有效進(jìn)行探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)方案與實(shí)施

1、有效進(jìn)行探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施-科學(xué)論文有效進(jìn)行探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施袁輝蔡建平2015年中國(guó)教育學(xué)會(huì)科學(xué)教育分會(huì)年會(huì)在云南昆明舉行，主題為“基于 學(xué)生核心素養(yǎng)的物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域教學(xué)理論與實(shí)踐研究”。湖南省株洲市荷塘區(qū)賓雨 老師參加了本次年會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)課展示，執(zhí)教內(nèi)容為浮與沉，在全程參與本課研 究的過程中，我們真正感受到有效進(jìn)行探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施的挑戰(zhàn)與精彩。查閱不同版本的小學(xué)科學(xué)教材，“浮與沉”內(nèi)容有的涉及物體排水量 大小的比較，有的涉及液體密度比較，其中有部分已是中學(xué)的內(nèi)容，而這些內(nèi)容 對(duì)小學(xué)生來說過于深?yuàn)W。選擇湘版科學(xué)教材中的浮與沉作為展示課，主 要是考慮浮與沉現(xiàn)象與學(xué)生原有經(jīng)驗(yàn)沖突比較大，有利于

2、基于學(xué)生的核心素養(yǎng)進(jìn) 行探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。教材主要有兩個(gè)內(nèi)容，一是認(rèn)識(shí)浮力的概念，二是探 究沒入水中的物體是否受到浮力。 通過幾輪試講我們發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)內(nèi)容接近學(xué)生 的已有認(rèn)知，可以在第二個(gè)內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加一個(gè)探究活動(dòng)， 探究“沒入水中不 同位置的物體受到的浮力是否一樣”， 讓孩子感受“浮與沉”的奇妙，延續(xù)探究 的興趣。在實(shí)踐中我們還發(fā)現(xiàn)，增加的探究?jī)?nèi)容難度并沒有超出學(xué)生的認(rèn)知能力， 只要為學(xué)生搭建好探究的腳手架，學(xué)生順勢(shì)踮一踮就能發(fā)現(xiàn)“沒入水中不同位置 的物體受到的浮力一樣大”。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了三個(gè)層層遞進(jìn)的探究活動(dòng)， 以較 好地達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的。一、體驗(yàn)感知，構(gòu)建水的浮力的科學(xué)

3、概念在本課的第一個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生很快了解到不同物體在水中的浮與沉。由于學(xué)生在生活中對(duì)沉浮的現(xiàn)象有比較多的了解， 他們通過“將氣球或泡沫板豎直往 下壓”的活動(dòng)發(fā)現(xiàn)，物體在水中會(huì)浮是因?yàn)槲矬w在水中受到了一種向上頂或向上 推的力，即水的浮力。在學(xué)生匯報(bào)交流的過程中，老師及時(shí)抓住學(xué)生匯報(bào)時(shí)所用 的托、推、頂、向上的表達(dá)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)水的浮力的存在及方向，幫助學(xué)生透 過直觀感知上升到理性思維的層面，使學(xué)生比較容易地構(gòu)建水的浮力的概念。二、初步探究，定性認(rèn)識(shí)下沉物體受到水的浮力前概念是學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)觀察和理解世界的結(jié)果，前概念在學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的過程中起著非常重要的作用。 教師了解學(xué)生的前概念，有利于課堂各

4、環(huán)節(jié) 時(shí)間的科學(xué)分配，使教學(xué)有的放矢，更好地提升教學(xué)效果。學(xué)生的前概念有的是正確的，有的是不正確的。下沉的物體是否受到浮力？本課第二個(gè)要探究的問題拋出來時(shí)， 絕大多數(shù)學(xué)生受前概念的影響，認(rèn)為下 沉的物體沒有受到浮力，這是錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。為了讓學(xué)生充分暴露前概念，教師繼續(xù) 追問：你認(rèn)為下沉的物體沒有受到浮力的依據(jù)是什么？學(xué)生普遍認(rèn)為，如果物體在水下受到浮力，物體就不會(huì)下沉，物體會(huì)被水的浮力托起來。學(xué)生對(duì)這一看法 立場(chǎng)很堅(jiān)定，此時(shí)教師用簡(jiǎn)單的講授改變不了學(xué)生的認(rèn)識(shí)，學(xué)生甚至在課堂上進(jìn) 行了爭(zhēng)論、辯論。這是本堂課第一個(gè)矛盾沖突點(diǎn)，在相持不下的認(rèn)知沖突中，學(xué) 生興趣十分濃厚，自發(fā)地想進(jìn)一步研究，無形中產(chǎn)生了

5、任務(wù)驅(qū)動(dòng)。如何修正學(xué)生已有的錯(cuò)誤前概念呢？老師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)了這樣的探究活 動(dòng)一一用提磚塊掂量的辦法認(rèn)識(shí)下沉的物體是否受到浮力。學(xué)生分組討論、制 定方案，然后進(jìn)行觀察、實(shí)驗(yàn)，比較在空氣中與在水中提磚塊用力的大小，研究 水下的磚塊是否受到浮力。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在水中比在空氣中提同一磚塊用的力小一些。教師趁機(jī)發(fā)問：“為什么提水中的磚塊時(shí)，用的力氣小了呢？ ”學(xué)生很快意識(shí)到，是“水把磚塊托上去了” “頂上去了” “水中的磚塊受到了水的浮力”。學(xué)生邊實(shí)驗(yàn)邊分析推測(cè)，采用定性認(rèn)識(shí)事物的方法，發(fā)現(xiàn)沒入水中的磚塊也受到了浮力。三、深入探究，定量分析物體在水中的沉浮規(guī)律1 激發(fā)新矛盾，引發(fā)探究欲望在學(xué)生探究下

6、沉物體是否受到水的浮力時(shí)，老師抓拍了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的照 片，由此導(dǎo)出問題：“在水中下沉的物體也受到了浮力，那么在水里上、中、下 不同位置的磚塊，它所受浮力的大小怎樣呢？說說你的理由?！币皇て鹎永?，學(xué)生的前概念淋漓盡致地得到顯現(xiàn)，全班學(xué)生進(jìn)入了思 維碰撞的階段。有的說，上、中、下三個(gè)不同位置物體所受浮力是依次減小的， 理由是重量不變，受到的浮力越大就越“浮”得靠近水的上層。還有的說，上、 中、下三個(gè)不同位置物體所受浮力是依次增大的， 理由是水越深，水的力量就越 大，浮力也更大。也有極少數(shù)學(xué)生說上、中、下三個(gè)部位浮力是一樣大的，理由 說不清。孩子們各說各的理由，甚至發(fā)生了小小的爭(zhēng)論，誰(shuí)也不服誰(shuí)。

7、這是本節(jié)課 第二個(gè)矛盾沖突點(diǎn)。2 巧用橡皮筋，引導(dǎo)定量檢測(cè)在沖突過程中，學(xué)生想到了做實(shí)驗(yàn)，用事實(shí)說活。等到繼續(xù)用掂量的辦法 來做實(shí)驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)，用估量的辦法不能準(zhǔn)確知道浮力大小的問題。有沒有更好的辦 法呢？學(xué)生躍躍欲試。此時(shí)，老師抓住契機(jī)啟發(fā)：比較物體的重量，你可以用什么合適的工具呢？ 學(xué)生自然想到了尺子、桿秤、橡皮筋。老師一邊問一邊示范性地拉一拉橡皮筋， 追問：為什么可以用橡皮筋呢？學(xué)生馬上想到，用橡皮筋稱物體重量時(shí)，物體輕, 橡皮筋被拉伸得短；物體重，橡皮筋被拉伸得長(zhǎng)。用橡皮筋來稱量，這既是在學(xué)生沒有學(xué)過彈簧秤的情況下，采用的“量體 裁衣”簡(jiǎn)單又效果佳的方法，又為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)彈簧秤的使用打下堅(jiān)

8、實(shí)的基礎(chǔ)。3 妙用統(tǒng)計(jì)圖，進(jìn)行分析推理用橡皮筋定量測(cè)量后，如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行呈現(xiàn)和分析？幾經(jīng)實(shí)踐與調(diào)整，我 們最終決定引入數(shù)學(xué)柱形統(tǒng)計(jì)圖來記錄、 整理數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)圖能將實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀呈 現(xiàn)，數(shù)形結(jié)合展開分析推理，一目了然。這樣一個(gè)改進(jìn)，我們也經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的打磨：從簡(jiǎn)單的表格記錄改進(jìn)到 直觀的柱形統(tǒng)計(jì)圖記錄；從4次重復(fù)地標(biāo)數(shù)據(jù)、撕紙條、貼紙條記錄程序到分別 測(cè)量后一次性畫記號(hào)、撕紙條、貼紙條的兩次記錄程序。最初，我們是用表格來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（如表一），方法中規(guī)中矩，沒什么 明顯缺點(diǎn)，也沒什么優(yōu)點(diǎn)。表一實(shí)驗(yàn)記錄表篩塊沒人永中15*.|并堤洼人*中30崖壯后來，我們改統(tǒng)計(jì)表為柱形統(tǒng)計(jì)圖，在圖上分別標(biāo)明 4次

9、測(cè)量數(shù)據(jù)：即在 空氣中以及在水表面以下三個(gè)不同位置（分別以上、中、下標(biāo)注） 。我們發(fā)現(xiàn)， 學(xué)生將用尺子量得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寫在記錄紙上， 畫出柱形統(tǒng)計(jì)圖，再去比較數(shù)據(jù)的 大小，這樣做有一些弊端：一是橡皮筋總是上下抖動(dòng)，難以獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)；二是 獲得的數(shù)據(jù)是提重物用的力，難以轉(zhuǎn)換到浮力；三是實(shí)驗(yàn)操作時(shí)難免有誤差，當(dāng) 學(xué)生發(fā)現(xiàn)“沒入水中上、中、下三個(gè)部位橡皮筋伸長(zhǎng)數(shù)據(jù)不一樣”時(shí)， 就會(huì)推出 錯(cuò)誤的結(jié)論。小學(xué)生在定量測(cè)量時(shí)，考慮到對(duì)數(shù)據(jù)要求的精確度不需要很高，可以采用 模糊一點(diǎn)定量的方法，于是，我們又進(jìn)行了改進(jìn)，將柱形統(tǒng)計(jì)圖的柱長(zhǎng)用彩色紙 條（三種不同顏色）代替，直觀而清晰。采用畫記號(hào)、撕紙條、貼紙條的辦法

10、，學(xué)生只要看一看自己制作的柱形統(tǒng) 計(jì)圖，就能發(fā)現(xiàn)沒入水的上、中、下三個(gè)部位橡皮筋伸長(zhǎng)是一樣的，加強(qiáng)了學(xué)生 的感性認(rèn)識(shí)。但由于孩子年齡小，重復(fù)四次量、貼用時(shí)較長(zhǎng)，且合作時(shí)的差錯(cuò)也 相應(yīng)增加。怎樣提高學(xué)生操作的效率？我們意識(shí)到應(yīng)減少學(xué)生重復(fù)操作的過程，于是 對(duì)操作程序進(jìn)行了優(yōu)化，即將磚塊沒入水中上、中、下三次實(shí)驗(yàn)連續(xù)做完后，在 三種不同顏色的紙條上一次性畫記號(hào)， 再將石塊提出水面，進(jìn)行撕紙條、貼紙條 的工作。這樣做既省時(shí)又能提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度，比起之前的記錄表直觀形象，利于展開分析。4 分析統(tǒng)計(jì)圖，發(fā)現(xiàn)浮沉規(guī)律當(dāng)看到表示手提磚塊及沒入水中三個(gè)不同部位提磚塊用力的紙條高度時(shí)， 學(xué)生驚訝了。磚塊在空氣中

11、和沒入水中所用的力有差距， 橡皮筋伸的長(zhǎng)度也有差 距，提水下磚塊的橡皮筋變短了。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在對(duì)應(yīng)的柱形圖中找到 這個(gè)變短的部分，經(jīng)過思考，他們發(fā)現(xiàn)圖表中反映的手提磚塊的力與磚塊受到水 的浮力之間的數(shù)量關(guān)系，意識(shí)到那部分柱高差就是浮力（如下圖所示）。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注入水前和入水后紙條的高度差，發(fā)現(xiàn)高度差就是磚塊沒入水中受到的浮 力，很好地幫助學(xué)生由現(xiàn)象深入到本質(zhì)。學(xué)生還發(fā)現(xiàn)，沒入水中三個(gè)位置時(shí)，同 一磚塊所受的浮力是一樣的，學(xué)生順利地推理出結(jié)論：同一物體在水下不同位置 所受浮力是一樣的。浮力蜜猶柱影ME計(jì)梱探究式學(xué)習(xí)過程的核心認(rèn)知活動(dòng)是高水平思維。本課中，學(xué)生能夠?qū)χR(shí) 進(jìn)行靈活運(yùn)用，對(duì)數(shù)

12、據(jù)、圖表進(jìn)行分析得到證據(jù)，找到規(guī)律，同時(shí)辯證地認(rèn)識(shí)事 物，即從具體到抽象，從個(gè)別到一般。全節(jié)課，教師適時(shí)地拋出問題，打破學(xué)生認(rèn)知上的平衡，激發(fā)了他們的好 奇心，使他們能夠自主、積極地帶著問題去學(xué)習(xí)。學(xué)生思維能夠及時(shí)轉(zhuǎn)換，流暢 性、變通性更為明顯。學(xué)生經(jīng)歷了兩次重大的矛盾沖突， 也更多地觸發(fā)了他們的“從驚訝到思考”：學(xué)習(xí)、生活中常常有一些事物，初步看似乎就是這樣，可仔 細(xì)探究，結(jié)果往往是那樣的！科學(xué)，需要求真！培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)求真的精神，是培 養(yǎng)他們“核心素養(yǎng)”的一個(gè)非常重要的方面。 從體驗(yàn)浮力是水對(duì)物體的一種向上 托的力，到探究發(fā)現(xiàn)下沉在水中的物體也受到浮力， 再到將柱形統(tǒng)計(jì)圖數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)到物體下沉在水中