借助结构性材料提高科学探究实效性
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【摘 要】科学探究活动依赖于探究材料，探究材料引起了科学学习和科学探究。因此，教师必须对探究材料进行有意识的调控，讲究使用的策略，真正发挥探究材料在科学探究活动中的作用。
【关键词】结构性材料；提高；科学探究；实效
中图分类号：G623.9 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）01-0051-02
科学探究材料是揭示科学现象，引导学生建构科学概念、发展探究能力、提升科学素养的重要载体。科学探究活动依赖于探究材料，探究材料引起了科学学习和科学探究。在科学探究中，教师已经意识到为学生提供丰富的具有生活化和典型性的有结构材料的重要性，使学生通过对有结构材料的观察、操作和思考，建立起合理的科学概念，产生正确的科学认知，形成基本的操作技能，发展深层的科学思维。这就要求教师必须对探究材料进行有意识的调控，讲究使用的策略，真正发挥探究材料在科学探究活动中的作用。
一、根据结构性材料设计实验
设计实验即制订探究计划，是科学探究活动过程中的一个重要环节，它可以使学生的思维、表述、合作等能力得到培养，更重要的是对后续的科学探究实验的步骤进行初步的规划，确保了实验过程的有序性，为科学探究实验的成功和高效实施奠定了基础。
探究计划的制订是根据学生对探究问题的假设而展开的。事实上对于小学生来说，其科学知识的储备、科学技能的层次尚不能达到直接根据假设来制订较为复杂的科学实验的探究计划。解决这一问题最好的办法便是给学生提供必要的参考材料，搭建一个脚手架。探究实验所需的有结构性材料便是可选择的材料之一。借助其他物体的变化而间接地“观察”到空气体积的变化是“空气的热胀冷缩”一课的教学重点，下面是这节课的两个实例：
师1：这位同学认为是乒乓球内的空气受热膨胀，导致瘪的乒乓球鼓了起来，他提出了空气和液体一样也具有热胀冷缩的性质这一假说，这一假说是否成立还需要经过实验的验证。请同学们小组合作讨论，设计一个实验来验证这个假说。
在学生设计实验的时候，笔者近距离观察了一下，小组内很平静，学生相互之间干瞪眼，不知如何是好。再来看看第二个实例：
师2：这位同学觉得空气和水一样也具有热胀冷缩的性质，可空气是无色、无味的气体，怎样才能清楚地看到它的变化呢？请同学们参照老师给大家提供的实验材料（教师在屏幕上出示实验的材料）或者课本，在小组里讨论该如何做这个实验？
在设计实验环节，笔者深入到不同的小组内进行观察，发现学生发言的欲望很强烈，气氛活跃，真正做到了全员参与。
第二个老师出示的一张图片使课堂发生了质的变化，学生有了抓手后思维便迅速地活跃起来，教学的重点在不经意间得到了解决。笔者发现，许多小组不仅详细地讨论出实验的具体步骤，还把一些关键器材的作用及实验时的注意点罗列出来，在汇报环节中争先恐后，补充和质疑的声音此起彼伏，这都得益于探究材料的及时出示。值得一提的是，第二个老师并没有直接把实体的探究材料分发到各个小组，造成了一个可望而不可及的效应，这样既充分调动了学生的情绪，又有效避免了学生只顾摆弄材料而忽略制订计划的情况。
科学观察的本质是“真”和“实”，对观察的结果进行客观、真实的记录是科学观察的一个很重要的内容。我们不但要如实记录观察到的东西是什么样的，还要说明是用什么方式，在什么时间、什么地点观察的，以便重新进行检验。
科学观察的意义在于观察结果的分享和观察资料的累积，而探究材料是科学探究活动中的操作对象和观察对象，故此围绕探究材料对探究实验进行观察和交流，是引导学生理解科学观察的本质、领会科学观察意义的有效手段。如在教学“昼夜交替现象”时，有这样一个环节：
师：验证“太阳不动，地球围着太阳转”这一假说的小组愿意跟同学们交流一下自己的发现吗？
生1：当太阳不动，地球围着太阳转时，我们发现贴着五角星的一面始终对着太阳，说明了贴着五角星的一面永远是白昼，它的背面永远是黑夜，因此这个假说是不成立的。
师：有没有哪一小组需要补充或者有疑问的？
（无人发言）
师问生1：你们愿意把模拟实验的过程再给同学们演示一遍吗？其余同学认真观察，仔细思考，看看你们有没有新的发现？
（学生再次进行模拟实验的演示）
生2：老师，我发现他们在模拟实验的过程中，地球在围着太阳转的同时自身也在转动，而这个假说中是地球围着太阳转，地球本身并不自转。
师：观察得真仔细，那我们怎样保证地球在围着太阳转的时候本身不自转呢？
生2：我们可以使贴着的五角星始终朝南，这样就行了。
师：好办法，请同学们都一起来重新进行模拟实验，看看得出的结论还和刚才一样吗？
（学生小组合作，进行实验）
生3：通过实验我们发现，当地球围着太阳转但不自转的情况下，地球仪上的五角星有时在亮光中，有时在黑暗中，说明这一假说也能导致昼夜交替的发生。
师：大家同意吗？
生：同意。
这一环节教师的处理完全围绕探究材料而展开，在学生第一次观察失败的基础上，引导学生分析原因，再次观察，学生在与其他同学交流观察方法、分享观察经验的过程中领悟到观察的意义，基于探究材料的基础上认识到观察求真、求实的本质。
三、脱离结构性材料交流实验
交流探究实验中观察到的现象是帮助学生分析实验、建构科学概念必不可少的环节。在实际的教学中，学生往往受到实验材料的吸引而不能有效地参与到交流实验中去，导致学生无法自主形成科学概念。面对这个问题，不少老师往往采用硬性的手段强迫学生把注意力从探究材料上转移开，但是收效甚微。造成这个问题的主要原因是探究材料没有脱离学生的视线。因此，交流实验、建构科学概念的环节一定要在脱离探究材料的情况下进行，让学生借助于实验记录单，通过回顾的方式描述探究实验中出现的现象。
如在教学“小苏打和白醋的变化”这一节课时，由于小学生对这种奇特的实验现象有着非常大的兴趣，注意力很难从探究材料上转移开。因此，不把材料从学生面前撤走，交流实验的环节很难进行下去。反之，在脱离了探究材料的基础上，学生会积极地交流实验中观察到的现象。但由于学生的观察能力或者探究的材料存在着差异，对实验现象的描述会出现不同的结果，此时教师要抓住这一契机，再次拿出探究材料，引导学生进行第二次的比较观察，这样既能帮助学生形成正确的结论，又能提升学生的观察能力。如在执教“铁生锈了”这一课时，有这样一个环节：
师：同学们小组内用不同的方法观察比较铁片和铁锈，看看它们有什么不同？如果有困难可以参照课本。
（学生小组实验）
生1：我们发现铁片是银白色的，铁锈是深红色的；铁片敲了之后变形了，但是没分开，铁锈敲了之后变成了更小的粉末睿惶片能够导电，铁锈不能够导电；铁片的表面比较光滑，铁锈比较粗糙。
生2：我们这一组发现铁锈也能够导电。
师：是吗？你们两组拿出材料都给同学们演示一下。
（实验演示，生1的小灯泡不亮，生2的小灯泡发出微弱的光亮。）
师：你们两个交换检查一下材料，再做一次实验，找找原因。
（学生交换检查材料并实验）
生1：我发现他们这组的铁锈是潮湿的，里面的水分是导电的，干燥的铁锈是不导电的。
探究材料的不同导致实验现象出现了差异，教师让学生相互交换，在对材料进行检查比较的基础上进行二次操作，避免了学生错误概念的产生，又提升了他们的观察能力。