如何培养初中生的科学探究能力?
小学科学教学中如何培养学生的探究能力
作者：钱国珍
摘 要：小学科学课程主要的教学目标就是培养学生的科学探究能力，这在学生学习的过程中能够起到非常重要的作用，然而当前小学生在科学课上普遍不知道怎样去探究老师布置的任务，一些学生甚至不去动手，导致这一局面的主要原因是学生没有掌握探究的方法，不能够完全融入探究的氛围中，没有探究的欲望。针对这种现象，进行了怎样有效增强学生探究能力的研究。
关键词：小学科学教学；探究能力；培养
素质教育大范围普及，因此，学校愈加重视以“探究”为中心的科学课程。《义务教育科学课程标准》中提出要将学习和探究联系起来，让学生可以自己体验探究的过程，从而有效提升学生的素养及能力，让学生具备良好的探究能力，以及探究的意识。下面作者联系实际教学，对怎样培养学生探究能力做出了深入的研究。
一、突出学生主体，激发学生探究兴趣
在传统的教学中，老师采用的都是“灌输式”教学方法，也就是将课本中的知识一味地传授给学生，所以，学生的学习能力及素养得不到有效的提升，学习到的知识也不能很好地运用，不能有效解决遇到的问题，因此，在新课标中规定：“学生在学习中占据主体地位，在学习中要倡导学生自主探究。”在以学生为主体的课堂教学中，学生的个人能力被充分激发，会积极进行思考、主动投入实践，在探究活动中实现自我提升。比如，在讲到《沉与浮》这课时，学生发现一样的物体在不一样的液体中沉浮的程度是不同的，这样一来学生的探究欲望就被激发了。又如，在《动物的生命周期》这节课中，学生观看了养蚕的课件并亲身养蚕，亲身探究了养蚕的几个阶段，知道了蚕生长的状态。学生具备了“认识—实践—再认识—再实践”的素养，所以在学习中，要想提升学生的能力以及素养，就必须让学生进行自主探究。
二、结合实验教学，培养学生观察能力
在小学科学学科中，实验的重要性不言而喻，小学科学的教学目标便是让学生通过科学实验，掌握自然规律，了解生活中的常识。与此同时，实验不仅是学生获得信息的主要方式，还是学生进行探究的关键方式。在小学科学教学中，我们要注重实验这个环节，注重培养学生的观察能力，指引学生学会观察，在观察的过程中积累知识，这样才能够参与到探究中。例如，在学习四季的时候，老师可以搜集一些代表着四季的图片及视频，然后在课堂上展现给学生，学生虽然知道这些图片代表着什么季节，但是不知道怎样观察，这时老师就应该对学生加以引导。老师可以选择某张图片，然后向学生提问，带领学生深入观察，然后再让学生自主观察，同时布置一项课后作业，让学生依据自己对春夏秋冬这四个季节的印象，选择某个季节，写一篇观察日记。这项作业不仅能够有效地锻炼学生的语言表述能力及思考能力，还能够让学生学会怎样观察，为参与探究奠定良好的基础。
三、创设问题情境，引导学生展开主动探究
问题是开启思维的钥匙，能够促使学生自主探究。问题能够引发学生的好奇心，可以让学生形成认知冲突，从而让学生主动进行探究，投入到探究活动中。所以，在教学中，老师应当积极巧妙地设计一些具有趣味性的、值得探究的问题，让学生融入问题情境中，激发学生的求知欲，促使学生主动、积极探究。例如，在进行磁铁教学的时候，老师可以让学生观看一张美丽的有着众多花朵的图片，用曲别针夹住蝴蝶，然后问学生：谁可以让这些蝴蝶飞舞在花丛中？学生非常感兴趣，都想来试试，在多名学生失败之后，老师可以将磁铁放在图片的一面，然后将蝴蝶放上去，蝴蝶就飞舞在花丛中了。学生看到这样的情境，非常感兴趣，想知道老师是怎样做到的，由此学生的探究欲就被充分激发了。这时，老师再展开教学，让学生参与到探究磁铁的活动中，就能够获得良好的教学效果。
四、组织交流讨论，培养学生合作交流的能力
在课堂上，老师需要留出一部分的时间，与学生进行讨论，这样的讨论并不是浪费时间，而是让学生可以在讨论的过程中互相交流，明确探究过程中需要重视的问题以及使用到的有关理论知识，进而让学生对知识有更深的理解。例如，在“探究凸透镜成像规律”过程中，实验结束后，老师带领学生分析成像的情况，并且从中发现规律，最终学生得出：“物体在凸透镜焦点之内的是虚像，焦点以外是实像；在2倍焦距点内是放大的像，2倍焦距点外是缩小的像；进而得出‘1焦分虚实，2焦分大小’的结论。”然后老师再让学生自己动手实验，让学生互相交流，共同得出实验结论。这样能够促进学生思维的进步，让学生学会合作，在合作中发现问题，得出结论。
总而言之，当代社会需要的是具有探究能力的人才，在科学课中我们一直坚持“教是为了不教”的原则，激发学生探究的欲望，使其主动投入到探究中，让学生学会科学的探究方法，在探究中获得更多的知识，并且增强自身能力。
学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。 科学探究过程包括以下要素：1、提出问题2、猜想与假设3、制定计划和设计实验4、进行实验与收集证据5、分析写论证6、评估7、交流与合作 一、观察、思考并提出问题 科学家对周围的现象和事物都十分留意，一切大的或小的，常见或不常见，他们平时像侦探一样，为了揭示大自然的神秘，仔细观察思考周围的事物，他们不仅是观察，更重要的是以"怀疑"的眼光审视所观察的事物。例如：牛顿思索树上熟透的苹果为何落地？从中得到启发，发现万有引力定律。法拉第通过奥斯特发现电流磁效应反向思考通过磁能否获得电呢？从1821年到1831年，法拉第克服了常人无法克服的困难，花了十年的心血发现了电磁感应现象，建立了电磁感应定律。德国科学家伦琴在1895年在暗室作气体放电实验时，用黑纸把真空放电管密包起来偶然发现：距离真空不远的涂有铂氰酸钡荧光屏上发出微弱的荧光。这一奇特现象，引起伦琴的极大兴趣，他立即进行仔细观察与思考：这种荧火从何而来？是什么物质？偶然现象背后有何必然？为此，他才用未知数X加以命名即X射线。 因此平时鼓励学生从日常生活、学习中、自然现象、实验现象观察中发现与物理学有关问题，如：剪一薄纸条（长约30cm，宽约为5cm），放在嘴边，将纸条一端放在下嘴唇的下方，用嘴沿水平方向吹气，注意观察，发现原来自然下垂的纸条竟然飘然而上，达到接近水平位置并随气流抖动。平放在桌面上的两叠书之间相距7~8cm，书上放一张薄纸，如果你朝两叠书之间用力吹气，随着气流从纸面下方急速流过，你会发现薄纸不仅不会随气流飘起，反而会常常凹陷下来，上述"反常"的现象表明，流体流速大小对流体压强有怎样的影响？要把发现问题演变为一个科学问题需要对现象进行进一步思维加工，信息整合，形成一个与物理学有关科学问题，发现问题和提出问题是科学探究前提，问题是各个探究环节的核心。发现问题和探究问题是极具有创造性过程，这一过程需要通过学生自己体验，体验成功者的喜悦。 二、猜想与假设 为什么科学探究需要假设？因为科学家不可能等待所有资料都收集齐后再去发现，他们必须尽早地提出去指导他们下一步的工作，以加速发现的过程，正如一个在陌生的大地上探险的人，不是等待有关土地的信息都收集齐全后再迈步，而是先猜测某一条路可能会达到目的，然后边走，边观察，边打听逐步调整自己方向和道路，直至达到预定目标。 猜想与假设就是尝试将已有的科学知识与问题相联系，从而对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测和假设。 例如一个物体浸在液体中受到浮力可能：①与物体密度有关；②与液体的密度有关；③与物体形状有关；④与浸入的深度有关；⑤与排开液体体积有关？猜想不是胡猜乱想，猜想是应用现有的经验和知识对问题中的事实寻求可能解释的全过程。尽管所提出的猜想不一定是最终的科学结论，但对问题成因的猜想仍需要有一定的依据，这依据就是：一是已有的经验和知识；二是科学事实。 同时，对探究的方向和可能出现实验结果进行推测和假设，如：“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”问题时，同学们会猜想可能与物体质量、物体重力、物体对斜面压力，接触面粗糙程度，接触面面积大小有关，和猜想一样，推测和假设的结论是探究者自己的经验，知识以及所探究问题的科学事实。推测和假设的结论必须是可检验的，检验结果有两种可能：一是支持假设，即证实；二是否定假设，即证伪。一个无法检验的陈述是没有探究价值的，因而也就不是一个科学假设。猜想与假设在科学探究中的重要作用首先在于它是科学结论的先导，如果猜想与假设一旦能得到实验结果的支持，它就可能发展为科学理论。因此猜想与假设能帮助探究者明确探究内容和方向，指导探究沿着预定目标展开，避免探究的盲目性，而且对解决问题作了一定预见性思考，为收集信息，分析和处理信息提供了一个框架。为制定探究计划，设计实验方案奠定了必要基础。 要使学生获得对猜想与假设的正确认识，应该使学生经历猜想与假设的过程，并据此制定探究计划或设计实验，完成探究活动，使学生体会猜想与假设是科学结论的先导，体验猜想与假设在整个探究活动中所起的引导性作用。 三、制定计划和设计实验 科学探究不能盲目进行，应该选择取得证据的途径和方法，决定收集证据的范围与要求，以及所需要的材料、仪器和技术等，并拟定相应的计划，在制定探究计划或设计实验之前，必须明确探究的目的和已知条件，制定计划和设计实验，就是从操作角度地探究猜想与假设具体化、程序化。 如：设计电流通过导体产生热量与哪些因素有关实验中，通过思考推理得出电流通过导体产生的热量可能与电压、电流、电阻、通电时间有关系，得到这样假设后，分析出实验需解决问题（控制度量法）：①如何知道电流通过导体产生热量多少；②如何改变电压、电流、电阻、通电时间。这时可以发动学生讨论并解决问题的方法，尝试使用观察、实验、资料查询、调查访问等方法进行科学探究，在选择实验器材时，应提倡选用日常生活中常见的器具进行实验。尝试考虑影响问题主要因素，有控制变量法的初步意识。如研究影响动能大小因素时，可以分别控制速度一定及质量一定，具体得出动能与质量及速度之间关系。因此探究计划使探究步骤更加有序，探究过程更加科学如果没有实验方案，则科学探究操作就失去了根据。 四、进行实验与收集数据 科学家不只是提出问题，还会努力找出问题的答案，他们会借助查阅资料，观察和实验等方法来收集有关信息及证据。实验目的是为了检验假设是否成立，检验结果可能被证实，如果最初的假设遭到否定则须修订或做出新的假设，然后继续检验，直至新的假设通过所有实验验证为目。 能通过观察和实验收集数据。如丹麦奥斯特在一次做报告偶尔捕捉到通电导线周围的小磁针发生了偏转，最终成为世上第一个揭示电和磁有联系的人。能通过公共信息资源收集资料。尝试评估有关信息科学性。会阅读简单仪器说明书，能按书面说明操作。会使用简单的实验仪器，能正确的记录实验数据。具有安全操作意识。科学事实是检验科学结论的唯一标准，证据是进行科学分析的根据，如不进行实验，不收集科学数据，实验探究将无法地进行下去，所探究问题的结论也就不可能形成。 五、分析与论证 科学家会对所收集到的有关信息及证据进行分析，并和猜想与假设进行比较，力图得出符合证据的解释，并注意与预想结果不一致现象，他们还会设法收集更多证据支持，能初步描写实验数据或有关信息，实验数据描述需客观、真实准确，能对收集信息进行简单比较。 例如晶体、非晶体熔化前后温度的变化情况，液体沸腾前后温度变化情况进一步分析、归纳、概括，就有可能得出科学结论，能进行简单因果推理，能通过物理现象和实验中归纳科学规律。例如：凸透镜成像规律、串并联电路电阻关系，影响压力作用效果因素，杠杆的平衡条件等，要归纳科学规律，要关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系，同时能对探究结果进行描述和解释。实验数据并不等于探究结论，实验数据是对实验事实的客观记录，探究结论是在数据基础上通过分析论证所得出具有普遍意义的规律。六、评估在探究过程中，科学家还需不断地对自己所做的各项工作进行评估。 七、交流与合作 科学家很乐意地将自己的研究成果公布于众，并与同行们交流，
一、 在平时的教学过程中培养学生科学探究能力在平时的教学活动中，我们应尽可能创造条件，引导学生通过自主的活动，让他们在科学探究中去体验、去学 习、去感悟，从而真正领悟科学的思想和精神，在愉快而轻松的氛围中获得科学知识、科学方法和基本技能。
如在初二物理第一课的教学中，在学生们自学了“伏打电池”这一阅读性内容，对科学探究的方法有所了解后，我们就可以将学生分组来探究一杯水中可究竟可放入多少枚“大头针”。实际教学中，我将学生分成了八个小组，每组采用不同的容器（取自于学生自带的茶水杯）进行探究，并将每组所放大头针的数目列于黑板，便于进行比较。八个组的学生在经历了：观察、提出问题----猜想、假设----制定实验计划（人员分工）----进行实验、收集数据等探究过程之后，对自己实验的数据进行分析，提出问题。如：“放入多少大头针与什么因素有关？”“刚才实验还能不能多入一些大头针？--即：在什么地方还有失误，如何改进？”“为什么一杯不多的水却可以放入这么多的大头针？”等。我立即就这些问题在全班展开讨论和交流。通过这一活动，同学们都有了不同程度的收获。并且很快的知道了探究的基本步骤。
又如：在学习“光的折射”一小节时，我们以一人为一组，每组分发了一杯热水（热水的水雾可用于显示光在空气中的光路），一只激光手电筒，一张硬白纸片，一只空塑料杯，一只长吸管等，让学生在学习了光的直线传播及光的反射的基础上，结合自习，自主探究光的折射规律。得到的结论比平时单纯由老师演示得出结论要好得多。经统计，本节课，学生探究后，共提出了这样一些有意义的探究结论参与实验后的总结交流：①、光从空气中斜射入水中，改变传播方向，且偏向法线；②、增大入射角，折射角也随着增大；③、光从空气中垂直射向水中时，不改变光的传播方向；④、光从水中斜射入空气中时，光的传播方向改变且偏离法线；⑤、在④结论中，当入射角增大到一定时候，没有光线进入空气；⑥、光线在水中也是沿直线传播的；⑦、光斜射到空杯底某点，慢慢加水后，点向法线方向靠近；⑧、斜射入水中的吸管看上去向上弯折了；⑨、竖直放的吸管从上面看上去在水中的部分好象变短了，而从旁边看过去，好象变粗了……
真是不探究不知道啊。相信，学生们在经过了这样的活动过程后所获得的知识，一定会比通过常规的学习方式所获得的东西有质的升华吧。
二、 在课后的作业布置中体现科学探究
科学探究的形式是多种多样的，教师应根据《物理新课程标准》的要求，有目的地组织学生在课堂内，包括在课堂外进行科学探究实验，从而真正体现“从生活到物理，从物理到社会”这一教学宗旨。
例如：在教学“光的直线传播”一节时，我们就发动学生课后自制“小孔照相机”，在初三学习“电动机”一节时，我们不失时机的要求学生课后利用身边的器材，自制简易的直流电动机。这些学生课后力所能及的活动的设计，可让学生们亲自实践，探究其工作的奥秘，在探究过程中增长了知识，发展了能力。宿舍里，他们一起就作品中器材的选用及器材的使用，时而一起埋头苦思，时而为了一些细节又争得面红耳赤，最后，实验成功后的笑逐颜开，这一切无时无刻的感动着我、激励着我，-----应给予学生更广阔的探究空间，充分发挥他们的创造性。这才是我们的教学方向所要求的。
三、 在平时的测试中注重探究能力的考查
平时的探究活动固然可以吸引住学生的无意识注意，但如要将无意识注意引导到有意识注意中来，就必须注重平时的考查、检验。这样做，一方面可引导学生对科学探究活动有一个正确的认识；另一方面，探究题的考核也可时时提醒个别困在题海中出不来的老师改变今后的教学方向，注重学生科学探究能力的培养。
因此，我们平时不仅仅注意收集与科学探究有关的练习，建立探究题题库；还在平时看书、阅览中随时留心，有好的探究思路立即记下来，编辑成题。既提高了教师的业务素质，也可以为学生多打开几个思考的窗口。
例如：我们在看报时，发现我市某校老师在9·11期间，以此事件为例编辑了几道探究习题，立即向全体学生们介绍了此文，引导学生探究“双子大厦”真正倒塌的原因。另一方面，也趁机鼓励学生自编类似的习题。此段时间内，我们从学生处收集了很多很有创意的自编探究题。探究话题包括“长江三峡”、“南水北调”、“厄尔尼诺现象”等。
四、 提倡探究活动的生活化
所谓探究活动的生活化，即将学生的探究视点从课堂引导到社会，通过展开广泛的社会调查及其他学习活动，注重物理知识与生活实际相联系，切实解决生活中遇到的问题。
《物理新课程标准》一书中介绍的很多事例，都是将探究的焦点引导到生活中的。如：“比较材料的保温性能”、“电冰箱中的物态变化”、“自制指南针”等，都离我们的日常生活相当近。教学之余，我们按照新课程标准要求，多次布置学生利用生活经历来探究新知识、实践新知识。例如：在讲到“声现象”时，我们要求学生调查家乡的噪声现状，鼓励学生将自已的见解上书当地噪声严重的企业，对这些噪声严重的单位提出自己整改建议；在学习了“光现象”后，我们让学生到校外广泛了解光污染及光污染的治理，还要求学生到眼镜修配店了解近视眼和远视眼的视力检查和镜片的配制过程。
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