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探究式科学教学 2005 7 什么是探究 根据美国科学委员会在美国国家科学教育标准中给出的定义 探究是一种多层面的活动 它包括 观察 提出问题 通过浏览书籍和其他信息资源来了解什么是已经知道的知识 制定调查研究计划 根据试验方面的证据评价已有的知识 用工具来收集 分析和解释数据 提出解答 阐述和预测 交流结果 探究需要对假设进行鉴别 运用批判和逻辑思维 并考虑其他可供选择的解释 1 探究式科学教育的特点 探究式科学教育是一个让儿童亲历科学探究的学习过程 它大致包括根据情景 观察到的现象和可以获得的信息 从儿童已有的知识 对问题的了解和已具有的科学概念 想法 出发 提出问题 对问题的解答进行推测 为证实推测而设计实验或进行观察 收集和整理数据 得出结论和进行交流 提出新的问题 在有些探究课题中 还鼓励学生将学到的科学知识和日常生活相联系 探究式科学教育的各个步骤 第一步 提出问题 教师将学生引入情景 让他们观察和获得有关的信息 逐步聚焦话题 从学生原有的概念和实际理解出发 由教师或在教师帮助下由学生归结出将进行探究的问题 如 声音的高低 两个关键 关键1 教师如何将学生引入讨论 并了解学生已有的概念和认识 关键2 学生提出的问题 有的适于探究 有的不适于探究 教师要根据教学计划的要求 经过和学生的对话 引导学生集中探究的题目 第二步 交流讨论1 预测 猜想 学生提出自己对问题答案的推测 经过教师与学生之间 学生与学生之间的讨论 得出学生自己或是小组对问题答案的预测 并尽可能记录下来 在探究式教育中有多次交流讨论 它是探究式科学教育中教师和学生互动 学生和学生互动的主要形式 贯穿探究的全过程 第三步 交流讨论2 完成实验设计 以个人或小组为单位 设计如何通过实验或观察来证实自己的预测 在动手进行观察或实验以前 要尽可能把步骤想清楚 最好记录下来 或制作成要填写的表格等 教师应启发学生完善实验设计 教师可以通过提问引导学生 如 为了搜集我们需要的证明 我们能作什么 我们需要做什么试验 这是一种好方法吗 这样做公平吗 我们能用其他方法吗 那可能好一点吗 我们做这个试验时需要一定的顺序吗 我们从哪儿能得到帮助 谁能帮助我们 第四步 实验和观测 实验和观察的过程中 1 符合儿童年龄阶段脑的发展特点 尽可能让学生直接接触实际的客观世界 运用多种感官去感受现实的世界 包括 视觉 听觉 触觉 味觉 嗅觉等 2 实验要在可重复和可以控制的情况下进行 变量要尽可能单一 3 尽可能使用定量的测量工具4 引导学生围绕某个核心的内容或概念作深入的观察 而不要做不集中的 目的不明确的 表面的观察 强调深入和仔细 多看看 看仔细一点 多想一想 有助于观察和试验进行的问题 我们需要做什么 怎么分工 谁做什么 怎样用这些物品和工具 要注意那些安全问题 应该记录什么 是不是还需要我们观察些其他现象 第五步 数据的搜集和处理分析 引导学生思考 我们看见什么 它意味着什么 我们得到的数据支持我们猜想吗 我们得到的数据支持什么解释和不支持什么解释 我们可以怎样向别人显示我们的结果 第六步 结论和表达 教师可以引导学生的问题 确信自己得到的结果吗 它意味着什么 还有其它办法吗 以前看到过类似的事吗 这样的结论和原来的想法一样吗 这样的结论对有用吗 注意 1 在讨论时要让不同的意见充分表达和争论 最后全班要形成明确的结论 并尽可能用科学的语言来表达 2 形成明确的结论并不意味着要求所有的学生都统一这个结论 更不意味着所有的学生都已经掌握了这个结论中所包含的科学概念 要让学生把最后的结论和自己最初的设想作对比 形成结论后要记录下来 鼓励学生用不同的形式 用科学的语言来记录 注意 3 鼓励学生在全体同学面前作尽可能完整的表达 可以模仿科学家做科学报告那样 也可以采用多样的适合儿童表达的形式 但力求保持使用科学的语言 表达和交流是科学研究中重要的环节 组织自己的想法 并设法向别人说明 或是设法说服别人 都是一种重要的思维过程 科学家许多重要的科学思想常常是在交谈和辩论中产生的 注意 4 探究实验没有达到预想的结果 或是结论和原来的预测不同时 教师一定要坚持实事求是的原则 要告诉学生科学探究中发生意想不到的情况是经常发生的事 有时我们从失败中会学到比成功还可贵的东西 第七步 交流讨论3 进行回顾联系实践 提出新的问题 不管是对还是错 要有明确的科学表达 在原有儿童概念的基础上改善或扩展了儿童原有的概念 对有的学生来说 也可能没有获得改善 因为有的概念的改变是很困难的 不能靠一次探究可来完成 在这时 可以补充和扩充相关的知识 鼓励提出更多的问题 运用互联网查阅更多的知识 从相关的网站上获取知识 是很好的扩充视野的方法 在整个探究过程中都可以运用 学生能经过这次探究学习活动引出更多的问题 说明这次探究是成功的 即使我们不能对这些问题进行进一步的探究 注意 探究是组织学生学习的主干 但不是什么知识都可以包含在探究的内容里 教师的讲授常常会伴随在探究的过程中 如 实验器械的使用方法 需要扩充和连接知识 需要启发学生查找资料等等 但是 这种讲授是结合在探究的过程中进行的 而不是孤立的灌输 和传统的由教师教给学生概念的定义和知识不同 学生是在接触了实际以后 主动的建构概念的过程中去组织新的知识 如 养蚕活动 学生在养蚕过程中 引出了许多想要探究的问题 有了主动探究的要求 教师很自然带领学生查资料 问家长 请教专家等 这都是很好的训练和扩充知识的时机和办法 科学探究中的师生互动 科学探究中的师生互动 探究式科学教育最本质的特征是用实证来支持结论 依靠教师和学生之间 学生和学生之间的互动来完成一个逐步深入的科学探究过程 2 为什么要用探究的方法学科学 1 来自科学家的意见2 来自教育理论的支持3 来自学习科学 神经教育学 的启示 20世纪六 七十年代 由科学家提出的探究式科学教育 是基于成功的科学家实践经验的总结 在经过较长期的教学实践以后 得到了进一步的发展 1 科学家们所以倡导探究式科学教育 是因为他们从自己的经验中认识到 1 科学教育应该保护儿童的好奇心 2 科学教育应该有利于激发儿童对探究的热情 学习的主动性 3 尊重事实 追求真实 不仅对科学研究 对生活中判断问题也是十分重要的 应该从小培养孩子这样的思维习惯 4 科学家认识事件和研究问题有特定的模式 5 科学家记不住所有的知识 但一定记住一些和他们研究专业领域有关的核心知识和它们之间在解决问题时的联系 模式 6 和自然与实践的广泛接触 可以增加想象的空间 科学的结论并不总是正确的 实证是检验科学研究真伪唯一标准 7 语言表达和交流是很重要的 8 科学研究中的合作精神是很重要的 9 不是单纯的知识造就了科学家的成功 社会情绪能力更能预示儿童的成功 但是 社会情绪能力的培养不是靠空洞的说教 而是要靠从实践中培养 在人类的实践活动中 最适合引入教学现场的是科学实践活动 2 来自教育理论的支持 儿童认知发育规律是我们制定教育政策的基础 从皮亚杰 JeanPiaget 开始 近代心理学对儿童进行了来自经验的系统观察 总结了儿童认知的发展规律 皮亚杰认为儿童生而具有某种认知结构 它们在儿童发展的过程中依次出现 受到皮亚杰理论的影响 一度强调了儿童自发的主动探究过程 有学者称之为发现式科学教育 70年代以来 发现儿童的发展过程和儿童遇到的环境与教育方式有关 于是逐渐靠近了考虑儿童和社会环境相互作用的发展与学习建构过程 同时期的前苏联的教育心理学家维果茨基的社会建构理论成为支持探究式学习的基本教育理论 他的理论对教育的影响为 1 课程设计 由于儿童有效地学习要通过一定社会环境下的互动来实现 所以在课程设计中要强调学习者和学习任务之间的互动 2 学习指导 在成人适当地帮助下 儿童常常可以完成他独自无法完成的任务 所以要经常根据儿童的水平提供灵活的 脚手架 来帮助儿童 脚手架 并不仅仅是为了产生直接的效果 更是为了慢慢地培养儿童未来独立解决问题的能力 3 评价 评价要考虑 最邻近发展区 的概念 即考虑儿童实际具有的发展水平和在帮助下可能获得的发展水平 两个儿童可能具有同样的发展水平 但在同样的帮助下 可能解决的问题水平不一样 评价时应考虑这个因素 认知科学发展进一步揭示人是如何学习的某些规律 专家们所以能较好的学习和解决问题是因为在他们的脑中建立了一些概念和模型 概念也是建构儿童认知的基石 幼儿园和小学的学生已经有能力建立一些认知结构 在科学教育中教师搭建一些 脚手架 帮助学生建立一些概念和认知模型会提高学生科学探究的效率 但是 建立这些概念和认知结构需要从儿童原有的概念出发 儿童往往会具有一些错误的概念 通过 做中学 动手 动脑 来进行 3 来自学习科学 神经教育学 的启示 学习科学是一门新出现的交叉学科 它研究心智 脑和教育的关系 学习科学致力于基于发育神经科学所揭示的儿童脑发育规律 对儿童进行教育 脑在人的一生中都有可塑性 但有些经历在童年特定敏感时期中有极其强大的影响 而其它一些经历影响脑的时间则可能长得多 儿童时期具有的情绪能力 而不是IQ 是他们以后生活中能否成功的最好预示 情绪能力 EmotionCompetency 正确的估价自己 能觉察和正确地认识自己的感情 控制自己的情感 使其适当 分析它的起因 找到办法来处理自己恐惧 焦虑 愤怒和悲伤等情绪 激励自己 能克服自己的自满和迟疑 调动自己的情绪去达到某一个目的 能较持久地保持这种动力 能了解别人的情感 对别人的情感和利益具有敏感性并能理解别人的观点 欣赏不同人对事物不同的认识和感情 善于处理人际关系 能掌握别人的情绪 社会能力和社会技巧 3 探究式科学教育的要点 一 引导提出适合的探究问题 根据观察和可以得到的信息提出要探究的问题 这是探究式科学教育中很重要的起步 儿童独立地提出问题经常会遇到困难 这时需要在老师引导下形成探究的问题 但是 无论怎样提出问题 都应以学生已有的看法和经验为探究的起点 以学生可能在自己努力 或在教师和同学的帮助下可以达到的发展程度为目标 因为只有这样做 儿童学习才是有效的 维果斯基的最近发展区理论 形成问题的过程 所有学生都把自己的想法带到课堂上这些想法可能来源于先前的经验 民间传说 课文 错误推理或想像 事实告诉我们 摆脱固守的信念非常困难 这些信念是不可能通过传播新的信息被替代的 学生必须检视他们自己的信念和想法 思考他们如何以及为何相信这些概念 学生们要对支持他们初始想法的证据进行检验 学生已有的看法和经验 学生的前概念 是探究的起点 了解学生初始想法的策略 画图列出与教学主题有关的所有词汇Kwlh四栏图表概念图为某个事件或现象选择一项解释进行预测教师提问 探究问题注意事项 探究的问题与方式要符合儿童实际认知水平 问题应和一个通过这次探究可以证实的自然科学概念有关 最好一次集中探讨一个问题 不宜向儿童提出设计复杂系统的探究题目 在提出的题目包含的探究过程中 尽可能包括定量的测量和定量的描述 对小学生来说 引导应用科学的思维和科学的语言 在建立科学概念时 力求清晰 准确 不主张在幼儿园和小学阶段对社会科学问题进行探究 秦淮河水变清 二 教师引导 搭建 脚手架 强调学习者和学习任务之间的互动 在成人适当地帮助下 儿童常常可以完成他独自无法完成的任务 所以要经常根据儿童的水平提供灵活的 脚手架 来帮助儿童 脚手架 并不仅仅是为了产生直接的效果 更是为了慢慢地培养儿童未来独立解决问题的能力 在科学教育中教师搭建一些 脚手架 从儿童原有的概念出发 通过 做中学 动手 动脑 帮助学生建立一些概念和认知模型会提高学生科学探究的效率 三 组织交流讨论 1 讨论是探究式科学教育中不可缺少的教学环境 教师将学生引入探究的环境 了解学生的想法 指导教学过程 进行教学评估 学生之间需要相互学习和启发 都主要靠讨论 没有这种师生之间 学生与学生之间的互动 就不是探究式科学教育 2 讨论是发展儿童思维的过程 要保证时间让儿童去想和表达 激发儿童想象和发散思维是很重要的 要避免诱导解答 不要急于给答案 更不要直接给出科学概念的定义 要扑灭儿童好奇心的办法就是直接告诉他答案 如果让学生认为老师什么都懂 他就会感到只要注意听和记住老师的话就行了 不会有探究的兴趣了 3 讨论是培养学生倾听别人意见 对比不同意见 学会尊重事实 尊重别人 尊重不同意见的过程 4 讨论是培养学生语言和表达能力的过程 四 关于科学记录和表达 学生记录下他们参与探究过程中获得的知识 以便复习 学生记录下他们的设想 以便回顾和总结 学生记录下他们实验的过程 以便分析 学生记录下他们自己的结论 学会总结 这个过程也是思维的过程 学生记下最后的结论 和自己原来的想法对比 学会发展自己的科学概念 学会用准确的语言来表达科学知识和概念 科学记录的一些形式 图表 日志 笔记 故事 计划 图形 日记 解释 更多 报告 曲线图 评估 图片 表 问题 列表 4 探究式科学教育的目的1 保护孩子的好奇心和激发学习科学的主动性 2 激发想像力 扩展思维 3 获得重要的科学知识和概念 以及科学概念之间的关系 4 学习探究的技能 5 改善合作和交往的能力 6 促进语言和表达能力的发展 7 关心日常生活中的科学问题 关心环境和关爱生命 5 目前一些科学教师对 探究式科学教学 的认识 1 学生动手 做科学 而非听老师 讲科学 就是探究式科学教学 2 做中学 就是探究式科学教学 3 只要让学生经历 科学 3 6年级 课程标准 中提到的科学探究的过程与方法的每一方面就是探究式科学教学 4 探究式科学教学无法用语言精确地表达 究其原因可能是 现从事小学科学教育的教师在做学生时没有学过科学探究 教师本身从未接受过探究式科学教学或系统的探究式教学方法的培训 6 科学教育教学模式 目前提及的科学教育的教学模式 1 探究式教学模式有可以分成三种 探究 发现模式 探究 研讨式教学模式探究式教学模式 美国国家科学课程标准倡导的模式 2 有意义的学习 概念图教学3 动手做教学模式 小学科学教育王素P150 4 多元智力理论教学模式5 学科综合的方式6 自主探究是幼儿科学教育的基本方法 是由于科学本身所具有的探究本质所决定的 7 多元化的科学教育方法 艺术表现和社会参与等方法张俊幼儿园科学教育P139 1 探究不是小学科学唯一的教学方法2 动手做 不一定就是探究式教学 探究式教学不一定都要 动手做 科学教学追求的是基于动手做科学的深层次的思维活动 7 做中学 科学教育 做中学 learningbydoing 科学教育改革项目是在2001年由教育部和中国科学技术协会共同倡导 发起和推动的 旨在促进我国幼儿园 小学科学教育发展 实现素质教育目标的重大改革计划 做中学 learningbydoing 科学教育即在幼儿园和小学中进行基于动手做的探究式科学学习和科学教育 教育部办公厅中国科协办公厅 关于开展 做中学 科学教育实验的通知 2002 3 做中学 让儿童亲自参与对物体和自然现象的发现 自然科学 让他们通过观察与实验接触现实 做中学 科学教育计划的基本原则 教育部做中学科学教育中心2002 12 1 面向每一个儿童 尊重儿童间的差异2 为儿童终身的学习 更为儿童学会生活奠定基础3 教学案例应来源于生活 从周围取材4 引导儿童主动探究 亲历发现过程5 教师是儿童学习科学的支持者和引导者