1、有效進行探究活動的設計與實施- 科學論文有效進行探究活動的設計與實施袁輝蔡建平2015年中國教育學會科學教育分會年會在云南昆明舉行，主題為“基于學生核心素養的物質科學領域教學理論與實踐研究”。湖南省株洲市荷塘區賓雨老師參加了本次年會的現場課展示，執教內容為浮與沉，在全程參與本課研究的過程中，我們真正感受到有效進行探究活動的設計與實施的挑戰與精彩。查閱不同版本的小學科學教材，“浮與沉”內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的內容，而這些內容對小學生來說過于深奧。選擇湘版科學教材中的浮與沉作為展示課，主要是考慮浮與沉現象與學生原有經驗沖突比較大，有利于基于學

2、生的核心素養進行探究活動的設計與實施。 教材主要有兩個內容， 一是認識浮力的概念， 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現， 這兩個內容接近學生的已有認知，可以在第二個內容的基礎上增加一個探究活動，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，延續探究的興趣。在實踐中我們還發現，增加的探究內容難度并沒有超出學生的認知能力，只要為學生搭建好探究的腳手架， 學生順勢踮一踮就能發現“沒入水中不同位置的物體受到的浮力一樣大”。為此，我們設計了三個層層遞進的探究活動，以較好地達到培養學生科學素養的目的。一、體驗感知，構建水的浮力的科學概念在本課的第一個活

3、動中，學生很快了解到不同物體在水中的浮與沉。由于學生在生活中對沉浮的現象有比較多的了解，他們通過“將氣球或泡沫板豎直往下壓”的活動發現， 物體在水中會浮是因為物體在水中受到了一種向上頂或向上推的力，即水的浮力。 在學生匯報交流的過程中，老師及時抓住學生匯報時所用的托、推、頂、向上的表達，引導學生認識水的浮力的存在及方向，幫助學生透過直觀感知上升到理性思維的層面，使學生比較容易地構建水的浮力的概念。二、初步探究，定性認識下沉物體受到水的浮力前概念是學生根據自己的經驗觀察和理解世界的結果，前概念在學生學習科學的過程中起著非常重要的作用。教師了解學生的前概念， 有利于課堂各環節時間的科學分配，使教學

4、有的放矢，更好地提升教學效果。學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？本課第二個要探究的問題拋出來時，絕大多數學生受前概念的影響，認為下沉的物體沒有受到浮力， 這是錯誤認識。 為了讓學生充分暴露前概念，教師繼續追問：你認為下沉的物體沒有受到浮力的依據是什么？學生普遍認為，如果物體在水下受到浮力， 物體就不會下沉， 物體會被水的浮力托起來。學生對這一看法立場很堅定，此時教師用簡單的講授改變不了學生的認識，學生甚至在課堂上進行了爭論、辯論。這是本堂課第一個矛盾沖突點，在相持不下的認知沖突中，學生興趣十分濃厚，自發地想進一步研究，無形中產生了任務驅動。如何修正學生已有的錯誤

5、前概念呢？老師引導學生設計了這樣的探究活動用提磚塊掂量的辦法認識下沉的物體是否受到浮力。學生分組討論、制定方案，然后進行觀察、實驗，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。學生通過實驗發現，在水中比在空氣中提同一磚塊用的力小一些。教師趁機發問：“為什么提水中的磚塊時， 用的力氣小了呢？”學生很快意識到，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”。學生邊實驗邊分析推測，采用定性認識事物的方法，發現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律1 激發新矛盾，引發探究欲望在學生探究下沉物體是否受到水的浮力時，老師抓拍了幾個實驗場

6、景的照片，由此導出問題：“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。”一石激起千層浪，學生的前概念淋漓盡致地得到顯現，全班學生進入了思維碰撞的階段。有的說，上、中、下三個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。也有極少數學生說上、中、下三個部位浮力是一樣大的，理由說不清。孩子們各說各的理由，甚至發生了小小的爭論，誰也不服誰。這是本節課第二個矛盾沖突點。2 巧用橡皮筋，引導定量檢測在沖

7、突過程中，學生想到了做實驗，用事實說活。等到繼續用掂量的辦法來做實驗卻發現， 用估量的辦法不能準確知道浮力大小的問題。有沒有更好的辦法呢？學生躍躍欲試。此時，老師抓住契機啟發： 比較物體的重量，你可以用什么合適的工具呢？學生自然想到了尺子、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？學生馬上想到，用橡皮筋稱物體重量時， 物體輕，橡皮筋被拉伸得短；物體重，橡皮筋被拉伸得長。用橡皮筋來稱量，這既是在學生沒有學過彈簧秤的情況下，采用的“量體裁衣”簡單又效果佳的方法，又為學生后續學習彈簧秤的使用打下堅實的基礎。3 妙用統計圖，進行分析推理用橡皮筋定量測量后，如何對數據

8、進行呈現和分析？幾經實踐與調整，我們最終決定引入數學柱形統計圖來記錄、整理數據。統計圖能將實驗結果直觀呈現，數形結合展開分析推理，一目了然。這樣一個改進，我們也經歷了較長時間的打磨：從簡單的表格記錄改進到直觀的柱形統計圖記錄； 從 4 次重復地標數據、 撕紙條、貼紙條記錄程序到分別測量后一次性畫記號、撕紙條、貼紙條的兩次記錄程序。最初，我們是用表格來進行數據分析（如表一），方法中規中矩，沒什么明顯缺點，也沒什么優點。后來，我們改統計表為柱形統計圖，在圖上分別標明4 次測量數據：即在空氣中以及在水表面以下三個不同位置（分別以上、中、下標注）。我們發現，學生將用尺子量得的實驗數據寫在記錄紙上，畫出

9、柱形統計圖， 再去比較數據的大小，這樣做有一些弊端：一是橡皮筋總是上下抖動，難以獲得準確數據；二是獲得的數據是提重物用的力，難以轉換到浮力； 三是實驗操作時難免有誤差，當學生發現“沒入水中上、 中、下三個部位橡皮筋伸長數據不一樣”時，就會推出錯誤的結論。小學生在定量測量時，考慮到對數據要求的精確度不需要很高，可以采用模糊一點定量的方法， 于是，我們又進行了改進， 將柱形統計圖的柱長用彩色紙條（三種不同顏色）代替，直觀而清晰。采用畫記號、撕紙條、貼紙條的辦法，學生只要看一看自己制作的柱形統計圖，就能發現沒入水的上、中、下三個部位橡皮筋伸長是一樣的，加強了學生的感性認識。但由于孩子年齡小，重復四次

10、量、貼用時較長，且合作時的差錯也相應增加。怎樣提高學生操作的效率？我們意識到應減少學生重復操作的過程，于是對操作程序進行了優化，即將磚塊沒入水中上、中、下三次實驗連續做完后，在三種不同顏色的紙條上一次性畫記號，再將石塊提出水面， 進行撕紙條、 貼紙條的工作。這樣做既省時又能提高實驗的準確度，比起之前的記錄表直觀形象，利于展開分析。4 分析統計圖，發現浮沉規律當看到表示手提磚塊及沒入水中三個不同部位提磚塊用力的紙條高度時，學生驚訝了。磚塊在空氣中和沒入水中所用的力有差距，橡皮筋伸的長度也有差距，提水下磚塊的橡皮筋變短了。在教師的指導下， 學生在對應的柱形圖中找到這個變短的部分， 經過思考，他們發

11、現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量關系，意識到那部分柱高差就是浮力（如下圖所示）。引導學生關注入水前和入水后紙條的高度差，發現高度差就是磚塊沒入水中受到的浮力，很好地幫助學生由現象深入到本質。學生還發現，沒入水中三個位置時，同一磚塊所受的浮力是一樣的， 學生順利地推理出結論： 同一物體在水下不同位置所受浮力是一樣的。探究式學習過程的核心認知活動是高水平思維。本課中，學生能夠對知識進行靈活運用，對數據、圖表進行分析得到證據，找到規律，同時辯證地認識事物，即從具體到抽象，從個別到一般。全節課，教師適時地拋出問題，打破學生認知上的平衡，激發了他們的好奇心，使他們能夠自主、積極地帶著問題去學習。學生思維能夠及時轉換，流暢性、變通性更為明顯。 學生經歷了兩次重大的矛盾沖突，也更多地觸發了他們的“從驚訝到思考”：學習、生活中常常有一些事物，初步看似乎就是這樣，可仔細探究，結果往往是那樣的！科學，需要求真！培養學生科學求真的精神，是培養他們“核心素養”的一個非常重要的方面。從體驗浮力是水對物體的一種向上托的力，到探究發現下沉在水中的物體也受到浮力，再到將柱形統計圖數據進行分析轉化，認識到物體下沉在水中的不同深