亲自参与的过程，而不是向学生灌输知识的过程。在教学过程中，学生要成为主动的探索者，而不是被动的接受者，这就是许多专家提出的“像科学家一样地学习科学”。学生在进入教室和实验室前，由于早先的经验，对许多问题已有自己的看法，这些看法可能是不成熟的，但不一定是不科学的。然而，即便是错误的，教师也应该尊重这些看法，对学生的各种观点要给予认真对待，要在教学中对其加以修正与提高，而不能不予理睬，更不能嘲笑，甚至一棒子打死。教师应把自己视为激发、鼓励、促进学生学习和探索的引导者、促进者、咨询者、支持者，而不是学生主张的裁判。教师与学生应共同参与到探究活动中，齐心协力，一起出主意、想办法。这样，可以鼓励和培养究根问底的好奇心，以及对事物常常持怀疑态度等科学品质。教师可以通过提出问题，为学生提供接受合适挑战的经验的机会以及向学生传授新的思维方法等措施，进行正确的引导，鼓励学生通过调查作出自己的判断，并密切关注学生思想的发展和变化等等。所有这一切，都以教师对学生的个性尊重为前提，教师在课堂中要建立起新型的人格平等的师生关系，也要把握好有效的课堂调控技巧。3.2建立合理的目标体系和程序我们现用的自然科学教材是基于综合理科的思路编写的。但也应该承认，从教材的整体来看，除了五册4-7章，其余部分章节大都是原来分科课程内容的简单组合，并且在这些章节中，不同学科知识间的联系较为松散；且教材中虽增加了联系社会问题的内容，但从对教学内容的处理来看，往往还是从学科知识的角度出发，联系生活和技术显得不够。若要在初中自然科学教学中完成比较系统的科学素养的培养任务，必须对3年的教学进行总体的规划安排，但这已不在本文的讨论范围。在现用的初一教材中，还是有比较多的的内容可以提供给学生，作为他们进行科学探究的背景的。不过严格来说，教材还仍是以知识为中心编写的，因此，教师要对教材进行再创造，以建立一定的教学程序。3.2.1教学内容的选择和目标定位内容的选择 科学课程应该提供足够的时间和机会让学生经历探究过程，学生可以参与科学探究中某些方面、某些环节的活动，但也应该给学生从事完整的探究活动全过程的机会。根据“少而精”的原则，在不增加学生的负担的前提下，要在原有的教学时间内完成学生探究能力的发展任务，必须对教材的内容进行选择和重组(当然不限于课本)。选择一些探究素材比较丰富的内容作为教学重点，其余的适当删减。探究素材选择的标准是视其是否与生活、生产、现代科技及社会热点等紧密联系；是否有助于学生理解自然科学的核心概念、原理和规律，如能量、适应、进化等；是否有助于大多数学生理解和运用科学方法；是否有助于保持大多数学生持久的学习兴趣等。目标定位 不以记住自然现象、事实、生物及其结构的名称等知识为唯一目标，而是把探究意识的培养和对探究方法的理解等科学素养的发展作为首要目标，自然事实等知识仅当用作学生思维的材料或探究的背景时方加以采纳。当然，有些事实或现象作为增加学习兴趣或调节气氛还是很有用的。需要特别注意的是，有些学生又会把科学方法、探究步骤等当成又一种知识来记忆，而不是去追求对它们的理解。教师要关注这种较顽固的倾向性学习行为，通过改革评价等方法加强引导。不同的目标取向有时会有截然不同的教学方式，如在第一学期期初学了质量的初步概念后，许多学生对于“物质的状态改变后质量不变”是半信半疑的，这其实很正常。但面对学生的疑问有些教师会对学生说“不清楚？记住结论！作业会做、考试会考就是了！”，这样强加给学生的教法从知识“落实”来说，是乎有更高效率，但这恰恰是打击了学生的好奇心，压制了学生的问题意识、探究意识。相反，如果以发展科学素养来定位教学目标，则教师首先对学生有疑问会很高兴（既因为自己的学生在积极思考，又可从中获得教学资源），同时会以非常感兴趣的态度参与学生讨论，启发学生设计实验进行验证（如把棒冰放在烧杯中，用天平测质量，观察熔化过程天平平衡状态的变化）。 3.2.2教学程序的安排学生学习科学是一个积极的过程，同时也是动态的过程。探究能力的培养不可能一蹴而就。尤其对初一新生，初中科学课程应该是他们接受较严密的科学教育的开始，在此之前，他们较少有科学知识的积累，且在获得这些知识的过程中，他们发展起来的主要是经验方法和猜测性的思辨。经验方法的主要手段是观察和描述事实，以表象为基础进行粗浅的概括。这在某种程度上也能深化对自然的认识，但也往往会导致错误的结论，形成所谓“前科学概念”。他们的猜测性思辨是非常随意的，这从他们喜爱的童话中可看出其思维的特点。它们往往是夸张的、非逻辑的、无时间序和空间序的。初中科学课程知识体系的学习，要从常识水平进入科学水平，那么在方法上也应该相应地从经验方法上升到科学方法论。但是，如果一开始就要求太高、太理性化，会使许多同学对科学探究望而生畏。所以，对初一学生首先应发展他们在小学已有点基础的观察、描述、比较、分类、归纳等科学方法和思维能力，并在此基础上，进一步发展他们交流合作的经验和能力、获取信息的能力、提出问题、发现问题的能力及简单的实验设计和操作能力，直至完成较为完整的科学探究全过程的能力。美国“国家科学教育标准”对初中学生提出的要求是“观察和调查研究应该越来越定量化，包括采用计算机、概念模型和数学模型。58年级的学生能够使用光学显微镜，能够准确解释他们看到的现象”。综合考虑各种因素后，我们认为第一学期应侧重于“观察和问题”能力的发展，第二学期则侧重于 “问题和实验设计”能力的发展，而分析、归纳能力的培养始终渗透于全过程。当然，若有合适的机会，也应该让学生尝试较完整的探究过程。如第一册“温度的测量”一节，可以先学习温度计的使用，后引导学生提出一个问题（例如 发高烧时，常见大人用手掌在病人的额头探一探就知道了，为什么医生还要用体温计测量呢？），然后提出假设（人的感觉是不可靠的。），再讨论如何选择器材，如何设置对照实验，再动手操作，记录数据，分析数据，得出结论，并对结论的应用进行评价。因为这个实验不复杂，所需器材也易得，老师如果引导得当，是可以安排成学生分组实验完成的。3.3课堂教学中探究能力的发展策略在目前大班教学的前提下，课堂教学当是保证面向全体的最佳教学组织形式。3.3.1教学模式的选择从模式本身看，研究性学习、活动课形式或问题教学模式都应该是比较适合学生探究能力的发展的。但是，鉴于学生、教师和学校目前在这方面还缺乏必要的准备，尤其是在这种学习方法的应用所需的学校、社区对师生活动的支持体系还未建立的时候，学校是难以大规模地尝试推广研究性学习的，搞得不好，会对以后的发展产生负面影响。所以，我们认为在初一阶段开展研究性学习的时机还不成熟，代之以比较可行的方案是鼓励教师尝试探究教学。探究教学与研究性学习比较，在科学学习的原则上没有本质的区别，只是在实施探究教学时老师指导的成分多些，迈的步子要小些，因而可行性更大些。3.3.2观察和问题能力发展的教学策略观察和问题能力是人的智力活动的组成部分，是完成学习任务的重要保证；观察到的现象和发现的问题又是进一步学习、思考的素材。所以，观察的过程和问题的提出、发现和解决过程本身同时也是学习过程。科学来自于观察，也有学者提出科学来自于问题，我们认为这好比是先有鸡还是先有蛋的问题，难以理论明白。实际的情况是既有无意识的观察或实验中的意外现象引发了好奇心，进而提出问题、发现问题的情况；也有由于想象、联想等思维活动产生认知冲突或突发奇想，进而有目的地去观察、实验以求解答的情况。所以，作为科学探究能力的基本要素，我们认为应把观察和问题能力的发展置于同一层次来设计教学。从刚才的分析也可以得出一个初步的结论：观察和问题能力的发展有一个共同的前提，就是学生的兴趣和好奇心。这提示我们在进行科学启蒙教学时，鼓励性的评价至关重要。3.3.2.1 发展学生观察能力的策略观察源于兴趣。有关观察能力发展的研究，国内相关的论著比较多。总的来说，要培养学生的观察能力，重要的是培养学生在观察方面的向上的积极性、兴趣、自信、注意力； 培养学生在观察能力方面的自我塑造、自我训练的毅力；教师要特别欣赏学生在观察方面集中注意力的表现，使学生形成正反馈。其次，初一同学因为受其身心发展的特点制约，观察往往停留在现象的表面，容易受如形状、颜色、声响等的诱导，因而教师在设计对象时要注意突出主要对象，抑制非主要观察对象。同时，在观察的过程中，学生的主观因素会很自然地渗透到观察对象之中，影响着观察的结果，教师要引导学生用心进行观察，即要学生带着问题来观察，否则，就会“视而不见”，此时，教师恰当的语言提醒是不能缺少的。第三，教师要在学生学习的基础上，提示学生不断归纳观察的方法。如对生物体的观察要掌握顺序，先整体后局部，抓住被观察物的大致轮廓和突出的特征；许多对象的观察要进行对比，进行求同或求异观察方能达到目的，如节肢动物各纲代表动物的比较等。在组织对比观察时，教师要尽量安排足够的对照组，若有可能，安排学生分组实验观察或实地观察，这样使得对比物同时呈现在学生面前，可增加兴趣并降低观察的难度。第四，当观察对象是复杂运动着的，或太大、太小以致无法直接观察或无法用常规仪器观察时，现代媒体的运用是首要的选择。如蜜蜂的通讯行为，天体的运动等。第五，观察与描述同步。在观察后，要求学生向全班、同桌或在内心描述观察到的现象，以锻炼表达交流能力，教师还能从中获取反馈信息。当观察对象在时间、空间上的跨度较大时，初一同学往往表现为顾此失彼，教师在此时应适当点拨。如在化学变化的补充实验“铁钉与硫酸铜溶液反应”后，许多学生描述为“铁钉是红的”、“铁钉生锈了”等都是正常的，对前者，经教师提醒从“变化”角度描述以后，大多数能更正；而对后者，因基础知识未学到，教师无须多说，但可追问“你能肯定吗？为什么？”，为以后提高学习埋下伏笔。第六，观察与追问同步。现象描述后，教师要经常追问，或针对结论进行引导，或针对错误的描述提出质疑，待学生的质疑能力有了一定的发展后，可启发同学互相质疑，从而有效开展课堂讨论。如上例教师可追问“这些现象说明了什么？”或“铁钉发生的是物理变化还是化学变化？为什么？”等。通过追问，既可引导学生按问题有指向性地观察，还可以增强学生观察的深度，同时也为学生学会提问进行了示范。第七，对观察的要求要有序递进。先局部的、有明确指向的观察， 后尝试全面的、指向性稍模糊的观察，先对具体对象的观察，后尝试间接的、抽象的对象（如生活或社会事件）的观察，逐步提高要求。3.3.2.2发展学生发现问题能力的策略在科学研究中，发现问题往往比解决问题更重要，因而发展学生发现问题的能力比发展解决问题的能力更迫切。从近年来中考问题式开放题的答题情况看，初中临毕业了，还有相当一部分同学面对情景提不出问题或提不好问题，这跟我们日常教学中传统的价值取向有很大的关系。其实，学生有先天的发现问题的能力，只不过这种能力具有自发性，且带有一定的盲目性。教师必须因势利导，充分保护和调动学生的积极性，并以此为前提发展学生发现问题的能力。使每个学生产生学习的问题是学习的逻辑起点，教师想方设法为学生创设问题的情境是非常重要的，为此，教师应该努力做到下面几点。一是创设问题的情境，使学生有一定的学习准备。在课堂中，教师首先要营造好开放性的课堂教学氛围；问题要具有适当的隐蔽性和启迪性；设问的角度、难度要从学生的实际出发，使学生经过思考以后能找到答案，即在学生的“临近发展区”设问；问题的指向具有发散性而非选择性或唯一性；要多尝试以问题教学法激发学生思维；要创建良好的问题讨论式的人际关系；要引导学生从科学与实际问题的联系中发现问题。二是要提供足够的时间，使学生有充分思考的余地。教师对学生提出问题的能力的发展要有耐心，要先“扶”后“放”。第三，要指导学生掌握发现问题的一般方法，具体的方法有通过观察思考质疑提出问题、联系生活实际发现问题、在实验的失误或异常现象中寻找问题、通过对比显化问题、通过分析比较归纳问题、经过综合提炼问题、通过阅读发掘隐含的问题 、在与同学的讨论中触发问题、在自己认知的愤悱状态中抽出问题、在直觉的成功事例中反思问题、在问题解决后追寻新的问题等等。如第二册课本中用插图介绍了“普里斯特利的实验”（P.28）来说明光合作用产生氧气，如果仔细观察思考，则会发现图中提供的对比是很不严格的，教师可在此引导学生展开讨论。疑点1.A中老鼠可能是饿/渴死的；疑点2.B中的氧气可能是根/土壤/花缸放出的；讨论3.你认为该如何设置对照组（控制变量）？ 其实，随着后续的学习，“光合作用”这一主题可以延伸讨论到第六册。教师要经常鼓励学生学会“抓住”思维过程中飘忽不定的灵感，鼓励学生学会及时记录问题，对努力尝试问题解决的同学要提供必要的帮助。3.3.3发展学生实验设计能力的策略实验是问题解决的主要途径，实验设计则是实验的核心。实验设计的基本方法有：一、明确目的。要明确课题要求验证、探索什么结论或规律，这是实验的目的，是实验设计的出发点。实验目的明确后，应用所学知识，广泛联系，看看结论或规律与哪些现象有关；对于测量实验，要明确被测的量通过什么规律、需用哪些量来定量地表示；对于验证性和探索性实验，要明确怎样的现象出现或怎样的关系成立，才能达到验证的目的。这一点很关键，因为涉及转换思想，许多同学在自己设计实验时，容易在该处出现错误。在设计探索性实验时，分析猜想自变量及变量控制是关键，要花足时间充分讨论。二、方案的选择要简便。对于每一个实验目标，都可能存在多条思路、多种方案，教材中关于某个实验目标的实验方案，也只是众多方案中的一种，而且不一定是最好的一种，而只是较可行的一种。那么在众多实验方案中，我们应如何选择呢？一般来说，选择实验方案主要有两条原则：简便性原则和可行性原则。三、依据方案，选定器材。四、拟定合理有序的步骤。以探究实验“研究植物蒸腾作用的快慢与哪些因素有关”为例说明：图B图A本实验的目的就是研究课题，是探索性实验，要测量、比较蒸腾的水的多少与哪些因素有关。那么，如何确定蒸腾的水的多少呢？由于课本中有插图（图A），学生可能会想到直接测水蒸气或象图A收集小水珠后测量，但此法误差太大，老师可视情况点拨，提示对测量对象进行转换。因为天平和量筒都在第一册学过，有同学会想到用天平或量筒直接测量一珠植物，或设置对照比较水质量或体积的变化（如图B所示）。这种设计的思路无疑是好的，教师应加以赞赏肯定，但用天平这种方案可操作性较差，因为若枝条叶片总面积太小，效果不显著，而用较大的枝条则没有相应的天平。当然，这些分析要安排在充分讨论后，对学生提出的多种方案，引导他们通过对比加以选择。其实，在实验前，对影响的因素要先进行猜想。猜想不同与信口开河（有个别思维特异的同学，平时思考多，