浅析基于真实情境的科学探究教学

朱庆华 萧山区河上镇初级中学

科学课程的本质是科学探究。学生对科学的学习始于他们在生活实践中对自然界的认识，而不是单纯的书本知识的记忆和接受。在科学课程的教学中，教师要创设真实情境，运用多种方式对学生进行科学探究的训练。而有效的科学探究，应该是基于真实情境的科学探究。实施有效的教学策略可以促进学生科学核心素养的落实。

一、创设真实情境，引发认知冲突

在学生的认知结构中，有大量基于生活学习经验的前概念，这些前概念有些属于科学真理，但有些与正确的科学思想、科学知识相违背。

因此，在教学活动中，首先应该创设真实情境，使情境与学生原有认知结构发生强烈冲突，充分暴露学生的错误前概念，从而引发学生提出相异观点—与原有认知结构相冲突的观点。

以力的存在一课为例。这节课中，学生存在多个相异观点：两个没有相互接触的物体，也会产生力的作用。坚硬的物体受到力的作用时也会发生形变。作用力与反作用力大小相等。这些相异观点与学生原有生活经验形成强烈冲突，通过真实情境的创设，可以将学生的错误前概念暴露出来，并在课堂上对认知结构进行修正或重构。比如“作用力与反作用力大小相等吗”这一问题，通过展示工程车与小汽车相撞、小汽车撞电线杆、小鸟撞飞机等图片或其他素材，将知识冲突化，强烈的视觉冲击加上生活经验会让学生认为“作用力与反作用力大小不相等”，引发认知冲突，由此教师便可引导学生进入下一个环节—设计获取事实证据的方案并进行实验，运用证据进行分析论证，实现科学概念和知识的“再平衡”。

通过真实情境的创设，引发认知冲突，有助于学生批判思维的养成和质疑精神的培养，有助于学生质疑创新等核心素养的落实。

二、渗透科学思想，内化科学方法

学生所学习的科学知识，在科学历史长河中所占比重少之又少，但引导学生像科学家一样进行科学探究，领会科学思想和掌握科学方法对学生而言是至关重要的。学生在设计获取证据的方案时，往往存在以下问题：如何对设计出的方案进行优化，如何对变量进行控制和转化，如何设置对照实验。

在九年级上册第四章第2节《食物消化与吸收》中，探究实验：探究影响酶催化作用的因素。该实验很显然运用到了控制变量的科学方法，同时还涉及变量转化。如：探究温度对酶催化作用的影响。该实验设计的关键就在于控制变量，具体表现为：改变自变量—温度，观测因变量—淀粉酶的催化效率、控制无关变量—PH值、淀粉液浓度、淀粉液的量、唾液的量等等。而对于淀粉酶的催化效率，直接观测无法实现，因此需用到先行组织者“淀粉遇碘变蓝色”，用碘液来检验淀粉的存在与否。这样就实现不可观测的“催化效率”转化为了可观测的“是否变蓝”。科学探究贯穿于整个初中科学课程的学习，也是考试重点考查的内容。

科学探究活动在具体实验时，常常要用到“控制变量法”。在教学活动中，教师要引导学生分析自变量、因变量、无关变量，从自变量的设置、无关变量的控制，因变量的观测三方面引导学生设计对照实验，通过不断地渗透变量意识，增强学生的控制变量和转化变量的能力，从而提升实验设计能力。

科学的研究对象是自然现象，自然现象是复杂的，受到众多因素影响的，但自然现象背后的原因和规律是可以被认识的。科学实验的目的就是排除众多因素的干扰，研究单一的因素对实验现象的影响，从而逐步揭示科学本质。教师在进行设计获取证据方案的教学活动时，要引导学生汲取科学家和前人的智慧，将“知识的知识”—科学思想和科学方法内化和运用。

三、落实证据意识，获取有效证据

科学课程中的“事实证据”有别与法律意义上的证据，科学课程中的事实证据不仅仅包括科学事实（实验现象、实验数据等实验情境），也包括理论依据[1]。在教学活动中，要逐步养成学生的证据意识，学会科学的方法与技能获取有效证据。在探究活动中，注重高阶思维的训练，发展学生获取证据、逻辑推理、分析论证等素养。

在学生实验“探究凸透镜成像规律”中，若将物距等于2f、f这两个关键的点给学生，学生只需将蜡烛移动至相应范围内。这样的实验教学显然属于“无脑实验”，学生仅仅是动手操作一番，证据获取的能力并未得到锻炼，更谈不上获取有效证据。我们将实验的主体地位还给学生，指导学生从离凸透镜较远的位置开始，将蜡烛逐步靠近凸透镜，移动光屏找到像，记录像的性质及像距。例：凸透镜的焦距为10cm，则在设置物距时可以是30、28、26、24、22、20、18、16……相同间隔的整数值作为物距，如下表所示（部分栏省略）。

实验次数 物距u/cm 像距v/cm 像的性质1 30 2 28 3 26…… ……

教师引导学生通过比较数据，基于真实的实验情境和数据，分析推理出凸透镜成像规律。对于物距和像距的处理，用描点法作图的方法，将物距和像距画在直角坐标系中，引导学生利用“临界点”的思路，意识到放大的像与缩小的像之间存在一个临界点，并再次通过实验验证[2]。在日常教学活动中，教师要培养学生的证据意识，学会获取有效证据，合理运用数理方法处理数据，养成“利用证据主张观点”的习惯。

无论是通过实验获取实验现象、实验数据，还是理论依据，我们都认为是真实实验情境下的事实证据，只要是学生实事求是，细心观察、测量，真实获取的，都是值得肯定的。在日常教学活动中，教师要培养学生的证据意识，在证据获取的过程中，养成严谨的科学态度，培养证据意识，引导学生在解决实际问题时能够有理有据，靠证据主张观点。

四、回归真实情境，运用证据再说观点

科学课程引入了大量的科学探究实验，旨在让学生在学习科学知识的同时，经历科学探究的过程，领会科学思想、掌握科学方法，培养学生分析问题，运用科学知识解决实际问题的能力。将科学知识融入到真实情境，有利于学生今后发展过程中解决实际问题能力的提高。科学探究让学生像科学家一样思考，像科学家一样探究，通过科学探究的各个环节或部分环节，基于分析论证得出科学结论，并将科学结论内化为学生认知结构中的理论依据。

在教学活动中，教师需创设真实情境，将科学知识、科学理论与学生实际生活学习紧密联系，引导学生运用理论依据分析、推理、解释有关现象，解决实际问题，即运用证据再说观点。

在力的存在一课中，学生论证“力的作用是相互的”之后，“力的作用是相互的”便成了学生的理论依据，可以让学生思考解决两个问题（1）人在游泳时为什么要向后划水？（2）火箭是依靠什么动力飞上天的？教师要引导学生按照“情境→理论依据→推理分析→结果”的路径进行回答。再比如大气压强一课中，有大量的生活现象，也可以按照上述路径进行分析说理。

此外，教师也可以通过模型建构，将真实情境通过模型搬进课堂，甚至可以进行简单的实验。理论推导→实验验证，实验验证→理论推导，相互论证。

真实的情境有助于引发认知冲突，将科学思想和科学方法在科学探究教学活动中加以渗透和内化，并培养学生实事求是、严谨的科学态度，学会用证据主张观点的能力。在得出新的科学结论时，学生的认知结构进行了修正和完善，要引导学生回归真实情境，运用证据主张观点，学以致用。

以上四个方面的教学策略，有助于提升科学探究的有效性，有助于科学思维、科学方法的训练，有利于学生“科学思想、证据获取、批判质疑、分析论证、逻辑推理”等核心素养的发展。

同时，我们也认为：科学思想、证据获取、批判质疑、分析论证、逻辑推理等核心素养并不是孤立的，而是相辅相成的，科学探究能力是一种综合能力。因此，在实际教学活动中，还要注意对核心素养的整体把握，运用多种教学策略。