高段小学生科学探究特点与教学建议

东海小学    袁优红

【内容摘要】探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。与低段学生相比，小学高段学生的科学探究产生了许多新的特点。本文结合具体案例和自己的实践经验，对高段小学生的科学探究的特点作一分析，并提出针对性的教学策略。

【关键词】小学高段学生  科学探究特点   教学建议

探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的重要途径。小学生自三年级接触科学探究，到高年级已有一定的科学学习经历，他们对科学探究的意义和程序有了一定的理解，与低段学生相比，小学高段学生的科学探究也产生了许多新的特点。本文结合具体案例和自己的实践经验，对高段小学生的科学探究的特点作一分析，并提出针对性的教学建议。

一、科学探究活动中隐含了更强的逻辑思维性

【案例】教科版五上年级《沉浮与什么因素有关》一课的研究问题是：不同材料构成的物体，在水中的沉浮与什么因素有关。确定研究问题后，学生进行了推测：可能与物体的体积、轻重有关。怎样验证自己的推测呢？学生经过一番商议后，决定把实验桌上的7种材料分别按轻重或者体积大小排队，再放入水中观察它们的沉浮情况，由此得出沉浮的规律。结果发现：通过上述实验，无法得出轻重、体积大小与沉浮之间的关系。这个结果有些出乎学生的意料，学生犯起了嘀咕，一头雾水。“真的没有关系吗，还是刚才我们的探究活动考虑得不够周密，请大家再耐心地分析分析，小组再讨论讨论。”有了教师的及时点拨，学生重新审视了自己的探究过程。费了一番周折后，学生发现：是因为没有把实验中的变量控制好，研究体积与沉浮关系时，应该选用轻重一样的材料；研究轻重与沉浮的关系，应该保持体积不变。“老师，我们需要一组轻重（体积）一样，体积（轻重）不同的材料。”紧随其上的又一轮探究热火朝天地展开了……

     ●教学分析

探究“物体在水中的沉浮与什么因素有关”这个活动隐含了很强的逻辑思维性，对学生的科学探究思维水平提出了更高的要求。学生把7种轻重、体积不一样的物体放入水中，发现结果与推测不符，引发了认知冲突，促发他们进一步分析和反省：为什么探究的结果与事先的预测不一样？探究的设计和计划的实施存在什么缺陷？探究活动的哪些方面还需要改进？在一系列问题的驱动下，学生各抒己见，对活动进行了有目的的改进，再研究……显而易见，学生伴随探究活动本身的思维方式是纵向型的，活动与活动板块存在着明显的递进关系，探究活动一环紧扣一环，前面建立的科学概念是后面科学概念构建的基础和保证。活动中，只有学生的外部探究与逻辑思维相继并进，才能推进探究活动的顺利达成。它已经不像刚刚起步的探究活动：思维结构是横向平行型的，活动板块之间是以并列关系存在，前后活动间不存在明显的推进关系。

根据皮亚杰儿童认知发展理论，高段学生的思维正处于具体运算阶段，他们的思维水平已经有了一定程度的发展，他们有能力在科学探究中进行逻辑思维。这一时期安排这样的探究活动不仅能使学生主动建构科学概念，又能提高他们的科学逻辑思维能力，起到厚积薄发的作用。                                                                              

    ★教学建议

（1）理解并挖掘教材每个活动、活动与活动间的逻辑思维关系  

 教科版小学科学教材是由一个个科学活动组合而成，每一课包含的小活动与小活动、前后课时的大活动与大活动之间存在一定的内在逻辑联系，这种逻辑联系是否被教师真正理解和把握，就会产生不同的教学效益。        

例如：教科版五下年级《马铃薯在液体中的沉浮》一课出现了两种教法。

教学方法一：学生发现马铃薯在一杯液体中会浮起来，马上回应：“浮的一杯是盐水！”听一个学生这样说，更多的学生都附和着说是盐水。老师肯定了学生的判断：“好！真聪明！这确实是盐水。”接下来老师又问：“这是盐水，怎么来验证呢？”学生说：“烧一烧就能烧出盐。”学生说干就干，结果真的烧出了白色的粉末，学生与教师对蒸发皿中留下的“盐”都是深信不疑！实验得出：使马铃薯浮起来的液体就是盐水。

教学方法二：当学生喊出让马铃薯浮起来的水是盐水时，老师却神情自若地说：“你们这么肯定呀？有什么方法来验证呢？”“把杯中的液体烧一烧就知道了”。调羹中的液体烧干了，出现了白色的粉末，“是盐，是盐”，学生又一次自信地断定。老师不紧不慢地说：“你们这么肯定呀？老师这里还有糖、味精、小苏打，把它们溶解在水中，放入马铃薯，看看会怎样。学生做了，结果发现：溶解了糖、味精、小苏打的水也能使马铃薯浮起来。老师趁机提问：刚才这杯液体到底是什么？学生支支吾吾：可能是糖水，可能是盐水，也有可能是味精水，有些小组说可能是多种物质混合在一起的水！还有学生说：“不能确定是什么液体。”

此探究活动争论焦点与活动隐含的逻辑点都是确认这杯液体是不是盐水。第一种教学方法，学生看到白色粉末就断定是盐，事实恰好与教师的预设一致，比较顺畅地得出探究结论，这种教学方法也被很多老师经常采用。但是，对学生严谨、深入思考的科学思维培养，思维潜力的挖掘是存在弊端的。第二种教学方法中的“不能确定”，是教师挖掘探究逻辑思维的更进一步，体现了科学理性、逻辑、严密的思维分析方法。通过探究白色粉末是不是盐的活动，懂得科学不能以偏概全，盲目下定论。可见，科学意识、科学思维、科学思想的养成在很大程度上得益于教师对探究活动中逻辑思维的理解与挖掘。                                                 

（2）夯实每一个科学概念，为科学探究构建新概念提供基础保证

由于科学探究前后存在逻辑关系，学生新的科学概念构建是建立在已有概念基础上的。因此，教师要充分了解学生已有的经验基础，一步步夯实，从而构建科学概念，从而不断地螺旋上升。例如《做一个钟摆》一课中，科学活动的前后逻辑体系如下：摆的快慢与摆绳的长短有关→摆绳一样长的摆，摆的快慢与还与摆锤的长短有关→摆的快慢与摆锤上有无金属圆片有关→摆的快慢与摆锤上金属圆片的重心位置有关→摆的快慢与摆长有关。可见，要构建最后的科学概念就像修造高层建筑一样，层层递进，环环相扣。教师只有在夯实每一个科学概念的基础上才能引导学生建立新的科学概念。

（3）领悟科学探究中相互交叉的逻辑关系

对小学高段学生而言，除了要引导学生建立科学概念与科学概念、事物与事物间内在的逻辑关系，还应该初步领悟科学探究中相互交叉的逻辑关系。例如：在《微小世界》单元的学习中，一方面让学生经历人类从古到今观察工具的发展过程，另一方面认识人类随着观察工具的发展，观察视野不断拓展，感受人类在探索微小世界方面所取得的丰硕成果。教师如果深入理会教材，掌握了探究的多层逻辑关系，就能引导学生把事物放在具体的关系中进行思考和认识，能更加多方位、深层次地认识事物的本质，感悟科学的本质。

二、开展科学探究的自主独立性加大

【案例】在硫酸铜与铁钉反应的教学中，笔者曾经观摩了两位老师不同的教学流程。

    教学流程一   先让学生观察硫酸铜，并描述它是怎样的？再让学生观察铁钉，把观察到的进行描述。两次观察活动后，教师提出问题：“把铁钉放入硫酸铜溶液中，会发生什么变化呢？”为了让实验万无一失，教师提示：“要观察铁钉放入硫酸铜溶液中有什么变化，先要观察实验前的铁钉和硫酸铜，再观察实验后的铁钉和硫酸铜，两者进行比较。学生根据教师的要求再次观察，实验。

 教学流程二   教师开门见山提出本节课探究内容：把铁钉放入硫酸铜溶液中，会发生什么变化？随后提出：“要观察它们发生了什么变化？我们应该怎样实验操作？”学生经过讨论交流后，达成意见：“先要观察实验前的硫酸铜和铁钉是怎样的，再观察实验后的硫酸铜和铁钉是怎样的，前后进行比较。”教师再次引导：“这是一个对比实验，为了观察它们发生的变化，我们在观察时需要注意什么？”为了成功达成实验，孩子们绞尽脑汁，观察实验方案在他们的踊跃发言中不断完善。学生的自主观察活动水到渠成。

●教学分析

同样是观察把铁钉放入硫酸铜溶液中会发生什么变化的活动。在教学流程一中，学生机械地照着教师指定的实验步骤按部就班地依样画葫芦，把观察硫酸铜和铁钉的大活动分割成了零碎的三个小活动，学生在活动中停停放放，不断在教师的指令下操作，学生探究的自主性受到压抑，探究的积极性及思维参与程度明显打折。很明显，在教学流程二中，学生的观察活动是在一定的研究问题驱动下的一种有目的的活动，学生经历了探究活动的设计，讨论了活动中需要注意的地方，科学探究成为学生自主独立的活动，活动得到明显增值。为什么从表面看所差无几的两例活动，产生的教学效益会如此悬殊呢？问题的节点就是教学流程二中的教师相信学生已经具备了初步的科学探究能力，知道该是放手的时候了，教师在其中只是充当引路人的角色，给予学生尽可能大的自主探究空间。

★教学建议

曾经在六年级上册学生中进行问卷调查，调查显示：学生希望教师把探究的时间增加，在探究活动中教师不要给予过多的指令，有一定难度的探究活动才是学生所期望的。为了适应学生的特点与内心需求，我在教学中自定原则：当学生处在思维的转折点或探究的重难点，经过自身努力，还感到无法解决时，教师要给予适当的点拨、扶持或提示，其他情况都充分发挥学生的自主，做到放中有导，导放结合，与高段学生要求独立自主的心理特点相符合。

（1）运用“提示单”促进学生开展自主独立的探究活动

给学生更多的探究空间是每个教师的共识，但同时，又担心学生的科学探究会偏离轨道，产生失控行为。笔者在多年的教学实践中经常运用“提示单”来克服这一难题。       例如：《斜面的作用》教学中，第一个探究活动：分别测出直接提升和沿斜面提升一个物体所用的力，得出斜面能省力。在第一个活动快结束时，我下发了科学提示单（如下）：

在提示单的指引下，学生自觉地过渡到第二个探究活动，前后两个活动共进行了大半节课。活动中，教师只是在小组中巡视，及时给予必要的指导与帮助。这样，既给了学生广阔的科学探究时空，又使学生的活动在正道上得以持续、深入，起到了两全其美的作用。

（2）布置主题式探究活动，把科学探究从课内引向课外   

高段学生已经具有了独立解决问题的能力，他们已经不满足教室这个太小的空间，他们希望课堂活动在课外得以延续，在课外寻找科学探究更广阔的空间，得到进一步的发展，获得更大的成功。如在学习《环境问题和我们的行动》时，我在课前组织学生进行调查、了解、记录人类面临的环境问题，使学生对人类与环境问题形成立体化的认识。在《做框架》课后让学生继续搜索生活中的框架结构，每个小组以一种框架结构物体为例进一步探究，写成科学小论文。学生以开放的心态对自己喜欢的活动进行深入、开放的探究，获得的不仅是大量的信息，还有对科学产生的无比激情和盎然兴趣。

（3）以多彩的形式展示学生自主探究的成果

    每个学生的探究活动应该是一个动态的充满灵气的个性活动。逐步进入自主独立期的高段学生，他们期望自己作为一个独立的个体，有展现自我的机会。因此，既然给了学生自主独立的探究空间，就要以学生为本，以多彩的形式展示学生科学探究的成果，使学生对科学探究的激情不变。例如在宇宙单元的学习中，学生制作一份月球小报、一张月相观察图、观察月食的计划书，自己安装星空软件观察星空、实地观察星空、阅读关于宇宙的书籍、操作模拟星空实验等等都可以作为单元评价的依据。这种由学生自主选择型的评价，顾及了学生的兴趣爱好，探究更开放。学生在活动中不断进行自主独立探究的训练，体会探究的乐趣，形成科学学习的良性循环。                                                               

三、科学探究与现实生活以及社会、科技发展相联系的意识逐渐加强

   【案例】六年级下册《铁生锈了》教学中，学生通过实验观察，发现铁生锈是水和空气共同作用的结果。在此基础上，学生交流分析课前搜集到的有关铁生锈的信息。其中一位学生出示了一则报道：目前全世界由于生锈而损失的钢材每年达三千万吨，如果一辆大卡车载重5吨，要600万辆大卡车运送。（一边用图片出示成堆的钢材生锈的图片）。学生们被眼前的场景、数据震撼了，一阵惊讶声。

“原来铁生锈真是无孔不入，给我们生活、经济带来这样重大的损失”，“我们要尽自己所能，为人类挽回经济损失”，几位同学发自肺腑的告白激发了全班同学保护铁资源的信心和决心。

      “在钢铁外面涂上一层油漆，这样可以阻止水和空气接触铁，防止生锈。”

      “把钢铁放在干燥的环境中也可以防止生锈。”

      “还可以在外层涂上一层牛油”……

●教学分析

在怎样防止铁生锈的活动中，科学探究与学生的生活实际相联系，学生在具体情境中顺理成章地调用已学的科学概念来解决实际问题，进一步深化了概念的巩固。同时，学生的探究掺杂着一种浓浓的社会责任感，科学探究被赋予一种人文性、真切感，唤起学生对科学本质的理解。                                      

科学学习的最终目的是把习得的科学知识、技能应用于实际生活与社会之中，“用科学改善生活，科学与生活、社会技术密切相关，生活中处处是科学”是科学学习中的重要目标之一。高段学生对于生活与社会的意识有了一定程度的提升，有了初步的分析明辨和社会参与能力。这一时期，教师有意识加强这一方面的引导，能更加自然地建立起科学与现实生活、社会技术相互联系的意识，形成学科学、用科学的良好习惯，为其终身发展奠定基础。

★教学建议

（1）科学探究中渗透生活处处有科学的思想  

    教师通过创设生活情境，调动学生已有生活经验引发学生探究，使课堂情境趋于生活化，科学探究贴近生活。例如《杠杆》一课的教学，从生活中撬一块大石头引入；由“米变成米饭”学生熟悉的事物和现象作为《物质发生了什么变化》一课的教学例子；解释水壶冒白汽的原因来巩固学生对水蒸气的理解。长期以往，科学探究与生活实际相联系的思想植根于学生心灵，不留痕迹地引导学生做生活的有心人，感受到生活中处处有科学，科学为社会生活服务的特点。

（2）树立科学探究可以超越生活的思想     

科学探究要求真、求知，更要求新。在探究过程中，如果高段的学生还仅仅停留在发现秘密、揭示规律的基础上，是远远不够的，还可以引导学生向生活挑战，使探究活动不断创新。例如《杠杆的科学》教学时，在学生认识了最普通的杠杆后，我出示钉有一枚长钉子的木板（图1），让学生把铁钉拔出来，学生试用杠杆撬钉子，却发现还没等铁钉拔出来，杠杆就碰到木板了，把杠杆移动的范围扩大是撬出钉子的关键。几经周折，学生设计创新的“变形杠杆”诞生了(图2)。虽然这是前人已经发现的项目，但对学生来说是全新的。他们在活动中会慢慢体会到：科学探究只有不断创新和超越，才能促进科学技术的进步，推动人类社会的发展。

教师还可以全面掌握《科学》教材中科学课程与社会发展的最新动态，有机渗透到平时的课堂教学中。例如克隆、纳米材料、人类基因、无土栽培技术、无籽西瓜的种植、可视电话的产生、国际天文年等等。使学生在感受科学的无穷魅力、崇尚科学伟大神奇的同时，增强时代感，激发他们的想象力和创新意识。

（3）初步树立辨证看待科学探究与社会关系的观念   

经历几年的科学探究，学生对科学探究会产生百般信赖的感觉。学生的心目中往往会建立科学高于一切，科学技术创造新生活的片面理解。本着“早发现，早处理”的原则，教师要抓住有利时机改变学生不客观的认识，引导学生树立辨证看待科学探究与社会关系的正确观念。例如：在认识各种材料时，一方面要引导学生知道随着人类科学技术的发展，各种材料应运而生，感受材料的多样性，但是另一方面还要引导学生感知材料的丰富势必会消耗大量的能源；人类出现克隆技术证明了科学的伟大力量，但是克隆给人类带来的隐患也是不可估量的；建立现代化、自动化的各种垃圾处理厂验证了人类技术的先进，但是垃圾给人类带来的危害还是存在的。如果教师经常组织这样的讨论、探究活动，对正在形成科学价值观的学生的影响是深远的，学生对人类科学探究的理解也将更加科学与辩证。

参考文献：

[1]韦珏《探究式科学教育教学指导》[M]，教育科学出版社，2005年版.

[2]中华人民共和国教育部《科学（3-6年级）课程标准》[M]，北京师范大学出版社，2001年版.