齊于能 陳霄

培養(yǎng)小學(xué)生的探究能力是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的核心之一，而主要載體之一就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)。構(gòu)建基于層級(jí)分析、雙螺旋發(fā)展的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究模式，為有效的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)提供了可供操作的模式，體現(xiàn)了科學(xué)探究走向深入的要求，增進(jìn)了科學(xué)探究的價(jià)值。本文僅就基于層級(jí)分析、雙螺旋發(fā)展的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究模式的構(gòu)建進(jìn)行分析和探討。

一、科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的現(xiàn)狀及問題分析

科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究性學(xué)習(xí)相對(duì)于以往傳統(tǒng)的科學(xué)教學(xué)模式來說的確有矯正作用，但就客觀實(shí)際來講也出現(xiàn)了矯枉過正的現(xiàn)象和對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)中 “探究”的誤解誤讀，背離了課程改革的初心。探究性學(xué)習(xí)的缺失，緣由較為復(fù)雜，僅就以下案例作做些粗淺分析。

案例一 忽視探究之舵——讓科學(xué)概念引領(lǐng)科學(xué)學(xué)習(xí)

一位教師在以探究為主題的教學(xué)研討中執(zhí)教《動(dòng)物的卵》一課時(shí)，把實(shí)驗(yàn)探究的重點(diǎn)放在指導(dǎo)學(xué)生的觀察方法上。以“雞蛋的結(jié)構(gòu)怎么觀察？”“先觀察里面還是外面？”“外形怎么觀察？”“里面的結(jié)構(gòu)怎么觀察？”“局部觀察還是整個(gè)打開？”“用鑷子敲個(gè)小孔，要注意什么？”“雞蛋煮熟后內(nèi)部結(jié)構(gòu)有什么變化？”等一系列問題引導(dǎo)學(xué)生探究。學(xué)生通過觀察反饋的雞蛋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和氣室等信息，教師卻沒有引導(dǎo)將這些信息與“繁殖”關(guān)聯(lián)探究。教師的反饋是評(píng)價(jià)：你觀察得真仔細(xì)！這個(gè)方法真好等。

分析：“通過不同的觀察方法認(rèn)識(shí)雞蛋的外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)?！背闪诉@位教師的教學(xué)重點(diǎn)。相對(duì)于學(xué)生的思維培養(yǎng)只停留在重復(fù)練習(xí)而沒有深入發(fā)展?！靶碌纳眴卧獜摹盎ā钡健肮麑?shí)”“種子”再到“種子的傳播”“種子的萌發(fā)”指向的是核心科學(xué)概念“繁殖”。觀察探究中以“繁殖”這個(gè)核心概念進(jìn)行引領(lǐng)，學(xué)生才會(huì)從“繁殖”這個(gè)新的高度去探究他們非常熟悉的雞蛋，從而認(rèn)識(shí)到雞蛋無論是形狀還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)都與繁殖是密切相關(guān)的，從而構(gòu)建新的科學(xué)概念——?jiǎng)游锏穆迅魇礁鳂?，但都有新生命發(fā)育生長(zhǎng)的條件。據(jù)了解這種現(xiàn)象不是個(gè)別而是普遍，科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究性學(xué)習(xí)呼喚核心概念的引領(lǐng)。

案例二 忽視探究之舟——讓探究與概念層層相對(duì)

一位教師在上《土壤的污染》一課，從土字的“三筆畫”分別表示什么開始，土壤中有什么直接影響植物生長(zhǎng)的成分，再到有哪些成分對(duì)植物有危害性，這些不利于植物生長(zhǎng)的東西是從哪里來的，這些東西是怎樣危害植物生長(zhǎng)的，學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證危害物對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，最后老師要求大家用今天的方法去治理土壤的污染問題，爭(zhēng)當(dāng)環(huán)保小衛(wèi)士。

分析：這堂課的環(huán)節(jié)表面上是流暢的，符合國(guó)人一貫的含蓄風(fēng)格。但是，一是課堂太散，土壤的污染話題是本堂課學(xué)習(xí)討論的中心，卻扯進(jìn)了如土壤里有哪些成分的環(huán)節(jié)。事實(shí)上是學(xué)生的探究技能已經(jīng)能解決這個(gè)初級(jí)概念，已經(jīng)了解了土壤中的組成成分，沒有發(fā)展可以省略掉。二是等再過渡到哪些成分有危害性，對(duì)于一節(jié)課只有40分鐘的寶貴時(shí)間而言，在學(xué)生解決探究問題上技能要求跨度太大，不能完全解決。三是課堂偏頗了核心概念引領(lǐng)，也就失去了探究性學(xué)習(xí)的意義。科學(xué)教學(xué)需要探究技能和科學(xué)概念的協(xié)調(diào)發(fā)展。

案例三 忽視探究之水——讓教材的層級(jí)設(shè)置服務(wù)探究

四年級(jí)認(rèn)識(shí)金屬的性質(zhì)一個(gè)課例中，一位執(zhí)教老師把學(xué)生在開始階段提出的“金屬能反光、能導(dǎo)電、能傳熱”等作為假設(shè)，制定了三個(gè)探究主題活動(dòng)組織學(xué)生對(duì)其一一進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果探究活動(dòng)過半不到就因時(shí)間不足而草率收?qǐng)?。課后教師還感嘆：時(shí)間都去哪兒了！

分析：教師備課時(shí)沒有關(guān)注教材的結(jié)構(gòu)體系，沒有留意學(xué)生原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，是本課例中老師教學(xué)失敗的主要原因。學(xué)生提出的“金屬能反光、能導(dǎo)電、能傳熱”等都是他們?cè)谠鹊膶W(xué)習(xí)中通過觀察實(shí)驗(yàn)活動(dòng)形成的認(rèn)識(shí)，并非假設(shè)。但是老師卻將學(xué)生已有的認(rèn)識(shí)作為假設(shè)并要求檢驗(yàn)是一種重復(fù)無效的活動(dòng)。

“科學(xué)實(shí)驗(yàn)以探究為核心”與“關(guān)注科學(xué)概念教學(xué)”之間實(shí)際并不矛盾，“船與舵”的關(guān)系就是探究過程與科學(xué)概念的關(guān)系。科學(xué)概念被架空，是因?yàn)闆]有探究過程。探究過程失去方向，是因?yàn)楹鲆暳丝茖W(xué)概念。

二、層級(jí)分析的提出及基本原理

（一）層級(jí)分析的提出

從探究的維度來講，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重視探究的實(shí)質(zhì)和深度，是重中之重。因此科學(xué)概念和科學(xué)探究的雙螺旋發(fā)展構(gòu)成一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的內(nèi)核，是最應(yīng)該關(guān)注的。

“層級(jí)分析”就是一個(gè)行之有效的策略。對(duì)具體的教學(xué)活動(dòng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的科學(xué)概念、探究技能執(zhí)行從低到高的目標(biāo)解構(gòu)，使科學(xué)概念與科學(xué)探究二條線索層層相對(duì)、級(jí)級(jí)相應(yīng)，兩條線索通過層級(jí)目標(biāo)解構(gòu)由淺入深、螺旋上升。即所謂“層級(jí)分析”。

（二）科學(xué)概念與探究技能的層級(jí)分析基本原理

1.科學(xué)概念的層級(jí)分析

科學(xué)概念具體解構(gòu)為事實(shí)性知識(shí)、知識(shí)性主題、具體概念直達(dá)至科學(xué)核心概念，然后針對(duì)每個(gè)核心概念設(shè)計(jì)探究活動(dòng)。（見圖1）

在大量翔實(shí)的事實(shí)性知識(shí)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生探究次級(jí)主題。每一次的探究都是對(duì)前一次的補(bǔ)充和修進(jìn)。從這個(gè)層面來講，層級(jí)解構(gòu)意味著螺旋上升。

2、探究技能的層級(jí)分析

由淺到深，從初級(jí)技能“觀察”，到“測(cè)量”，直至“建立模型”，表格中8類探究技能體現(xiàn)了由易到難的技能提升培養(yǎng)。同樣每一類探究技能本身都有從淺到深的難度漸進(jìn)順序。如“觀察探究技能”水平就有水平1、水平2、水平3的難易之分，分別針對(duì)這些層級(jí)進(jìn)行探究活動(dòng)設(shè)計(jì)。

3、概念與技能的層級(jí)整合

層級(jí)分析雙螺旋活動(dòng)，就是把同屬一個(gè)層級(jí)的科學(xué)概念和探究技能整合在一個(gè)有結(jié)構(gòu)的探究活動(dòng)中，當(dāng)然也可以進(jìn)行有差異的層級(jí)整合。因此這種層級(jí)分析雙螺旋活動(dòng)整合保證了實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的實(shí)質(zhì)和深度。（見圖3）

三、基于“層級(jí)分析”雙螺旋整合的實(shí)驗(yàn)探究模式的構(gòu)建與實(shí)踐

（一）模式構(gòu)建

這種新型的探究模式包括四個(gè)階段。（見圖4）

定向診斷與探索主要展示學(xué)生的前概念，聚焦探究的開端。建構(gòu)驗(yàn)證與交流環(huán)節(jié)也需要評(píng)價(jià)學(xué)生的前概念，在解釋修正與拓展中也應(yīng)有評(píng)價(jià)學(xué)生的前概念。因此可以這樣理解，這實(shí)質(zhì)上就是以最低層級(jí)的科學(xué)概念為根本的的螺旋式上升的探究模式。在此一模式類型中，將過程與技能培養(yǎng)放在模式的中心，意指在學(xué)生的定向診斷與探索、建構(gòu)驗(yàn)證與交流、解釋修正與拓展三個(gè)階段中是否促進(jìn)了與探究技能的整合螺旋發(fā)展。模式中從中心向四周發(fā)出的三條虛線表示這一階段是潛在的，隱藏在其他三個(gè)階段當(dāng)中。模式圖中外圍三個(gè)階段中相互發(fā)出的三條實(shí)線表示這三個(gè)階段之間是雙向的，是螺旋上升漸進(jìn)的，相互之間是互動(dòng)的，每一階段的探究都應(yīng)該是對(duì)前一階段層級(jí)的補(bǔ)充和修進(jìn)。

（二）各環(huán)節(jié)教學(xué)實(shí)施

以課例《用水測(cè)量時(shí)間》，淺談如何在科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究過程中通過層級(jí)分析螺旋發(fā)展引領(lǐng)學(xué)生構(gòu)筑科學(xué)概念和探究技能的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1、定向診斷與探索

診斷并引出學(xué)生的科學(xué)前概念是此階段環(huán)節(jié)的首要任務(wù)。為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)定向教師首先要?jiǎng)?chuàng)設(shè)特定的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)問題情境，其次要引導(dǎo)學(xué)生自己嘗試解決問題進(jìn)而引出學(xué)生對(duì)此主題的前概念。提一些啟發(fā)性問題、提供腳手架式的活動(dòng)材料，是教師保證讓學(xué)生自主進(jìn)行探究活動(dòng)應(yīng)該做的事。

2、建構(gòu)驗(yàn)證與交流

構(gòu)建新的認(rèn)識(shí)和初步形成解釋的過程是這一個(gè)階段的重點(diǎn)。個(gè)人認(rèn)識(shí)與事實(shí)證據(jù)之間、個(gè)人認(rèn)識(shí)與科學(xué)概念之間的“沖突”充斥這個(gè)階段。學(xué)生會(huì)進(jìn)一步暴露和明晰自己的原有概念和認(rèn)知，感受不同觀點(diǎn)和解析之間的差異。教師在本階段的探究學(xué)習(xí)活動(dòng)中開展有層次的根據(jù)事實(shí)去引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行推測(cè)和驗(yàn)證，把握在不同要求的教學(xué)各個(gè)階段及時(shí)地指導(dǎo)學(xué)生開展各種探究學(xué)習(xí)。使整個(gè)教學(xué)過程向著預(yù)期要達(dá)到的科學(xué)概念目標(biāo)推進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生逐步構(gòu)建新的科學(xué)概念。

《用水測(cè)量時(shí)間》一課例的目標(biāo)科學(xué)概念是：在一定條件下，流水具有等時(shí)性。因?yàn)榫哂械葧r(shí)性，所以可以用來測(cè)量時(shí)間。圍繞這個(gè)目標(biāo)科學(xué)概念，教師設(shè)計(jì)了三個(gè)有層級(jí)的包含目標(biāo)概念內(nèi)涵的探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)?；顒?dòng)一是思考古代的水鐘是怎樣報(bào)時(shí)的，學(xué)生形成第一層級(jí)的概念——感受時(shí)間就像流水一樣在流動(dòng)，形象地認(rèn)識(shí)時(shí)間這一事物；活動(dòng)二是做個(gè)注射器滴漏試試看，形成第二層級(jí)的概念——“ 在同樣的裝置中，水流的速度是不一樣的，是先快后慢的”“水流的速度與水位的高低有關(guān)”；活動(dòng)三是認(rèn)識(shí)流水能計(jì)時(shí)，形成第三層次的概念——水的運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的，從而可以用來計(jì)時(shí)。

《用水測(cè)量時(shí)間》這一課例中，三個(gè)層級(jí)探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)雖然條理清晰但包含的內(nèi)容卻非常多，如果教師不能很好把握，雜亂無章的教學(xué)狀態(tài)就極易形成。運(yùn)用“層級(jí)分析”原理推敲原先的教學(xué)策略就能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念的修正與完善?；顒?dòng)二我是這樣重構(gòu)的：明白怎樣分工合作才能做到準(zhǔn)確測(cè)量作為首要討論活動(dòng)，然后測(cè)量流完100ml水的時(shí)間并統(tǒng)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)。再推測(cè)蓄積10ml、50ml、100ml的水需要的時(shí)間，討論后開展驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。這樣的設(shè)計(jì)：首先是基于對(duì)在前概念反思的基礎(chǔ)上進(jìn)行推測(cè)；其次測(cè)量數(shù)據(jù)初步構(gòu)建了目標(biāo)科學(xué)概念，為更有價(jià)值的推測(cè)提供了事實(shí)與依據(jù)；再者科學(xué)探究的實(shí)證性得到了體現(xiàn)，通過驗(yàn)證高效地達(dá)成了對(duì)初步構(gòu)建的科學(xué)概念的修正。

3、解釋修正與拓展

這一階段的內(nèi)容包含：首先學(xué)生對(duì)自己的經(jīng)驗(yàn)開始抽象化使其成為一種可交流的形式，并通過進(jìn)一步的探究活動(dòng)對(duì)自己的解釋進(jìn)行修正、求證與評(píng)價(jià)。其二學(xué)生要展開自己的科學(xué)概念使其與其他概念之間的聯(lián)系，并運(yùn)用所構(gòu)建的新概念解釋周圍世界或新問題，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)新概念的驗(yàn)證、應(yīng)用、鞏固和完善。

師：使水流的速度一樣，用什么辦法可以解決？

學(xué)生討論交流

生：不停地向里面加水，水流下來的速度就會(huì)一樣。

師：這真是一個(gè)好辦法。只要保持同樣高度的水位，水流就會(huì)以相同的速度往下流。同學(xué)們請(qǐng)看（出示水鐘圖）

師：古人制造的計(jì)時(shí)水鐘，是否也是用這樣的方法讓水以相同的速度往下流？

生觀察水鐘圖后，交流。

此前的探究活動(dòng)，學(xué)生已經(jīng)明確“這樣的水鐘并不能準(zhǔn)確地計(jì)時(shí)，水鐘要準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)，水流的速度必須相同?！贝藭r(shí)要想讓學(xué)生對(duì)“流水具有等時(shí)性”的科學(xué)概念有一個(gè)明晰的理解認(rèn)識(shí)，必須通過問題引導(dǎo)加深對(duì)概念的理解。這樣當(dāng)學(xué)生再次看水鐘圖時(shí)腦中就會(huì)出現(xiàn)這樣一幅會(huì)動(dòng)的畫面：計(jì)時(shí)水鐘上的水位永遠(yuǎn)保持著同樣的高度，而滴下來的水流速度也永遠(yuǎn)是相同的。如此，“流水具有等時(shí)性”的概念形成。

4、過程與技能

這一過程應(yīng)貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)過程之中，沒有探究過程與技能發(fā)展科學(xué)概念將成無源之水，忽視科學(xué)概念整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程將失去方向。如何讓科學(xué)概念和探究技能協(xié)調(diào)的發(fā)展呢？下面就以《用水測(cè)量時(shí)間》一課中概念構(gòu)建為例，就“推測(cè)”一項(xiàng)技能做個(gè)雙螺旋發(fā)展分析。（見圖5）

由此可見，科學(xué)概念與探究技能是逐層逐級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展螺旋上升的。比如第一次推測(cè)就是在學(xué)生的前科學(xué)概念后而進(jìn)行的一次推測(cè)，這正是形成科學(xué)概念的起點(diǎn)。而第二次推測(cè)基于前概念反思又基于科學(xué)實(shí)證數(shù)據(jù)的推測(cè)，為科學(xué)概念的更深層次理解進(jìn)行了鋪墊。第三次推測(cè)在前兩次測(cè)量的基礎(chǔ)上提出的，是思維的一次跨越，這時(shí)學(xué)生的前概念已并不僅僅限于課始，并且建構(gòu)了反例概念。第四次推測(cè)則是建立在前三次基礎(chǔ)之上的一次理性的推測(cè)，這一次的推測(cè)是縝密、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S過程。在這一思維過程中“流水具有等時(shí)性”這一核心科學(xué)概念得以形成。

四、結(jié)論

綜上所述，構(gòu)建基于層級(jí)分析的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究模式的探討表明，基于層級(jí)分析的雙螺旋發(fā)展是一種以學(xué)生前科學(xué)概念為基礎(chǔ)，通過科學(xué)概念的逐級(jí)修正和完善與探究技能的同步發(fā)展來建構(gòu)新的科學(xué)概念的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，科學(xué)概念知識(shí)、過程技能進(jìn)行由淺到深的目標(biāo)解析，讓科學(xué)概念與探究技能二條軌跡線索層層相對(duì)、級(jí)級(jí)相應(yīng)，相互作用、同步發(fā)展；兩條軌跡線索通過層級(jí)分析逐步深入、螺旋上升?；趯蛹?jí)分析的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究也就更有實(shí)效、更有深度。