探究式教学.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,从“诺贝尔奖”说起,19012007，诺贝尔物理、化学、生物或医学三大科技类奖总数：,469人,，分属于26个国家,其中美国：,204人,；英国：69人；德国：63人；法国：27人；瑞典：16人；荷兰：13人；瑞士：13人；俄国：11人；丹麦：8人；奥地利：7人；意大利：6人；加拿大：6人；日本：6人,美国所占比例：,43.5%,19682000，诺贝尔经济学奖总数,46人,，分属于12个国家,其中美国：,30人,；英国：4人；瑞典：2人；挪威：2人,美国所占比例：,65,19362000，菲尔兹数学奖总数,43人,获奖，分属于9个国家。,其中美国：,16人,；法国：7人；英国：7人；俄国：5人；日本：3人；比利时：2人,美国所占比例：,37,把“讲授法”强化为“讲授决定一切”的“讲授教学论”；,把“接受学习”奉为至尊，取缔了探究、发现态度的合法性；,把教育中的一切实验都变为“验证性实验”，由此背离了现代科学的根本精神“实验精神”。,用反科学的方法从事科学教育，由此招致科学教育的异化,传统科学教育观由于把科学研究与科学教育对立起来，科学教育被视为传递科学研究成果的过程，这不仅在科学研究与科学教育之间人为设置了价值等级上的权威与服从关系，而且取缔了科学教育中“科学研究”的合法性，同时弱化了科学研究中所理应承担的“科学教育”的责任。（李雁冰：科学探究、科学素养与科学教育，全球教育展望2008.12.）,认识科学探究,科学探究作为一种探索活动，具有双重含义。它既可以指科学领域里的探究，即科学家所进行的各种探索自然的活动，也可以指个体以一种类似于科学研究的方式进行的各种科学学习活动。美国的国家科学教育标准就明确提出：“科学探究是指科学家们用来研究自然界并根据研究所获事实证据做出解释的各种方式。同时，它也指学生构建科学知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种活动3。”,科学研究与科学探究教学的异同,与科学家的科学研究相比，探究学习更加强调模仿科学家的工作。科学探究教学将改变我们的教学方式和思维方式，使之与科学研究联系起来。两者所存在的异同有以下几点，在此，主要参考了我国学者詹孝鹏的观点8 和任衍钢的观点9,科学探究教学与科学研究的主要区别,（1）科学探究教学与科学研究的主体与客体不同,科学研究的主体是科学家和科学工作者，他们具有广泛和扎实的科学知识，具有熟练的实验技能和较强的研究能力，以及良好的科学研究素养。,科学探究的主体是身心正处在逐步发展变化着的中学生，他们在知识基础和能力发展水平等各个方面都与科学工作者有着较大的差异。,科学研究的客体是未知的自然事物和现象；而科学探究教学中研究的客体虽然相对学生来说是未知的，但对人类而言却是已知的，并且是最基本的。,（2）科学探究教学与科学研究的目的和内容不同,科学研究是为了探索未知的自然事物和现象。其中，基础研究的使命是不断追求新的发现和发明、积累科学知识、创立新的学说；应用研究的核心是技术；开发研究是当代更为普遍的科学活动形式，它直接从事生产技术方面的研究。在实际的研究课题中，又往往是基础研究、应用研究与开发研究交织成一体，组成一个系统工程的研究。,科学探究教学目的主要是为了使学生获得和运用知识，并在这过程中掌握实验技能、形成研究能力。,（3）科学探究教学与科学研究的过程与工具不同。,科学研究的过程是科学家和科学工作者自主确定研究课题，提出假说，不断探索，归纳演绎，复核验证，最后发现真理、获得研究成果。科学研究的过程比较复杂、费时，可能会经过成百上千次的失败才能获得成功。,科学探究教学过程中教师充分调动学生主动参与探究学习的积极性，引导学生通过实验、观察、调查、资料收集、阅读、讨论、辩论等多种方式，在提出问题、猜想与假设、制定计划、行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等活动中，增进对科学探究的理解，发展科学探究能力。为了缩短探究的时间和降低探究的难度，教师可以将一个比较复杂的问题划分成几个较简单的小问题，让学生分步去探索，或者让学生探索其中一两个小问题，其余由教师通过启发式谈话来解决。这样可以避免在探究中可能会产生的曲折和反复，科学探究教学一般在较短的时间内就能取得比较显著的研究效果。,科学研究的工具比较先进和复杂，具有相当高的精密度和准确性；而科学探究教学中的研究工具则相对比较简单，易操作。,2、科学探究教学与科学研究的相似性,（1）科学探究教学与科学研究在认识过程上具有相似性,心理学研究表明，在探究教学中，学生的认知过程与人类对科学知识的认识过程存在着相似性。这种相似性表现为：学生的认识过程是人类认识过程简单而又迅速的重演。裴娣娜教授把学生的这种认识方式概括为：在教师指导下通过简约的、提炼了的认识过程来实现人类认识向个体认识的转化。,（2）科学探究教学与科学研究在获取知识上具有类似性；,探究学习中包含着发现学习的成分，也包含着接受学习的成分。故有的学者从自主获取信息的现成程度把探究学习区分为接受式探究与发现式探究。接受式探究学习的依据是美国心理学家奥苏伯尔（DPA-subel）的有意义学习理论；发现式探究学习的一句是布鲁纳（JSBruner）的发现学习理论。,接受式的探究与科学研究有类似之处，所不同的是科学探究学习以间接获得知识为主，科学研究以直接获得知识为主。,发现学习的过程与科学发现的过程的相似性在于都是在具体的实证的基础上形成归纳概念，都是借助于自己去发现解决问题的方法。但差异性在于：缩短了原发现的过程；简化了发现过程中出现启示期的思维过程；把原发现过程中出现的大量的可能性，精简为少数的几个主要选择。因此，借助于科学家已经成功的研究可以为学生的理解找到捷径，为学生的探究学习找到素材和思路。,（3）科学探究教学与科学研究在问题解决上具有模拟性,科学研究与科学探究教学的相似性还表现在，他们都遵循从发现问题始到解决问题终的过程。正因为如此，科学史料能成为教师和学生学习提供丰富的问题学习资料。归纳起来有以下三个方面：,一是科学史的引进能为探究性学习提供“情境问题”的素材。在教学设计中，大多数教师都希望自己设计的问题具有启发性、生动性，能激发学生探究问题的好奇心。那么，从哪里找这方面的素材呢？科学史无疑是一个丰富的资料宝库。这是因为科学家进行研究的过程也是从情境问题开始的。,二是科学史能为探究性学习提供解决问题所必需的资料。探究性学习多数是在课堂教学中体现的，课堂上的探究学习需要教师把一些与探究学习有关的资料提供给学生并让学生去分析和处理。那么，这些资料到哪里寻找又如何进行遴选呢？无疑，科学史中科学家研究的资料对教师的教学设计是最有帮助的。这些材料包括科学家研究的实验方法、实验数据、实验结果、调查资料等。,三是科学史的引进能为学生解决问题提供思路。科学的发现是科学性和偶然性的统一。必然性存在于偶然性之中。这种偶然性包括科学研究的偶然性，科学方法选择的特殊性。如孟德尔是用豌豆做实验材料的，摩尔根是用果蝇材料做实验的，恰好的材料使他们达到了预期的结果，同时，他们特殊的统计方法促进了他们的科学发现。可见，科学史料对学生的探究学习起到了引导作用。,由此可见，科学探究教学是对科学家研究过程的一种模拟。这种模拟可以概括为问题情境上的模拟、解决问题思路上的模拟等。,（4）科学探究教学与科学研究在研究程序上具有简约性,科学探究教学的心理学意义在于，学生获得的不仅仅是陈述性知识，同时还具有程序性知识。故模仿科学家研究的过程，也是训练学生分析信息、加工信息的过程。科学探究学习既然是对科学家研究的模仿，当然也就存在共同的模式。它们都遵循以下程序：,一是探究学习和科学研究都是从提出问题开始的。提出问题固然可以尝试从日常的生活、生产实际或学习中发现的问题出发，但借助科学史料更能有效地贴近学生要学习的内容。,二是探究学习和科学研究都需要做出假设、提出假说。但不同的是，科学家提出的科学假设是科学家在实验和精心分析问题的基础上提出的，而探究学习是将科学史料引进到学习中，用最短的时间完成科学家经过反复思考后做出的假设。,三是探究学习和科学研究都需要使用实验、观察、调查和逻辑推理的方法。但不同的是，学生的探究学习是对科学家已经完结过程的一种简单模仿，是培养创新能力的训练。,四是探究学习和科学研究都需要正确、规范的表述和与人交流合作。科学家是在自己长期研究的基础上以自己的论文或论著来说明自己的发现，而学生的探究学习是在用科学家研究材料的基础上进行简化的逻辑推理。,中小学科学探究学习的基本要素,1、提出问题,2、猜想假设,3、制定计划,4、提出证据,5、分析论证,6、反思评估,7、表达交流,1、提出问题,科学探究源于人类的好奇、疑惑、兴趣与求知欲，因此在组织开展探究学习中，探究应围绕着一定问题展开。问题的提出有助于激发学生的好奇心、求知欲，有助于激发学生的学习兴趣，有助于培养学生的问题意识及质疑精神等。,（1）能力要求,要求学生善于观察、积极思考，能从日常生活、自然现象或实验观察中发现与科学有关的问题，能书面或口头表述发现的问题，能认识到发现问题和提出问题是科学探究的基础。,日常生活中，学生随意提出一个问题是容易的，但要提出一个有探究价值的问题，却非易事。开始，学生可能并不明白什么问题才是值得探究的科学问题，他们提出的问题可能很有兴趣，但未经认真思考而简单、随意。作为老师，应注意分析这些问题的内涵加以引导，将简单问题转变为有探究意义的科学问题,2、猜想假设,在科学探究学习中，面对提出的问题，应启发学生根据已有经验和知识对问题的解决提出各种合理的猜想假设。这是根据已有知识对所提问题的逻辑推理和最初判断，它为收集、分析和解释信息提供了框架，也能为制定探究计划或设计实验方案提供了参考。在此过程中，可进一步帮助学生明确要探究的问题，增强他们的求证意识与逻辑推理能力、创新思维能力。,猜想假设是科学探究学习的重要构成部分。科学探究活动中的猜想与假设，是课题确定后依据已有的知识和掌握的资料，对所研究问题的结论或原因预先做出的推测。,在进行与猜想假设有关的教学时，可向学生提出一些具体要求，如猜想什么，怎样猜想，为何这样猜想等，可以让他们用“如果又会怎样？”的模式来提出猜想假设。让学生根据已有知识和经验，对提出的问题通过思考与交流，做出合理的假定和有根据的预测。对于学生提出的不正确的猜想、假设，教师需要引导、纠正。,3、制定计划,在探究过程中，面对提出的猜想与假设，必须充分可靠的加以证实，应在正确的科学概念下，梳理探究思路，精心设计可行和可靠的实验方案，制定清晰的、可操作的研究计划，从而保证探究过程顺利进行。可以培养学生严谨的科学思维，凡事预先计划、考虑周全的习惯。,（1）能力要求,要求学生明确探究目的和已有条件，经历制定计划与设计实验的过程，学习制定实验方案，会选择实验方法及所需要的装置与器材，能考虑影响实验结果的主要因素和误差，考虑实验的变量及其控制变量的方法。,进行科学探究活动需要制定探究计划。探究活动计划是从操作的角度把验证猜想假设进一步具体化、程序化。因此，制定探究计划是设计一个有效的程序和可实现的操作步骤。这需要教师引导学生在明确探究目的的基础上，紧紧围绕要探究的科学概念和规律进行设计，这涉及到选用什么器材，采用什么方法，如何具体进行等，还要考虑实验过程中影响问题的主要因素，不但要有控制变量的意识，还要知道用什么方法，如何进行变量控制等。,应引导学生自己制定科学探究学习计划，教师适度、适时的进行指导。在学生学习制定计划时，教师应注意指导学生应用科学概念，对计划的可行性、逻辑性进行分析，对计划提出方向性的建议，指导学生如何控制变量，考虑自变量对因变量的影响；注意让学生分析可能会遇到的问题及相关对策等；探究活动的安全很重要，要引导学生分析活动中可能存在的安全隐患及其解决措施。可以通过小组集体讨论，修改完善的制定的科学探究计划。,4、提出证据,为了验证猜想假设是否合理，探究者需要千方百计地通过各种途径去寻找证据，以便支持或否定某种想法。这些证据来自观察、调查、实验或其它途径。并且是科学、客观的。这种收集证据的基本技能训练，有利于培养学生务实、求证的科学态度，有利于培养学生凡事都重证据、独立思考和在交流中提高的科学精神。,进行实验是收集证据的主要方式之一。在进行实验时，应有明确的实验目的，知道收集信息的意义和用途。科学实验通常是在人为控制下进行的，因此实验数据的收集应注意和实验方案的制定、实验装置的设计等结合起来，注意在实验过程中控制变量。按照与前人相同或有所变化实验条件进行实验得到的数据，可以获得验证和新的发现。能从多种信息资源中收集数据，如从图书、报刊、杂志的文献中查找数据信息，会通过调查、访谈、参观，讨论等手段了解相关的数据，会用计算机网络扩大搜索数据信息的范围等。,在实验过程中，注意让学生了解实验仪器的使用要求、测量范围、操作规范等，以便正确使用实验仪器。对于实验中获得的原始数据应客观如实记录，不能随意修改，才可能发现实验现象与理想结果之间发生偏差的原因。重复实验是非常重要的，这不仅可由此减小误差，也是提供他人检验结果的重要手段。通过进行实验，培养学生的实验技能及实事求是的科学态度。,应注意培养学生的安全的意识，既要注意实验仪器的安全，更要注意实验者的人身安全。如果老师将一切都安排得井井有条，学生只是动动旋钮，无法培养学生自主的安全保护意识及其相应的技能。适度地让学生了解危险并提出避险措施，更有利于学生实验能力的提高。,5、分析论证,收集大量证据以后，必须通过分析、比较、归纳等方法，找到信息、事实或现象之间的本质联系和区别，通过对相关信息的加工整理、对事实与证据进行分析归纳、对实验现象和数据进行描述和处理等，用科学的方法进行概括总结，最后形成探究结论。通过这样的学习有利于培养学生处理数据和分析概括的能力。,要注意培养学生分析数据，处理数据，由此得出结论的基本能力。在进行数据处理过程中，能利用表格、框图、示意图、流程图、因果关系曲线和计算等方法来整理、加工数据。如，在采用列表法时，原始数据的表格可以避免实验数据的缺失，经过必要计算后，可以通过数据对比发现规律。分析论证需要通过对数据的比较，寻找数据之间相互关系的特征和逻辑关系。,在描述实验结果时，要客观、准确和简要。实验结果如果只是在某种实验条件下进行的，在讨论结果的规律时，还要客观指出这一规律成立时所存在的条件。,6、反思评估,学生要对探究的问题、提出的猜想和假设、设计的方案和计划、所做的实验、收集的证据、得出的结论等需要不断的反思、评价和修正，这样有助于学生思维能力的发展和提升，这种反思意识和态度，是科学探究的效率和成功的有效保证，也是学生科学素养的重要表现形式。,在猜想假设中有对探究结果的预期，在分析论证中有对猜想假设的验证。若结果与假设吻合，则假设被证实；若结果与假设冲突时，则需要经过分析、论证、形成探究结论假设之间的差异反思和评价，并需要进一步得到证实。,对于探究方案的改进，也需要对已采用的实验方法、器材、步骤和数据处理等各个方面进行反思与评估。如：,探究方案中所确定的实验方法，其原理是否科学？概念是否清楚？是否有利于收集证据？,探究方案中所选择的实验器材，是否合理？,按要求应该保持不变的物理量是否在实验中真正做到了保持不变？,是否注意到和整个实验数据的合理趋势相违背的个别异常数据？,实验数据是否能有力地支持所得出的实验结论？,思考在观察和测量中出现的反常现象并尝试对其进行解释；,对实验方案与测量方法给出改进的建议。,在反思过程中，要注意培养学生的质疑精神，通过对实验过程中信息的科学性、过程的严密性、数据的可靠性的重新审视，养成严谨的科学态度。,7、表达交流,表达交流不仅表现在探究结束后的成果展示，也贯穿于整个科学探究的过程中。通过交流不但能梳理思路和检验价值，在对问题解释、切磋的交流中，有时还会引发出新的问题，为更深入的探究提供了新的线索。因此，重视交流的意义、加强交流的意识、培养善于总结表达的能力，增强有关知识和概念的理解，这种表达交流过程的实践，将会促进学生科学素养的提高。,在探究活动中，应注意让学生将探究结果呈现出来，其方式包括数字、图表、图片或语言文字等。让学生不仅完成实验，得出结论，而且还要使他人了解，并得到客观评议。表达交流的方式多种多样，可以口头表述，也可以通过实验报告或科学论文的方式呈现。在口头表达时，注意让学生表述清楚，思路清晰，推论严谨，逻辑严密。在书写实验报告或论文时，应让学生尽可能学习规范的内容和格式，以便引导读者理解实验的根据、设想、结果和分析、了解作者思考。,对于中小学生的科学探究学习，并不是任何一科学知识的获得都必须经历和显现上述的七个要素，教师不能片面理解和机械教条地操作科学探究教学活动。在设计与计划探究性学习时，应根据教学内容重点突出一二个要素让学生体会和经历探究的过程，不要牵强附会、生搬硬套。探究性学习是让学生经历和体会科学探究的过程，让学生学到科学知识和概念的同时，又要提高他们科学的创造性思维和逻辑思维能力。,