第四章 组织学生有效探究学习的技能

第四章组织学生有效探究学习的技能在讨论组织学生有效探究学习的技能之前，请先看下面的案例：冬天，小朋友发现放在手里的冰块化了，他们比试着，并讨论着：为什么会化?怎样才使冰化得快一些?老师引导他们分别用微波炉、带盖子的胶卷盒做实验，实验后，小朋友知道了冰的融化与温度有关系。然后，有的小朋友发现水变成冰“长个子”了。于是老师引导他们在有刻度的瓶子、画上线的杯子、盒子里做实验，知道“长个子”的冰是水变成的。水变成冰体积就会变大。小朋友就想，瓶口、杯口、盒子口加上盖子还会不会“长个子”呢?会不会向下“长个子”呢?在老师的启发下，实验的结果是带盖子的瓶盖被顶歪了。杯子盒子变形了，小朋友们说，水变成冰的力量真大呀!在这个案例里,儿童的天性和探索者的精神在教师的引导下得到保护，也得到发展：知识不是被当做现成的结论灌输给儿童，而是，“活”在儿童自主的探究和体验之中。一、认识探究学习探究学习是从学科领域或现实生活中选择和确定研究主题，在教学中创设一种类似于学术研究的情境，通过学生独立、自主地发现问题、实验、操作、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探索活动，获得知识与技能，发展情感与态度（特别是探索精神和创新能力）的学习方式和学习过程。与接受学习相比，探究学习具有更强的问题性、实践性、参与性和开放性。它是在教师有目的的组织、指导下进行的。探究是多层面的活动。美国国家科学教育标准中对探究的定义包括：“观察；提出问题；通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论；制定调查研究计划；根据实验证据对已有的结论作出评价；用工具收集、分析、解释数据；提出解答，解释和预测；交流结果。由此可见，探究既是学习的过程又是学习的目的。探究性学习是仿照科学研究的过程来学习科学内容，从而在掌握科学内容的同时体验、理解和应用科学研究方法，掌握科研能力的一种学习方式。最早提出探究教学思想的是美国哲学家、教育家杜威。早在1909年杜威就提出学校科学教育中要用探究方法。此前，大多数教育者认为科学教育的方法主要是通过直接教学让学生学习大量的科学知识、概念和原理。他对这种做法提出批评，指出科学教学过于强调信息的积累，而对科学作为一种思考的方式和态度没有予以足够的重视。杜威强调科学教育不仅仅是要让学生学习大量的知识，更重要的是要学习科学研究的过程或方法。美国教育家施瓦布认为教师应该用探究的方式展现科学知识，学生应该用探究的方式学习科学内容。为实现这些改变，施瓦布建议科学教师首先要到实验室去，引导学生体验科学实验的过程，而不是在教室里照本宣科地教授科学。这就是说，在向学生介绍正规的科学概念和原理之前应该先让他们到实验室里做实验。用实验的证据来解释和深化教材中的内容。杜威和施瓦布所批评的照本宣科地教授知识的做法在我国各学科的课堂中普遍而长久的存在着。为改变这种状况，我国于2001年开始实施的基础教育课程改革，明确地把探究学习作为所倡导的学习方式之一。二、探究学习操作模式由于探究最初是指类似科学家进行科学研究的探索活动，因而，探究的一般过程具有十分明显的自然科学研究的特征，所以应用广泛和典型的探究学习多出现在物理、化学、生物、地理等学科中。此后，在语文、英语、政治、历史等语言和社会类课程的学习中，也引入了探究式学习和探究式教学。一次完整的探究学习过程包括进入情境—提出问题—建立假说—制订方案—实施探究—得出结论—意义建构七个阶段。（一）进入情境学生学习的愿望，总是在一定的情境中产生的。“放在手里的冰块化了”就是一个很好的问题情境，它使学生困惑、好奇。教师在教学过程中要通过多种方式，如，故事、演示、实验、游戏、竞赛等，巧妙地把学生要学习的内容转化为问题情境，把学生“引”入其中，引起学生的认知冲突，为学生提出问题做好铺垫。问题情境除具有引起认知冲突的功能外，还可为解决问题提供暗示或线索。教师在组织学生开展探究学习时，情境的创设是首先要做好的功课之一。（二）提出问题探究始于问题。“冰为什么会化?”“怎样才使冰化得快一些?”正是这些问题推动孩子们去探究、去实验、去尝试。当教师创设的教学情境中，隐含着与学生现有观念、知识结构产生冲突的，令人困惑的信息时，学生便会意识或发现问题的存在，经由思考、提炼和概括，将问题用简洁的语言表述出来。这些问题将促使学生寻找对策。这里所指的“问题”，是对学生具有智力挑战性质的、没有现成的直接方法、程序或算法的待解问题情境。“问题”具有的特征包括：①因人因时的相对性。对此生是问题，对彼生并非一定是问题；对某人，此时是问题，随着时间的推移和知识与能力的增长，过后可能已构不成问题；②难度适宜的挑战性。难度太大，学生如“天狗吃月亮”，无从下手，不具有“可接受性”，对学生就构不成真正的问题。难度过小，体现不出“障碍性”，没有引发学生思考和深入探究的价值；③问题的“似曾相识”性。即学生感觉到又说不出来，或者以为是一望而知，其实是一无所知或知之不多，能引发学生“知识”与“认知”之间的内部矛盾冲突，但在当前状态下又没有完全确定的解决方法。教师要善于把握学生的认知心理，能够站在学生的角度审视“问题”的适宜度，而不是轻易予以否定。（三）建立假说问题一经提出和选定，就有了学习和探究的目标，学生要解释、解决问题，就会尝试着用已有的知识、原理、经验来对问题的原因或解决提出自己的猜想、推理和提议，如：“可能是由于……”或“如果甲……可能会使乙……”我们把这种对问题的结果、两个或多个变量之间的关系或某些现象的性质所做的推测或提议，称为假说，也称假设。如，“冰的融化可能与温度升高有关”，“水变成冰体积就会变大”就是孩子们对冰块放在手中融化、水变成冰“长个子”原因的猜想、解释、推测。假说可以充分训练学生的分析、推理等逻辑思维和判断能力，也是学生后续探究环节——制订方案、实施探究、检验假说、得出结论的逻辑起点和归结点，教师要重视对这一环节的指导。对于缺乏相关训练的学生来说，要建立合适的假说最初可能是比较困难的。教师在判断学生建立的假说是否合适可根据以下标准，并据此提供相应的指导和帮助：A.说明两个以上变量间的关系；B.应有假说是否值得检验的明确理由，理由有理论的或事实的依据；C.假说应是可检验的；D.假说应尽可能简洁明了，用陈述句的形式明确地、毫不含糊地陈述出来。如,“聪明的学生对学校的态度好”就不符合上述假说的标准。因为“聪明”、“好”和“态度”等词笼统粗略而不能准确描述研究中的具体问题，聪明与好的态度之间关系模糊、难以界定、解释。如果将其改为：“在9—11岁的学生中，智力（IQ）测量分数与态度测量得分之间存在正相关”，就比较详细具体，表明了一个期望的关系（IQ得分越高的学生在态度测试中的得分也越高），而且是可以检验的。假说无论被证实或证伪，都能促进认识的发展。（四）制订方案假说提出后，需要对其加以检验，证明其真伪。为此学生要制订相应的研究方案，说明检验的条件、程序、方法（实验式、调查式还是资料式）、完成的期限等。如，对“冰块融化可能与温度升高有关”这个假设，小朋友们在老师的引导下想到了分别用微波炉、带盖子的胶卷盒做实验的方案，对“水变成冰体积就会变大”想出了“在瓶口加上盖子看水还会不会‘长个子’或向下‘长个子’”的方案。如，学生在学过液体和固体具有热胀冷缩的性质后，猜测气体（如空气）也应该具有此种性质。那么，如何证明呢？“空气看不见，怎样才能发现空气的体积有变化呢？”“怎样让空气受热、受冷呢？”学生提出的方案有多种：A.准备一个内有空气的铁球和一个铁环，常温下这个球正好通过铁环，用酒精灯加热后的铁球若不能通过铁环，就证明了球内的空气受热体积膨胀；把铁球放进冷水里浸泡后，若铁球能通过就证明球内的空气受冷体积收缩（这种方案受到了质疑：在加热铁球时，铁球内的空气和铁同时受热，这样就不能肯定只是空气受热膨胀）。B.用一个小塑料袋，里面装有小部分空气，把塑料袋绑紧后分别放入热水和冷水中，看它是不是鼓起和变瘪，如果是，就证明空气有热胀冷缩的性质。C.在试管上面轻轻地放一个塞子，加热管子，如果塞子往上动，就证明空气受热体积彭胀，受冷如果塞子往回缩，就证明空气受冷体积收缩。D.也是用一根试管，用手按在管子口，加热，如果感觉到有向上冲的力，就证明受热体积膨胀，再把管子放进冷水中，如果手感到有股向下的力，就证明空气受冷体积收缩。方案可由学生独立提出，也可有教师的适当指导。教师要善于因势利导，即使知道学生的假设或方案不可行，如果学生一定坚持也不必强行否决，仍可给予鼓励，让事实来说服学生。因为错误的探究同样是一种探究，学生探究能力的发展必然要经过一次次错误，才能更好地认识问题和解决问题。（五）实施探究是学生按照研究方案所列的步骤、条件和方法逐条、逐项加以实施和落实的过程，是一个搜集材料信息来验证假设的实践过程。这种实践可以是学生通过查阅文献、问卷调查或访谈搜集、整理有关支持假说的材料，再经过分析、概括而得出结论；也可以是通过动手实验，分析实验现象、数据，总结实验结果，以此来说明假说。即使结果证明假说是错的或探究失败，或者未能搜集到证明假说的材料，也不能说探究行为失败，这时应重新审视假说和方案，加以改进，重新探究。如，学生把冰分别放入微波炉加热或放入带盖子的胶卷盒中，观察冰是否会融化。把装满水的瓶子加盖放入冰箱，观察水还会不会“长个子”，会不会向下“长个子”。再如，学生将验证空气是否具有热胀冷缩性质的诸多实验方案付诸实施，有的把手放在加热的试管口上，感觉到手被向上推，试管受冷时，又觉得手被向下拉；有的兴奋地看到塑料袋受热胀起，遇冷又缩回去了；有的则心急地问“我的塞子怎么没有动静？”在老师的鼓励下，实验“失败”的同学到别的组去“取经”，推测失败的原因“可能是塞子松了（老师在他们制订方案阶段已发现了这个漏洞，但未动声色，想让学生自己发现错误），气从四周溜走了。”把塞子拧紧，再次实验，成功了！——加热试管后，塞子“嘭”地被空气顶开。学生刚才还焦急的脸上满是成功的喜悦。其实，学生经历失败、吸取经验教训，修改方案后重新实验，再次尝试所获得成功的经历将会刻骨铭心。同时，还能体验到科学探索迂回曲折，知识来之不易，感受到自己的努力是有效的，这样更有助于学生全面理解科学。因此，教师不要在学生尚未尝试前就急于指出学生的问题，探究过程本身就是一个让学生学会探究、学会学习的过程。所以，探究既是学习的过程，也是学习的目的。（六）得出结论提出问题是探究的开始，而问题解决是以得出结论为标志的。学生在实践的基础上，根据探究实践中收集的材料，通过类比、分析、演绎、归纳等思维活动，找到事件的因果关系，证明假说的真伪，进而得出变量间关系的确切结论并将其表达出来。如，小朋友通过实验，知道了冰的融化与温度有关系；发现了带盖子的瓶盖被顶歪了，杯子盒子变形了。学生通过探究实验证实之前的假说——“空气具有热胀冷缩的性质”。（七）意义建构经历探究后，探究主体从自我知识、经验的角度建构起对事物之间关系的认识，并使之内化为自身知识、经验的组成部分。如，经过一系列的探究小朋友们发现，“水变成冰的力量真大呀!”相对而言，它是探究学习中学生学习能力发展最为困难的一个阶段，它包括“上升”（将探究结果上升到概念和原理层次，如能从“水变成冰体积会变大”概括出“水变成冰的力量真大”；从“气态、液态、固态能够热胀冷缩”概括出“各种形态的物体都具有热胀冷缩性质”）、“应用”（如“水瓶放入冰箱时不能装满，否则会撑破”、“不在凉的玻璃杯中直接倒入滚烫的水，以避免杯子胀裂”）和“反思”（从探究过程中可以得到哪些经验和教训并进行自我评价）三层含义，涉及更为复杂的思维活动。这是提升学生探究学习能力和解决问题能力的重要步骤。教师组织学生开展的探究学习可以是包括以上各个环节的完整探究，也可以是只经历其中一个或几个环节的不完全探究。传统的课堂中，教师在组织学生研究一个问题时，往往是让学生根据老师为他们准备好的实验材料和规定的路径设计实验，老师为学生准备的是精心设计、能排除许多负面影响、直指实验结果的材料，而且实验的结果往往指向确知的结论。这样安排虽然容易得出结论，但在研究中对学生自行探索能力的