如何在课堂教学中培养学生科学探究能力

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《科学（3-6年级）课程标准》中指出：小学科学课程的基本理念是以探究为核心，以培养学生科学素养为宗旨的科学启蒙课程。科学活动的本质在于探究，科学教育只有引导学生通过科学探究来发展其科学素质，才能实现科学本质与教育宗旨的内在统一。因此，小学科学课程应以探究为基础，引导学生培养良好的科学习惯，是向学生进行科学探究的一种手段，是以从培养学生科学习惯出发向学生进行科学启蒙教育。从这个意思上讲，科学课的科学习惯直接影响着学生进行有效性的科学探究，也间接地影响着科学习惯、科学方法、科学能力、科学态度及科学精神等科学基本素养的养成。
　　面对新课程中提出的“科学教育要以探究为核心”的精神我们的科学教育必须要有一种全新的学习方式来指导和实施。列夫.托尔斯泰说过“如果学生在学校里的结果是使自己什么也不会创造，那他一生将永远是摹仿的抄袭”。面对二十一世纪的人才，我们必须培养创造型人才的基础教育，要从培养科学探究品质、科学探究思维能力和科学探究精神、科学探究动机等基本素质开始的教育，也是培养未来发明者、科学家的启蒙教育。为更好地了解小学科学课，走进小学科学教学课，区分好自然教学与小学科学教学，借此机会跟各位同行谈谈小学科学课中培养学生的科学探究能力的一点看法，以此来给大家一点参考的信息，以便日后在小学科学课的教学过程中能注意到有关培养科学探究能力问题。
　　一、什么是探究能力及其意义
　　“探究”是求索知识或信息，特别是求真的活动；是搜寻、研究、调查、检验的活动；是提问和质疑的活动。
　　“科学探究”指的是科学家们用来研究自然界并根据研究所获事实证据作出解释的各种方式。“科学探究”也指的是学生构建知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种活动。由此我们知道，学生的科学探究式学习活动在本质上与科学家的科学探究活动有很多相似之处。探究式学习既是小学生科学学习要达到的目标，又是小学生科学学习的主要方式。
　　“小学科学探究性学习”是小学科学的一种模式的研究。它是指在小学科学教育中，结合教材内容和学生的实际情况，来创设科学探究的情境，让学生通过经历发现问题、提出问题、设计方案、探究活动等过程获取知识，来培养学生的创新能力，逐步提升学生的科学素养。探究性学习就是从学生的素质为着眼点，探索研究培养学生的自主学习、创新学习的学习方式。探究性学习包括探究性自学和探究性实践两大方面的内容。
　　小学科学教育一直处于一个比较重要的地位，其核心目标就是帮助学生形成良好的科学素养，教会学生用积极的态度理性地、实事求是地对待生活，解决生活实际中遇到的各种问题，培养学生勇于探索的科学精神。《科学课程标准》更加具体地提出：科学课应注意呵护儿童与生俱来的好奇心；要让儿童了解科学探究涉及的基本过程和方法，并使他们能运用这些过程和方法探究一些力所能及的科学问题，从中体验到科学探究的乐趣和挑战性，进而热爱科学。
　　二、培养学生探究能力的方法
　　（一）精心设疑，促使学生动脑筋想问题
　　问题是引起思维的动因。当问题刺激大脑，大脑就会大大的加紧活动，甚至可能想出自己也料想不到的新认识，好办法来。因此，在教学中提出富有启发性的问题（特别是问题的答案与学生预想相反的问题），采用设问、追问、反问等方法，对于激发和发展学生的思维有重要意义。在教学《氧气》一课时，为了进一步让学生了解氧气这种看不见、摸不着、没有颜色、没有气味、没有味道、透明的气体，我演示了烧红的木炭、烧红的铁丝、等在氧气中燃烧的实验。在做这个演示实验之前，我提出这样一个问题：这些物体在空气里会怎么样？在氧气里又会怎样呢？多数学生猜测回答：会慢慢地熄灭。但演示的结果是不但没有熄灭，而且燃烧的更剧烈。顿时，课堂热闹起来，个别学生情不自禁地喊出：真奇怪！他们感到疑惑不解，经过一番热烈讨论，小结得出：氧气可以支持燃烧。为了加深学生对氧气性质的认识，培养学生运用知识解决实际问题的能力，我又提出了几个问题。如，“锅里的油烧起来了，怎么办？”、“卧室的地板小面积起火，怎么办？”、“酒精灯的酒精倒出来后，起火了，怎么办？”……学生各抒已见，各有各的办法，各有各的理由。在回答问题的过程中，开拓了学生的思路，发展了学生的思维。
　　（二）巧设障碍或矛盾，促使学生想办法解决问题
　　为了调动学生积极开展思维，改变过去实验时动手多，动脑少，按着课本或教师的提示，照着葫芦画瓢的做法，我在设计教学时经常增加一些实验，有时还有意设置一些障碍，以促使学生动脑筋、想办法。在教学《热空气》一课的导入新课环节中，我做了一个演示实验“会转动的纸蛇”，学生看到原来不会动的纸蛇在酒精灯火焰的上方旋转起来了，都很奇怪。这时我要求学生研究实验装置，找出其中道理。学生经过积极思考、观察实验，发现是向上流动的空气使纸蛇旋转起来，同时他们还发现“风的形成演示箱”里的空气因为受热而上升，以及旁边的空气流过来补充。经过讨论他们还发现了地球上的风其实也就是这样形成的，禁不住露出成功的喜悦。这样，既动手又动脑，使学生的思维能力得到发展，同时培养了他们解决问题能力。
　　恩格斯曾说过：只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假设。牛顿也曾说过：“没有大胆的假设就做不出伟大的发现”。“假设”作为科学认识过程序中的基本环节，在培养学生创造性思维，自行探究的学习过程中有着不可替代的作用。提出假设就为问题的解决搭起了从未知到已知的桥梁。当学生发现问题后，他们很想知道“为什么？”他们的脑海中即会出现一个个猜测性的答案。在教学《燃烧和灭火》一课时，学生做把火柴放在铁片上，用酒精灯加热，一会儿火柴的温度达到了燃点，自燃起来了，做完后，有个学生问我，把纸放在铁片上加热能不能也燃烧，我在课前根本没有想到这个问题，为了学生的探究兴趣，我又让他们把纸放在铁片上加热，看能不能也燃烧，最后，纸也燃烧起来，我认为这样做很有必要，让他们敢想，敢做，敢探究学习，这样学生的兴趣得到了培养，探究欲望得到了加强，想信他们对于科学课也会感兴趣，只要是学生想探究的问题，教师都应感兴趣，只有这样，学生的探究式学习兴趣才能够得到培养。
　　因此，教师要鼓励学生大胆地作出假设。纵然孩子们提出的假设可能不够合理与深刻，但是这毕竟是孩子基于他们已有的认识与经验而对未知所做出的推测；同时，这也是从问题此岸过渡到答案彼岸的桥梁。即使孩子走了弯路，这种体验与经历也是难能可贵的，它促使孩子反思出错的原因，而探究学习中最主要的价值正在于其对孩子成长发展所起的作用。
　　（三）发挥现代教育技术优势，加深对所探究知识的理解
　　教学中要求学生观察的内容很多，但是有些内容需要观察的时间很长，当堂课根本无法完成。这时，可以利用现代教育技术的丰富表现力，利用它把在教室里或在当时当地无法看到的,但又必须让学生观察的事物展示在他们的面前,再现事物发展的全过程，有效地揭示客观事物的本质和内在联系，使学生在很短时间内完成观察任务。在教学《植物怎样度过“一生”》、《人类的进化》等内容时,虽然我们可以通过课本上的照片来解释，也可以用相关标本进行直观教学，但实际效果总是不尽如人意。利用多媒体，我们便可以将它们的发育、进化过程直观形象地展现在学生面前，跨越了时空限制，最大限度地满足了学生的求知欲望。此外，在教学中涉及到的一些珍禽异兽、古代生物、火山、地震等很难见到的自然事物、景观，都可以利用多媒体技术展示在学生眼前,使学生如临其境,印象深刻,不仅在知识上得到满足，而且学习情感、态度上更是得到整体提高，其效果是传统学习方式所无法比拟的。
　　实验在小学自然教学中占有相当重要的地位，它是科学探究的重要一环，有助于培养学生实践能力，帮助学生理解知识点。但是有些实验难度较大，如果只让学生看图、看文字说明或听教师讲解、看教师示范，往往会因记忆不清造成步骤错乱，甚至操作失误等。在教学《给水加热》中学习使用酒精灯加热试管里的水、《显微镜的发明与发展》中学习使用显微镜观察各种生物切片标本的方法等实验活动，操作步骤复杂，注意事项很多，如果利用多媒体课件，把实验操作方法和过程制成卡通图片、简单动画等加以形象演示，学生能够很快知道操作要领，这样，既增强了实验效果，避免了时间上的浪费，又能教给学生正确的观察实验方法，加深对科学知识的理解，有目的地培养了学生的探究能力。
　　（四）使学习目标成为学生的内在需要
　　在教学过程中，引领学生由认同目标，自主选择目标，逐步过渡到自我设计学习目标，确立自己的知识技能目标，诱发他们“我要学”、“我要发展”的内在需要，激发他们的学习动机，使其主动参与教学过程，获得教学的成功。这就在潜移默化中使学生领悟了“自主”，确立了学习过程中的“自我”。在教学《纸张》一课时，教师先和大家设定研究目标，接下来让学生自己思考，自己提出问题和选择方法，进行探究。在这节课中我们看到：有的学生选择“比较纸的吸水性”、选用宣纸、牛皮纸、瓦楞纸、书写纸来研究，将这些纸滴上红墨水，看那种纸吸水快，并且提出了需要注意的地方，如滴水时要同时滴，水量要一样等；有的学生选择“比较纸的承受拉力程度”进行研究；有的学生选择“比较纸的承受弯曲能力”等等。由于学习内容是自己选择的，他们在学习时也特别认真，思维十分活跃，神情也十分专注，仿佛像科学家那样在“真刀真枪”地进行研究。又如，在教学《点亮我的小灯泡》一课时，学生用教师提供的一节电池、一个小灯泡和一根电线，用小组合作的办法，把小灯泡点亮，并要求把小灯泡连接的方法画在科学记录表上。各个小组有序地投入到合作学习中，过一会儿各小组陆续完成了任务，只有一组的小灯泡始终没亮，他们在别组的欢呼声中变得更加着急，当教师发现了这组的情况后，不是叫他们停下来，而是很亲切地安慰他们：“没关系，慢慢来，要不要老师帮助？”在老师的鼓励下，他们又忙乎起来，但见一个同学一手拿电池，一手拿电线与电池的负极相碰，另一同学一手拿电线的另一头，与电池的正极相碰，另一只手拿小灯泡碰电池的正极。当老师发现了这一情况，马上轻轻地提醒他们：“小灯泡有两个连接点，你们只用到一个连接点，还有一个连接点是不是也要用起来？”在老师的引导启发下，他们轻轻地商量了一下，马上修改连接法，终于点亮了小灯泡，使每一个学生尝到了成功的喜悦。
　　（五）提供有结构的研究材料，为学生探究活动创造条件
　　提供有结构材料，能有效为学生探究获取知识创造条件。教学实践证明，学生能归纳、概括出科学结论，是由于他们对有结构材料的观察、实验、分析综合得出来的，因此，提供结构材料就显得尤为重要。所谓“结构材料”是指材料的构成和搭配是根据所学知识认知原理精心设计，各种材料之间具有内在联系，材料间的相互作用，可以为学生学习某种知识，提供比较丰富的感性认识，能启发学生思路朝着建立某种概念，归纳某种规律方向发展。在教学《流动的空气》一课中，为揭示“热空气上升，冷空气补充，产生空气对流而形成风”这一科学现象，我准备了两组材料，一组是可以游动的小纸蛇，在火焰上面转动，从而揭示热空气上升；另一组材料是一个两端（上表皮用硬纸板制成）露出小孔（大孔防止被蜡烛点着，小孔插入蚊香用）的封闭塑料水槽，并提供蜡烛、蚊香，用水槽内的环境模拟地球地表环境，蜡烛模拟温度高的地区，蚊香显示空气的流动，学生在点燃蚊香和蜡烛后看到烟（空气）的流动情况，不仅明白了热空气上升，冷空气流向热空气的空气流动规律，而且能轻易地理解自然界风的形成原因。在这个过程中材料在形式上的启发性结构起到了决定性的作用。学生通过了自己的观察、实验、分析综合得出来的，因而是真实、生动、具体的，也是学生终生难忘的。提供有结构材料，是教师为学生实验活动和获得某种概念创造条件，对发展儿童学科学的兴趣，培养学生独立、自主获取知识的发展能力有着积极作用。
　　（六）利用积极评价,形成良好的探究习惯
　　一提到评价，老师们往往会联想到考查、考试。其实对学生的科学探究能力评价涉及到许多方面，考查、考试只是一个很小的方面。在科学课的标准中，对学生的评价问题作了详细的叙述。课程标准中强调“科学课程的教学评价主要是为了促进学生的学习和发展，因此评价就不能仅在学习过程结束后再进行，而必须伴随于教学过程之中”。因此，科学探究能力的评价不仅要关注学生的探究结果，更重要的是关注他们的探究过程。学生在进行科学探究活动中，他们对自然事物的观察、发现以及提出问题的能力；在探究实验中的设计实验、动手操作能力；对观察、实验中各种信息的搜集、整理、分析、推理、归纳、总结、质疑、交流、评议等能力的提高；在情感、价值观等方面的发展等过程中都体现了学生科学素养的发展。这些方面都是评价科学探究能力的重要方面，这是一张试卷所不能体现的。只有注重了探究过程的评价，才能有一个好的结果。另外，评价的方法也应该是多种多样的。不只是考试这一种形式。例如：在平时为学生建立一个探究过程的记录本，及时记录学生的各种变化，从发展变化的程度上反映学生的探究能力。通过实验竞赛等形式来评价学生的动手实验能力。还可以让学生通过完成一定的自然环境、自然事物或自然现象等的考察研究，撰写考察报告来反映学生的综合素质能力等等。在对学生的科学探究能力评价时，应让教师、学生、家长甚至社会成员参与。总之，应重视学生的评价，应有一个公正、积极的评价，以促进学生科学探究能力的提高。
　　科学课堂的评价既包括学生的评价，老师的评价、家长的评价，还包括社会的评价。苏霍姆林斯基说过：教学中要“引导学生进行自我教育”。《科学课程标准》中也指出：要关注学生的学习过程，关注学生的情感体验，在评价上要体现多元化，强调评价的促进功能。首师大版科学教材为评价提供了广阔的空间，而且评价的方式机会是非常灵活的：可以在教学活动结束时评价，可以将评价贯穿在教学过程中；评价时不仅要关注学生科学探究活动的结果，更要关注学生在此过程中每个环节的表现；不仅要对学生在课堂中的表现做出评价，也要对学生课前准备做出评价；不仅对学生的小论文或研究报告进行评价，还要关注学生得到这些结果的方法及其间的经历；不仅有学生的自评、互评，还有教师的评价、家长的评价，如他们提出研究的计划和假设，收集、处理信息的能力如何，在活动中是否表现出兴趣、责任感、创造性与合作精神等等，都是评价学生不可多得的契机；一个新颖的设计方案，一个大胆的假设，一次与教材不同的设想，一个与众不同的创造性活动，意见精美的手工制作，一次愉快的合作，一次有意义的调查……，都是给予学生评价的大好机会。其实，教师的评价不单是语言上的激励，教师的一个眼神、一个微笑、一个翘起的大拇指、一次不经意的摸头，对学生来说，都是无价的表扬，都是一种激励。学生自评、互评的效果也是相当有效的，这样学生会感到自己进步了，今后要比现在更有进步才对。对学生的评价还要注意发动学生家长共同参与，这样会使学生的进步更加透明，学生会感到人人都在关注他，关心他，从而会使他更加有信心，进步的更快，更加有兴趣的学习，探究能力也就逐步的得到提高。
　　三、研究的不足和展望
　　在教学中，教师要以学生为主体，致力于培养学生在学习过程中的主动参与性，把学生引向他们的“最近发展区”，使他们的思维始终处于积极活跃的状态，为学生以后的学习和发展打下扎实的基础。科学家的探索研究经历告诉我们，探究的过程是艰苦的，往往一个课题要经历千百次不懈的努力，最后才能获得成功。美国著名的发明家爱迪生，他发明电灯就进行了一千六百多次的实验。大科学家尚且如此，小学生探究活动，我们绝不要担心失败，经历失败后获得的成功，对学生的影响更强烈。他们在发展智能的同时情商也得到相应的发展。另外探究教学对教师的要求很高，我们要努力提高自身素质，通晓科学学科的科学体系，只有这样才能更好地实施探究教学，培养学生的探究能力。