激发探究文
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作者: Kimberly Loft 赵云铃
抛开(课堂中的)常规，调整实验手册中的实验，利用在热学单元中使用的相关策略，达到开放式探究层次。――Kimberlv Lott
你课堂中的探究层次需要提高吗?在许多学校中，小学课程都是教师一步一步讲授的，所以小学课堂中高度结构化(NgHy structured，这里是指实验手册详细设计好的实验过程，使得教师和学生没有更大的自由度――译者注)的实验手册很常见。使用实验手册，准备课程和实验比较简单，学生也比较容易完成，师生都不需要费太多脑筋。然而，使用这样的实验手册，学生学不到要达到更多引导性探究和依靠自己能力进行的开放式探究水平所需的基本探究技能，因此，教师陷入了低水平探究教学中。采用本文所述的基本步骤，教师能够创设一些活动帮助学生投入到更高形式探究中。以《小学科学教育：方法、概念和探究》(Sciencein Elementary Education：Methods，Conceptsand Inquiries，作者：Joseph M.Peters，David L.Stout，出版社：Allyn&Bacon)一书中三年级热学单元的“隔热材料如何减缓热传导”为例，说明怎样将实验手册中的实验转化为结构化探究活动，再转化为引导性探究活动，最后转化为开放式探究活动，提高探究活动的水平。
科学探究可以分为不同的层次(见表1)，但要达到开放式探究层次，学生首先需要掌握某些科学的方法技能：提出问题，制订研究计划，使用收集数据的工具和方法，形成基于实证的结论(NRC1996)。每个更高一级的探究层次都要求学生更多地提高和掌握这些技能。
教师怎样改进实验手册中的常规实验呢?显然是需要进行更多的引导性探究和开放式探究活动。但许多教师认为这是不可能完成的任务，因为他们有这样的错觉：认为这需要设计全新的活动。其实不然，将常规实验转化为完全的探究活动往往只需对原有实验稍作调整。当然，并不是所有的活动都适合完全地转化为探究活动，但是大部分都至少可以转化为结构化探究活动，并且很多可以转化为开放式探究活动。
第一步：从验证性探究到结构化探究
炎症性探究活动是典型的实验手册中的实验活动，即学生只需简单地验证已经学过的内容。通常教师向学生介绍一个活动主题，并提供该活动主题目标的背景信息。然后，给学生一个研究问题和寻找答案的实验过程。因为学生知道了活动的背景信息，所以他们已经知道了该调查研究的正确结果。在结构化探究活动中，教师只给学生提供研究的问题和实验过程，但学生不知道答案。结构化探究活动可以让学生练习使用工具和收集数据得出基于实证的结论等科学研究的技能和方法。
将验证性探究活动转化为结构化探究活动是最简单的，只需将现有活动进行很小的改变。步骤如下：
(1)因为学生不会自己提出问题，首先要将活动的题目变成一个可以激发学生好奇心的问题。
(2)从学生的指导手册中删掉所有能够提供解答线索的内容，如原来的活动目标等。
(3)转化为结构性探究的最后和最关键的步骤，是必须在进行辅导或阅读课本前开展探究活动。在设置情境或实例以引入主题之后，让学生通过调查研究来建构相关科学概念。在探究活动之后，再由教师介绍相关概念的细节，如结论和词汇的科学解释等。
此外，要确保为学生提供的问题是公平的，并要求学生根据自己收集的数据得出结论。用些额外的技巧改写研究问题要达到以下目标：
・要求学生从自己收集的数据中总结出结论，代替原来直接提供明确的知识目标。
・引导学生最终发现预定的知识目标。
活动案仍：为什么我们的房子有隔热层?
表2中的案例是一个很典型的验证性实验，学生已经知道了热量和隔热的背景信息，因此，他们很容易通过实验来验证这些信息。从表3中可以看出，通过一些微调，该实验活动很简单地就可以转化为结构化探究活动。活动题目转变为一个比较有吸引力的开放式问题，而没有直接告诉学生的正确答案。活动目标也被删掉了。表2中活动最后的两个问题仅仅是要求学生验证了之前学过的科学概念“隔热材料减缓热传导”，表3中活动最后采用了两个简单的问题，要求学生根据自己的数据得出相关结论。在修改过的活动中，学生能够研究隔热材料对水温的影响，然后自己去发现隔热材料减缓热传导的概念。
第二步：从结构化探究到引导性探究
引导性探究活动不仅要求学生自己收集数据，得出基于实证的结论，而且还要求学生自己制订研究计划。从结构化探究转化为引导性探究并不像验证性探究转化为结构化探究那样简单，因为并不是每个活动都适合这样的转换。因此，教师在进行转化时，需要考虑以下两个问题：
・针对要研究的问题，学生具备制订研究方案的背景知识吗?
・是否可以用多种方法研究这个问题?
如果这两个问题的答案有一个是否定的，那么该调查研究就不适合转化为引导性探究；然而，这些类型的探究活动可以采用低级别的结构化探究形式。教师可以讲解实验过程，但要让学生去设计数据收集和整理的方案。应当将学生活动手册(或学生记录单)中的表格、图表去掉，让学生决定数据整理的方法，并选择最合适的图表展示数据。
如果上述两个问题的答案都是肯定的，那么该实验就适合转化为引导性探究。具体操作步骤如下：
(1)教师将学生实验手册中的实验过程、所有数据表格和图表删掉；
(2)教师给学生提供探究的问题和可能用到的实验材料清单；
(3)教师引导学生考虑哪些变量是相关的，并如何测量它们；
(4)给学生提供充分的时间设计研究方案；
(5)教师在学生实验时，巡视学生的实验过程，给予相关的指导。在进行指导的过程中，可以问学生一些启发性的问题，来减少学生的挫折感。比如：
・你在做什么?
・你想做什么?
・如果这样，你觉得会发生什么?
学生回答这些问题之后，教师必须对学生的回答做出客观的回应，避免直接告诉学生正确答案。即使学生自己设计实验方案，他们的实验计划也必须符合教室内的安全规范。教师要在学生设计实验方案时，与他们讨论安全问题，并在开始探究之前
确认研究方案。学生必须明白即使他们的方案
符合安全要求，也并不意味着这个方案就一定能够解决研究问题。
活动案例：哪种材料保温效果最好?
为了让学生能够开展更多的引导性探究，到学校之前我设计了一个结构化探究活动(见表3)。基于这个活动，我让学生尝试着确定哪种材料是最好的隔热材料。学生们开始进行引导性探究(见表4)。他们积极地参与寻找最好的隔热材料的竞赛，而不是简单地研究隔热材料的效果。通过小组合作交流，学生列出了他们需要的实验材料。我分发了手边的几种隔热材料(棉花、木片、锯末、碎纸、干草)，
并且鼓励学生思考还可以用到哪些隔热材料。然后学生设计检测这些材料的方案。很多小组采用了我在结构化探究活动中提到的实验过程。然而，还有小组认为他们需要更厚一点的隔热材料，因此他们改变了密闭容器，使之能够容纳更多的隔热材料。该实验用到水龙头流出的热水，所以我提醒学生在取热水时采用正确的实验步骤，小心地将水拿到实爪验台上，然后迅速地将水装入密闭的容器中，防止水溢出烫伤其他成员。
学生清楚安全问题之后，开始测试他们的实验材料，全班交流讨论确定哪个小组的隔热材料最好。最后全班讨论为什么特定材料(或组合材料)隔热效果比较好。
第三步：从引导性探究到开放式探究
开展开发式探究，学生必须能够自己提出可验证的探究问题。学生的探究问题经常来源于结构化探究或引导性探究活动过程中的观察。在各个层次的探究活动中，都涉及到观察技能，但在开放式探究活动中尤为重要。即使学生已经参与了低层次的探究活动，在进行开放式探究活动之前他们依然需要培养观察能力。
除了观察技能，学生仍然需要教师示范怎样将观察到的现象转化为问题。有一种策略叫做“边想边说”，该策略可以帮助学生将难解的观察资料转化为可验证解决的问题。当学生进行观察时，教师有目的地大声与学生交谈，并讨论通过观察发现的问题。通过对学生进行这些示范，他们将能够从观察现象中提出自己的问题。
一旦学生开始提出问题，他们必须能够辨别哪些问题适合探究调查。有的问题通过认真观察可以得出结论，例如，学生也许会问：“蝴蝶喜欢某个特定品种的花吗?”这类问题可以通过认真观察之后来回答，因为在教室建立一个蝴蝶园是不可能的。而有的学生提问：“我们生活的地区有什么样的毒蛇?”这样的问题可以通过网络或书籍等资源找到答案。
帮助学生发现探究问题的另一个方法是“四问题策略”。该策略可以用于全班讨论或小组讨论。
教师可以先问学生第一个问题：“什么样的材料比较适合研究――?”
(在空白处填写比较感兴趣的主题)然后，学生列出各种可能需要的材料。
教师然后问第二个问题：“――是怎样变化的?”学生列出研究某种物体／生物体／材料时观察到的变化。
教师提出第三个问题：“你怎样改变实验材料去影响这种变化?”学生回顾问题1中列出的材料，列出改变它们的方法。
最后教师提出第四个问题：“你怎样测量或者描述――改变后的反应?”学生回顾问题2列出的变化，列出记录这些变化的各种可能的方法。
通过四个问题的回答，学生已经形成一个探究的问题，即简单的“如果我改变――(问题1列表中的材料)，――(问题2列表中的变化)将怎样?”从问题3的列表中，他们能够确定需要改变的材料(自变量)和其他保持不变的材料(控制变量)。问题4的列表，可以帮助他们确定材料改变后的反应(因变量)以及数据收集和记录的最精确的方法。
开放式探究的问题往往来自于引导性或结构化探究活动。当教师考虑一个活动是否适合转化为开放式探究活动时，教师可以思考这样一个问题：这个活动是否能够扩展到学生感兴趣的其他领域?如果答案是肯定的，那将这一活动提升为一个开放式探究问题对学生来说比较合理、简单。
当讨论哪种材料最隔热时，学生可能问道：隔热材料适宜保冷吗?如果我们一开始用冰水呢?诸如此类，我们就开启了开放式探究!学生运用与引导性探究活动相同的实验过程来探究该问题，但这次研究的却是他们自己提出的关于隔热材料的探究问题。
前进一小步，探究更深入
从验证性探究到结构化探究，再到更高级的引导性探究和开放式探究，必须经过一个精心设计的自然、缓慢的过程，以使教师和学生能够从容不迫地过渡。每前进一步，教师都要给学生更多的主动探究的空间。由于大部分学生刚开始都没有做好主动探究的准备，尤其对那些习惯于被告知该怎么做的学生，所以这也许是一次困难重重的尝试。学生在开始高层次的探究活动之前，必须在低层次的探究活动中练习相关的探究技能。为了确定什么时候学生可以开始更高一层次的探究活动，我设计了一系列的探究技能评测标准。这个评测标准是针对每个学生的，如果条件许可的话，也可以用于评测一个小组或一个班级。
正如学生需要更多的练习以提高科学探究的主动性，教师也需要练习逐渐放松对学生的控制。当学生开始自主设计实验过程时，教师需要练习怎样自始至终地引导学生，而避免直接告诉学生该做什么。在较高层次的探究活动中，教师不再是按部就班地讲解实验过程，而是要引导学生更深入地思考，所以教师必须对这样的教学活动进行更充分的研究和设计。正如学生需要在较低水平的探究活动中锻炼技能一样，教师在进入更高层次的探究式教学之前，也要在比较低的探究活动中练习相关教学技能。如果科学探究可以让学生在广阔的科学海洋中徜徉，那么希望各位科学教师可以一步一步地引导学生去享受这个过程，而不是一下子跳入海中沉没。
作者：Kimberly Lott，美国犹他州立大学科学教育助理教授
译者：赵云铃，中国科协“做中学”科学教育改革实验项目教学中心(东南大学)
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