在科学课程的活动设计中发展学生的探究能力
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[摘要]探究是人类与生俱来的本能。在科学课程中，科学探究有着丰富的内涵。本文通过对“气体的平衡”的案例分析和改进，希望能对我国基础教育《科学》教材中的活动设计提供一些帮助。
[关键词]活动设计 科学探究
（一）探究与科学探究
探究是人类与生俱来的本能，探究的过程是由一个人的好奇心、求知欲和解决问题的热情所驱动。苏霍姆林斯基曾经说过，人的内心有一种根深蒂固的需要――总感到自己是一个发现者、研究者、探索者。在儿童的精神世界中，这种需要特别强烈。
科学探究有着丰富的内涵。在科学课程中，它首先是一种学习方式，提倡用类似于科学家工作的方式学习科学，即用符合儿童探究天性的方式学习科学，遵循着“提出问题、寻找证据、分析与解释、交流与质疑、结论与拓展”这一规律。其次，探究还是科学学习的重要内容。因此，把握科学活动设计的探究性原则既能提供机会让学生参与科学活动，让他们体验到探究的乐趣，鼓励他们的好奇心，帮助学生更深刻地理解科学概念，掌握科学探究的基本技能，又可以使他们理解科学的本质，学会分享与合作。
（二）案例叙评
【案例】“气体的平衡”
1.问题：光合作用和呼吸作用是如何相互联系的？
2.重要技能：控制变量、分析数据。
3.材料：记号笔、吸管、2株伊乐藻、光源、塑料量筒（100ml）、溴百里酚蓝溶液、3个带塞的烧瓶（250ml）。
4.实验步骤：①溴百里酚蓝试剂可以用来检测二氧化碳。首先把100ml溴百里酚蓝溶液倒入一个烧瓶中，并记录它的颜色。（提醒：溴百里酚蓝溶液会使皮肤和衣物染上颜色，注意不要把它打翻或溅到身上。）②然后用吸管轻轻地向溶液中吹气，直到吹入的二氧化碳使溶液变色。这时记录新出现的颜色。（提醒：不要从吸管中吸入溴百里酚蓝溶液。）③把记录表抄在笔记本上。在另外两只烧瓶中各加入100ml溴百里酚蓝，并分别用干净的吸管吹气使它们变色。④现在来检测在日照条件下植物要消耗什么气体。取两株相同大小的伊乐藻，把它们分别放入两只烧瓶中，一个用记号笔标上“L”，表示光照；另一个标上“D”，表示黑暗。剩下的一个瓶子标上“C”，表示对照。三个瓶子都用塞子塞紧。⑤在记录表中“第一天”一栏内记录三种溶液的颜色。⑥按老师的指导，把标有“L”和“C”的烧瓶放在有光的地方，标有“D”的放在黑暗的地方。完成上述步骤以后，把手洗干净。⑦第二天再观察瓶子，并在记录表上记录溶液的颜色。
5.分析与结论：①每个瓶子中溶液的颜色在第一天和第二天是否发生了变化？为什么？②为什么说实验中设立“C”瓶很重要？③预测一下，如果完成步骤7后再向“L”瓶中的溶液吹气会有什么变化，为什么？④应用：为什么这个实验能说明光合作用和呼吸作用是两个相反的过程？为什么这两个反应对于维持适合生物生存的环境都是必要的？
6.进一步的探索：假设把一株伊乐藻和一条小鱼放入一个塞紧的烧瓶中，预测一下瓶中的氧气和二氧化碳水平会怎样变化。为什么？
在这个活动中先不是直接告诉他们溴百里酚蓝溶液用作pH值指示剂时，变色范围6.0～7.6，变化由黄色经绿色到蓝色，而是引导学生向溴百里酚蓝溶液中吹气，观察溶液颜色的变化，让学生通过自己的亲身体验获得直观的体验和感受，进而理解这一原理。这样的设计不仅能避免直接讲授的空洞乏味，而且还能帮助学生们理解，让他们能体会透彻、学有乐趣。
在理解了本次活动所依据的科学原理之后，开始探究“在日照条件下植物要消耗什么气体”，进而揭示光合作用和呼吸作用之间的联系。最后，通过“进一步的探索”中的问题引导学生由“光合作用和呼吸作用之间的气体平衡”联想到整个生态环境中的气体平衡。这个活动在探究“光合作用和呼吸作用之间的联系”的同时，培养了学生的控制变量、分析数据等技能。但是，从另一个方面来说，该活动并没有很好地帮助学生找出并理解光合作用、呼吸作用的区别及联系。因此，笔者在这个活动的基础上，进行了重新设计，希望能解决这一问题，并能培养学生提出问题的能力，发现问题、提出假设、设计实验、进行实验、分析结果的能力，提高学生收集资料，语言表达能力和系统概括能力。
7.具体设计如下：学生分头组织三个实验组，提出假设、筹备实验，设计实验装置，寻找实验材料。在课前一周已分头准备，教师在其中进行辅导。
第一组学生巧用对比实验，改进实验材料，直观地显示出光合作用、呼吸作用条件及场所的不同。
[条件不同]如图：A、B两玻璃瓶里放金鱼藻，少量水，实验前均密闭放置两天。同时A遮光，B瓶不遮光。C为对照装置。演示实验时点燃蜡烛，同时置入A,、B、C三个瓶中，A、C中火即熄灭，B瓶中的火燃烧得更旺。
第二组学生利用老师上课演示过的实验，前后整合，设计一组相互关联的实验。如图：用倒水集气法收集萌发种子（种子浸种二天）呼吸产生的气体，如A装置所示，再用一根带玻璃的橡胶管将收集到的气体通向装有金鱼藻的密闭B装置，C装置为对照装置。（在实验过程中慢慢摇动B、C两装置）
第三组学生通过找资料，对植物的物质转变中，光合作用制造有机物，呼吸作用分解有机物的问题，以现实生活为切人点解释、理解问题。 本活动在弄清光合作用、呼吸作用概念的同时，让原本理论性很强的论证过程具体化、形象化，充分发挥了学生的潜能，培养了学生各方面能力，尤其是通过让学生自主动手设计实验、探究实验，培养学生自主学习的意识、兴趣和能力。活动中采用了互动交流学习，以学生动手为主，教师进行辅导。学生的探究实验课前工作量很大，教师给予安排好。具体的教学也没有拘泥于教材，打破了45分钟传统课堂说教式的被动低效格局，学生能从实验中得到结果，使学生的主体地位和教师的指导作用得到了真正的体现。
（三）总结
综上所述，无论从科学学习本身来看还是从科学探究对人的发展来看，都应强调科学学习的探究性原则。在科学活动设计中体现探究性要求，要遵循以下两点：第一，给学生探究的机会；第二，要让学生能够体验到探究的乐趣和成功的喜悦。后者是引发探究内在动机的良策。
当大多数探究工作都己经为学生做好了以后，学生还有多少事可以做呢？他们只需要不动脑筋地按步骤操作、观察、记录实验，等待他们早就料到的结果出现。他们品尝不到探究问题的冲动、扑朔迷离的困惑、焦急等待的心情和问题解决后的愉悦。因此，活动设计要处理好给予学生支持和替学生做的关系。
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