捕捉契机，因势利导

汤绪华

【摘要】如何培养学生的科学素养，科学探究是一条很重要的途径，但如果探究的切入点不够合理，使探究流于形式，为探究而探究，将会导致学生的科学素养有所缺失。于是把握探究的有利时机在科学教学中显得十分必要。文章从“迷惑、延伸、迁移、定势、意外”等疑惑中捕捉时机点，对合理切入科学探究的实践做了一些归纳与总结。

【关键词】科学探究；迷惑；延伸；定势；意外

在教学实践中，科学探究已成为课堂的一项必要项目。但由于在实际中实施探究的切入点不够合理，许多探究的开展显得牵强，使探究流于一种形式，表面上热热闹闹，实际上缺乏实质性，甚至有为了探究而探究或验证性地做实验检验课本上内容是否正确，对学生科学素养的培养无多大益处。教育心理学认为，学习中如果能有效地捕捉住探究契机，就能提高探究的有效度，从而获得最大教学效益。本文从教学实践的运用中，对实施探究的切入点进行了一些思考。

一、从“迷惑而疑”中切入

科学现象往往是错综复杂的，一个科学量涉及多种因素，这些因素中有与问题的本质有相关联的量，也有无关联的量；有主要变量，也有次要变量。所以必然会引发认知上的疑惑：有些因素好像是有关的，有些因素好像是无关的，这些迷惑因素我们往往很难确定。

案例1：在《指南针为什么能指方向》的教学中，在选择器材自己制作指南针时，让学生通过探究知道有磁性的物体是可以指示南北方向的。之后我特意提供了铁针、钢针、木针、金针、银针、镍针、塑料针、钴针器材供选择，学生能很快地分辨出铁、钢是能吸引的，木针和塑料针是不能吸引的，但对于金针、银针、镍针和钴针就分辨不清楚了。

针对这种迷惑的因素，怎么办呢？分小组探究，我给每个小组准备了一个信封，里面分别装着他们易混的银制品、镍制品和钴制品器械，对金这种材料我就拿出一枚金戒指用磁铁试一下。这几种材料学生平时见得少，所以我让学生自己通过实验探究得出结论。在磁铁能吸的物品中，有学生提出5角硬币， 我特意找到了资料——《人民币那点事》（如图1），供同学们参考。

知道5角硬币主要材质是合金，旧版材质为铜锌合金，不能被磁铁吸引，新版为钢镀铜合金，是能被吸引的。

人民币那点事

1992年6月中华人民共和国第四套人民币正式发行。第四套人民币发行了 三种铸币，分别是1元、5角、1角。1角由铝镁合金制成，5角为铜锌合金制成，1元为钢芯镀镍制成。

1999年10月1日，在中华人民共和国建国50周年之际，发行第五套人民币。第五套人民币的1角材质改为不锈钢，5角材质改为钢镀铜合金，1元材质不变。

第六套人民币预计2019年发行。

案例2：在《能量转化的量度》教学中，我当时的预习方案设计如下。

请你做裁判：小王说：“真累，体育老师让我把各个角落的球都要捡到球筐中，做的功可真不少啊。”小红说：“我才累呢，所有人的衣服都让我拿着站了这么久，做功比你多。”小王说：“其实你一点功都没做。”小红硬是觉得自己做了功，两个人吵了起来。请你说一说，哪个同学讲得有道理，并说明原因。

这样设计的目的：“做功”和“做工”“工作”的意义不同，学生在学习后很容易混淆迷惑，概念模糊不清，这时恰好是我们弄清问题的时候。针对这种易混的概念，我当时是组织学生以三方辩论赛的形式，通过打比方举例说明的方法来弄清这些概念的。

二、从“延伸而疑”中切入

认知理论揭示，学生在认知事物时，在已有的认知结构基础上，在教师的引导、组织下，通过自己主动观察、分析、猜测、验证、概括，从而形成认知并纳入已有的认知结构中去。也就是说，学生的认知有一个水平纵向提升的过程，在这个过程中必定存在一种“半认知状态”，基于已有的认知，进行一些合理的推论，并有一种“应该是这样”的疑惑。

案例3：在《大气压的存在》一课中设置环节：比一比，谁能将饮料吸上来。

材料准备：消毒过的锥形瓶，橡皮塞里插吸管装满饮料（如图2）。

活动：每个组派一名代表吸饮料，要求不能打开瓶子，看看哪个组吸得最快？

学生：使劲吸，但吸不上来。

此时我安排小组讨论：在不打开瓶盖的前提下，如何喝到饮料？不是吸上来的，到底是怎么上来的呢？之后我组织学生开展了一个探究活动，器材如图3所示，玻璃管中水面上升是什么原因呢？通过实验分析得出结论：瓶中的饮料不是吸上来的，而靠大氣压上来的。

案例4： 在学习《物质的密度》时，学生在生活中，从自己家的用水收费单上了解到水表计数单位是体积（立方米），收费单位是吨，于是产生了一种模糊的想法：“水的体积和质量肯定有一种对应关系。”然后取不同体积的水测出质量，找对应关系，发现质量与体积的比值是一个定值。“那么是不是每种物质都有这种对应关系呢？比值会一样吗？”这两个问题就是一种延伸。由认识冲突而激发出好奇心，猜一猜，测一测，从而培养学习科学的兴趣。

对学生而言，由延伸引发的疑惑的最大特点是学生的一种一试身手的需求。此时实施探究，能够很好地培养学生的合理猜想能力，为提升学生认知水平巧妙地铺设了落脚点，重要的是学生的探究是积极而快乐的。

三、从“迁移而疑”中切入

教育学表明，有学习就会有迁移，孤立的彼此不影响的学习是不存在的。在由此及彼的横向对比迁移中，受各种因素的影响，在已有的知识延伸到新情景的过程中，学生必然会产生“是否可行”的疑惑。

案例5：在《流体的压强特点》学习中，当学生通过探究获得了“流动气体的压强特点是流速大压强小”的认知后，对比迁移到流动液体的压强特点时，学生产生了疑惑：“静止的液体和气体在压强特点上具有很大的相似性，那么流动的液体是否具有和流动气体相似的性质呢？”此时学生急切地向我提出了问题，看着他们迫切的心情与欲望，我并不会直接告知他们答案，而是提出了实验探究的要求：“设计实验方案、需要的实验器材、预期实验现象。”同学们设计了以下一些实验方案。

方案一：用水槽装水。漂浮两只小烧杯，用玻璃棒划动小烧杯中间的水流。猜想：预期小烧杯会向中间靠拢。

方案二：用水槽装水。漂浮两块泡沫，用橡皮管接通自来水冲击两块泡沫中间。猜想：预期泡沫会向中间靠拢。

方案三：用水槽装水。漂浮两只乒乓球，用注射器向两乒乓球中间注水。猜想：预期乒乓球会向中间靠拢。

实验器材中还有使用玩具小船、纸折小船、小木块等漂浮物体的情况，可分别开展实验，预期的实验现象中也有不发生变化和向背远离这两种情况。这样，由一种实验现象擴展迁移到类似的实验现象的解释与分析就能得心应手了。

案例6：在《学习大气压强》时，学生对练习中医院里面挂盐水有一个管是开口向空中的，为什么盐水流向人的静脉血管却不流向空气产生了疑问。这是在学习大气压之后的练习中出现的，所以同学们能想到是大气压的原因，但不知道其真正的原理。因此，我在讲到这一练习时，找来双孔橡皮塞和广口瓶（如图6），在瓶中加水后向下倒过来观察水流情况。学生观察到为什么每次只有一个孔出水，由挂盐水实验迁移到大气压对液体的作用。因此，跟学生讲解还不如让他们先做实验后分析其原因，加强其对知识的理解与巩固。

案例7 ：《寻找金属变化的规律》教学片段。

问题一：（投影不同锈蚀程度的铁、铜、金）。同样的条件下，它们的氧化程度为什么不一样呢？引出方法一：与氧气反应比较活动性。

问题二：刚才我们是运用了金属的什么性质比较了金属的活动性？

生：化学性质。

师：那么你们还知道金属的其他化学性质吗？（知识的迁移）

生：能与酸反应。

师：那能不能利用酸与金属反应这一化学性质来比较金属的活动性呢？引出方法二：与酸反应比较金属的活动性。

师：请同学们设计实验，予以研究。

纵观这类探究，探究问题来源于对比迁移；探究有较重的“模仿痕迹”。在一系列的对比模仿中训练了学生的思维；探究的结论有效解答了疑惑，使知识有效实现了过渡。整个过程一气呵成。在更深层面上，模仿为创新改进奠定了基础。

四、从“定势而疑”中切入

科学前概念是学习中表现尤为突出的一种定势。由于中学生的知识经验有限，思维的独立性和批判性还不成熟，考虑问题容易产生表面性，且往往会被表面现象所迷惑而看不到事物本质，所以在接触科学知识前，对现实生活现象易形成一些错误的前概念。例如在学习牛顿第一定律时，有多数同学认为有力物体才会运动；在学习简单磁现象时，多数同学又会认为磁铁能吸引金属等。这些前意识根深蒂固，它排斥了正确科学概念的建立，在与正确的科学概念的斗争中转化为一个个“不可思议”的疑惑。

案例8：《摩擦力》教学中，分析影响滑动摩擦力的因素，学生提出了“接触面积大小与摩擦力大小有关的观点”。理由：①人在冰上行走要滑倒，而穿了带有冰刀的溜冰鞋就不会滑倒，这里面就有面积的差异；②人摔倒在水泥地上，接触面积不一样，那么皮肤上的划痕受伤程度也就不一样；③汽车刹车时留在地面上的橡胶痕迹，却没有看到自行车刹车时有橡胶痕迹。表面看来确实都有面积因素，效果也不一样，仔细分析，本质上都有压力的影响。若仅仅从理论上解释给学生听，学生说什么也不会相信。于是，我因势要求学生设计实验方案加以探究。

思考：如何控制变量？设计实验方案？如何获得证据？

展示实验设计示意图（图7中的滑块为一长方体物块），解释方案。

选取器材，实验操作，获得数据。在接触面性质、接触面间的压力一定的条件下（控制变量法），研究滑动摩擦力与接触面积的关系。

换材料，重复实验，获得数据（彻底摧毁学生固守的错误经验）。

分析数据，得出结论。

案例9：《机械效率》的教学片段。

教师提出了一个问题：“现在要把一个物体升高到高度为h的地方，可以用手直接提高，也可以用动滑轮、定滑轮来提高，还可以沿斜面推到相同的高度。请同学们猜想一下，使用这四种方法所做的功是否相同？并说出你的理由。”

结果是大多数学生认为用手直接提高物体时，做功会多一些。没有学生认为机械做功会比用手做功多。他们所给出的理由主要是“机械的工作效率高”之类的定势判断。

教学实践中，教师借机提出探究要求：“请你们运用动滑轮设计实验来验证你的猜想。”大多数学生提出通过测量用手做功和用机械做功的数值直接进行比较。

分析实验结果，同学们惊奇地发现，用机械做的功竟然比用手直接做功还要多。

教师请大家讨论分析实验结果是否合理。在讨论的过程中，学生意识到在实际情况中使用机械所做的功比用手直接做的功还要多，也就是说“使用机械并不能省功”。

在阅读教材的基础上，教师请学生继续思考并讨论：“使用机械做功为什么比用手直接做功还多？”适时引入了“有用功”“额外功”“总功”和“机械效率”的概念。

克服科学学习前的定势，探究的证据是征服学生最有效的手段，对于消除这些错误概念而言，任何讲授都是苍白无力的，必须借助直观实验探究，用事实证据摧毁错误的堡垒。这些探究，除了知识目标、过程与方法目标的有效达成，更是在情感、态度、价值观目标上，让学生领悟到实验的重要性，实践是检验真理的唯一标准。

五、从“意外而疑”中切入

在科学史上，一些不经意的细节往往蕴含着伟大的发现，如赫兹做证实无线电波存在的实验时，不经意发现在紫外光的照射下，两个小铜球之间的放电现象激烈一些，他虽然不明白这是什么原因，但真实地记录了下来，日后，这一不经意的细节使得爱因斯坦提出了光量子假说。同样，意外现象在教学实践中不断地生成，既有实验中的次要现象，也有实验中的失败，更有学生的灵感。这些意外，都会伴随着学生“一探究竟”的思维活动。

案例10：在学习NaOH能与 H2SO4 反应的性质时，需要滴加指示剂酚酞试液，学生都能理解酚酞试液的指示作用。可是有一位学生不经意提出：“为什么要先向NaOH溶液内滴加酚酞试液，再滴加H2SO4溶液？可以将滴加酚酞试液与H2SO4溶液的顺序调换吗？”从本节课的内容来看，只要能够说明NaOH能与 H2SO4 反應就可以，所以这个问题是次要的，对教师而言，这个问题是一种意外，可以置之不理。可是我顺势进行了发挥，设置了问题：“先滴加H2SO4溶液后滴加酚酞试液，酚酞试液不变色，是否能说明NaOH与 H2SO4恰好完全反应？请设计实验加以说明。”

学生设计了如下方案：

取样品，滴加紫色石蕊。变蓝色，则说明NaOH过量；变红色，则说明H2SO4过量；不变色，则说明恰好完全反应。

（这个方案引起了学生激烈的讨论，因为教师设置的问题中NaOH肯定已经反应完全。经过讨论后，学生认识到这个问题的实质是探究H2SO4是否过量，因而更正了实验方案。）

①取样品，加入少量碳酸钙粉末，观察是否有气泡产生；

②取样品，加入少量金属锌粒，观察是否有气泡产生；

③取样品，加入氯化钡溶液，观察是否有白色沉淀产生。

第③个方案也引起了激烈的讨论，因为硫酸根始终存在，必定会出现沉淀，并不能说明H2SO4过量。经过讨论，学生认识到反应的实质是离子交换。

案例11：在《种子的结构》这一节教学中，需要让学生探究碘遇到淀粉的颜色变化。可是实验中学生发现颜色是变黑的，这一现象与变蓝的结论产生了矛盾。“碘遇到淀粉到底是变什么颜色？可能是什么原因造成黑色的呢？”于是我鼓励学生自己设计实验来探究碘遇淀粉到底是什么颜色。学生设计了不同的方法：把碘液滴到馒头上（学生吃剩的早饭）；用刀片刮一点染色的胚乳放在表面皿中，再加一点水稀释；把染色的胚乳涂在白纸上；把染色的胚乳均匀地涂在无色透明的塑料纸上，看会透过什么颜色的光；刮下一点胚乳放入水中，再滴入碘酒……

与此相类似，在《碱的共性》教学中，酚酞滴入NaOH中，酚酞变红色的现象非常明显，可是把它摆放在试管架上，过了一会儿，学生们发现红色消失了，学生惊奇地叫了起来：“老师，颜色没了！”由此得到意外惊喜。

一个与教学主题没有多大关联的次要问题，从知识角度来看价值不是很大，甚至有可能是游离于书本之外，而由此培养科学学习兴趣却是卓有成效的，因为它的重要之处在于培养了学生严谨的科学态度。

六、小结

教学的追求是在最适合的时机让学生进入情境之中，体验探究的乐趣。在一系列有深度的科学探究活动中，体现了学生高阶思维能力的培养，突出了学生的主体地位。真正体现科学素养中的“以生为主”核心理念，实施科学探究的时机是否合理，检验标准就在于“探究是否基于学生的需求，是否真的有利于学生的发展”。只要切入点引领得当，学生探究的欲望会更强烈，我们不仅要重视学生探究的过程和结果，更要重视对学生科学探究意识的培养，激发他们的求知欲望，让他们以科学探究的方式去认识世界，去发现真实生活中的各种现象。

【参考文献】

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