开放性科学探究研究报告.docx

《在开放性科学探究中提升学生科学素养的研究》
研究报告
华罗庚实验学校小学科学课题组
一、问题的提出
二十一世纪面临着科学的发展及教育的改革，正经历着“知识—能力—素 养”的发展阶段，各国都有十分关注儿童应该如何认识与他们未来生活密切相 关的科学知识、科学方法和科学态度，提出了许多有价值的教育思想，即着眼 于儿童的发展，有意识地挖掘大众媒体中、工作生活中蕴藏着的教育财富，让 学生感受自然界、社会、生活。改变儿童学习进步阶段主体地位不受尊重的现 状，从知识、能力阶段，到提升学生的科学素养，以适应学生终身学习和发展 的要求。
近年来，随着现代教育观念的确立和主体教育的兴起，小学科学教育中的 探究活动越来越强调儿童作为活动的积极参与者、作为学习主体所达到的重要 作用，正经历着“知识—能力—素养”的发展阶段。但实践中教育观念滞后的 现象却时有发生，如：牵着学生走的多，放手让学生自主探险究的少；关注学 生学到多少知识的多，着眼于学生发展的少；追求唯一标准答案的多，提倡多 种合理答案的少；机械模仿的多，创新学习的少；具体指导的规定的多，学生 自主选择的机会少……总之强调千人一面有余，张扬个性不足，学生的科学素养 不高。这使我们越来越意识到儿童要全面的、主动的、生动活泼的发展，就必 须在探究活动中给学生充分的思维空间，让他们自主地发现问题、提出问题、 解决问题，发挥其创造潜能。而适应这种教学的方法，只有用新的理念构建新 的教学策略。因此，我们觉得从学生主体出发，重视学生科学素养的提升，将 科学探究活动适度开放，这不仅仅是对传统模式的一种冲击，而且符合儿童的 认知策略和知识建构理论，必将对提升学生科学素养作出积极的探索。
二、目标与假设
本课题的研究目标是从学生主体出发，重视知识的建构和学生科学素养的提 升，将科学教育中的科学探究活动适度开放，立足于学生亲历科学探究的体验、 提高发现问题和解决问题的能力、学会合作与分享、养成良好的科学态度和科 学精神、培养对社会的责任心等方面。坚持“为了发展学生的一切、一切为了 学生的发展、为了一切学生的发展”的原则，构建以适应儿童个性发展需求的 开放性科学探究活动体系，探求开放性科学探究活动中提升学生科学素养的具 体策略。
本课题研究所要解决的主要问题是：
针对传统的小学科学（自然）教学的现状：1、针对目标过于“知能化”， 必须适度开放目标，突出人本化，探求人本化目标与提升学生科学素养的策略； 2、针对内容过于“本本化”，必须适度开放内容，突出生活化，探求生活化内 容与提升学生科学素养的策略；3、针对过程过于“被动化”，必须适度开放过 程，突出主体化，探求主体化过程与提升学生科学素养的策略；4、针对空间过 于“封闭化”，必须适度开放空间，突出信息化，探求信息化空间与提升学生科 学素养的策略；5、针对思维过于“一律化”，必须适度开放思维，突出个性化， 探求个性化思维与提升学生科学素养的策略；6、针对评价过于“单一化”，必 须适度开放评价，突出多元化，探求多元化评价与提升学生科学素养的策略。
三、研究思路和方法
（一）要素分析
1、在大量调查研究的基础上（含平时的听课、调研、座谈、检测、教研活 动、调查问卷等），罗列出开放性科学探究活动中提升学生科学素养的几个方面。 通过分析，从中筛选出几种主要策略，拟在研究中对它们加以尝试。
（调查法、筛选法）
2、查阅文献资料，学习教育教学理论，召开研讨活动，分析这些对开放性 科学探究活动中提升学生科学素养的影响。其中包括心理层面的影响，如学习 积极性、学习习惯的形成、进取意识等；也包括操作工艺层面的影响，如结构 流程—有效时间的利用；教学方法的采用—信息传递的有效性；问题的设计— 学生思维活动的激发；课内外的指导—学生学习方法的掌握与学习品质的提高 等等。从而找出开放性科学探究活动中提升学生科学素养的方法与途径。确立 自变量、因变量及其相互关系，形成实验假设。
2

（文献法、研讨法、归纳法、行动研究法）
（二）操作流程（图）
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调查分析
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<—
A
准备过程
理论指导
了解条件
k
决 策
―

r

假设
过程
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形成方案
.—

1 F

仿 真
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i
1

策略验证
—
操作过程

总结反思
—
T

7

四、实施措施与操作策略
（一）课堂操作的的具体措施
开放科学探究活动是针对传统教学以教师、教材为主的“双主”现象，开 放科学探究活动中的目标、内容、结构以及组织形式、检测评价等方面，根据 学生的兴趣能力自主选择学习内容、方法、进度，使科学探究活动具有多元化 的特征。其立足于学生亲历科学探究的体验、提高发现问题和解决问题的能力、 学会合作与分享、养成良好的科学态度和科学精神、培养对社会的责任心等方 面。安排学生通过观察实验、社会调查、收集数据、文字等信息资料的运作方 法来了解事实及有关的知识，并按一定的方法整理、分析、推理，从而提升学 生的科学素养。
1、目标——突出人本化。
开放式科学探究活动强调创新教育的内涵是全面的，它们目标体系应为创 新教育的全面实施提供明确的导向作用。是以学生主体性发展为核心的，灵活 反映社会发展需求与学生个性全面发展方向的目标体系。表现出对学习能力的 关注；对学生可持续性发展能力的关注；对学生独立个性和健全人格养成的关

注。
2、内容——突出生活化
科学与真理来自生活，走向发展，科学探究活动内容本身就具有开放的属 性。刻意追求知识体系的严密与稳定，追求课程要求与内容的统一，实质上是 与客观课程相背离。培育创新素质，需打破内容的封闭。知识无法穷尽，学习 内容应有 取有舍，不能追求完整。应注重内容的更新，及时进行调整补充。应关注前沿， 面向未知。应关注生活，自选内容，按需施教，灵活施教。
3、过程——突出主体化
要打破以问题为起点，以结论为终点即“问题—解答—结论”的封闭式过 程，构建“问题一探究一解答一结论一问题一探究……”的开放式活动过程。 就是依据认知规律理顺“过程”与“结论”的关系，恢复“过程”的应有地位。 在开放的格局中，注入式、教条式将没有市场，而启发、讨论、探究、实验、 质疑、争论、搜集信息、自主学习等才是教学的基本形式，开放性的思维方式 正是从中得到训练与强化。
4、空间——突出开放化
打破囿于学校，囿于教室的活动空间概念，应向社会延伸、向影视报刊等 传媒延伸、向电子网络延伸。这种空间的开放既是培育创新素质的需要，也是 现代科技发展牵动教育的必然走向。活动空间的开放有益于培养开阔的视野、 纵横综合的思维和恢宏博大的胸襟。
5、思维——突出个性化
在重视言语逻辑思维的基础上，加强空间思维、形象思维的训练，重视形 象与抽象、直觉与分析、想象与思考的结合；加强开放性的发散思维训练，重 视推出开放性问题，如具有不确定性、非惟一结论的问题，条件不很清晰、不 很完备、需要搜寻和补充的问题，现实性强、容易调动研究热情的问题，鼓励 独创、有广阔发挥空间的问题等。
6、评价——突出多元化
改变以往评价的单一化，为重视对学生探究过程的符合自然规律的综合评 价。评价内容由单纯的知识评价向知能并重、过程结果并重的全面素质评价转 换；评价方法由终结性评价让位于形成性评价、激励性评价；评价主体由教师 向全员评价转化，由自评、互评、小组评、家长评、教师综合评价相结合。形 成评价观念、内容、主体、方法相互联系，协调统一的开放性评价体系。
（二）实施中的主要策略
学生是学习的主体、是学习的真正主人，要让学生在科学探究活动中其科 学素养得以提升，最重要的是“放”，即充分发挥学生在学习中的主体作用，交 给他们发展自己的时间的空间，把他们从应试教育的桎梏中解放出来。
1、放手让学生准备材料
学生的知识来源于对教学材料操作的实践活动，材料的使用关系到能否让 教师设计开放式的教学过程，关系到学生能否在操作中运用各种方法扩散思维。 为了获取更多的有结构材料，让学生充分探究，就要发动学生，放手让学生准 备材料。例如《种子的构造》，可让学生课前搜集各类品种的种子，这样学生观 察的种子不仅仅是书上的几种，还有枣、白果、西瓜籽等，学生掌握了极为丰 富的信息，更易形成种子的概念。又如教《捉蚂蚁》、《蟋蟀》时，要求学生课 前捉到这些动物，教《溶解》时，要求学生每组合作准备一套材料等。放手让 学生准备材料，不仅能获得感性材料，激发兴趣，而且还能培养学生的社会活 动能力。
2、放手让学生质疑问难
“为学患无疑，疑则有进”。如果没有主动参与、积极思考，很难想象学生 能提出一个有价值的问题，如果学生能主动大胆地提一个有价值的问题，那么 他就具有了一定的创新能力。我们要努力为学生创设一种民主、平等、宽松的 质疑问难的环境。凡是学生能自己发现的问题就不要教师去提示。我们要多一 点“你还想知道什么？还有哪些问题不懂？ ”，少一点“为什么……？ ”例如教 学《蟋蟀》，开始教师可指着蟋蟀问：“你们想知道它的一些什么？”，接着解决 学生提出的问题：哪里能捉到蟋蟀？蟋蟀喜欢吃什么？蟋蟀和身体结构是怎样 的？”等。总结时问：“你们还有哪些不懂的问题？”鼓励学生质疑。
3、放手让学生假设猜想
把事实组合起来形成假设，是培养学生创新能力中心环节。只有通过想象， 才能提出假设，进而创造出新事物来。因此我们要保护学生的想象，大胆让学 生进行假设，以保证每一位同学都有自己的思考过程，有自己的猜测或假设。 如教学《物体的热胀冷缩》时，在提出为什么用热水可以使瘪了乓乓球鼓起来 问题后，学生自然联想到上节课固体的热胀冷缩的内容，认知水平较好的学生 还会联想到球里是空的，内有空气。于是学生假设：1、认为是乓乓球的外皮受 热膨胀的结果；2、认为是乓乓球里面的空气受热膨胀后把瘪的地方顶起来的， 3认为……。谁的假设正确呢？这一问题又一次激发学生进一步探究提出的假设 是否正确的欲望。
4、放手让学生探索研究
在传统的自然教学中，教师根据教学内容提供实验器材，安排好实验步骤， 然后由学生照着教师的方法做实验，按部就班，不仅不能培养学生的创造能力， 还阻碍了学生思维能力的发展。教学中我尽量让学生自己设计实验，放手让学 生根据自己的设计做研究,这样，学生思维不仅仅局限于课本和教师,更有利于培 养学生的创新能力。例如《平衡架》一课，我只发给每组一个平衡架，6个钩码， 学生随便玩，只要平衡架平衡就行，比一比谁的方法最多，并记下平衡的方法 和次数。没等我说完，就有的学生动起手，努力改变方法使平衡架平衡。汇报 结果有10种、16种、20种、24种……还有说80多种平衡方法。当我把一部 分平衡方法展示在黑板上时,他们都开心地笑了,沉浸在无比欢乐之中。平衡架这 什么会平衡呢？孩子们思维马上活跃起来，在观察思考、研究讨论后，总结出 平衡架平衡的规律。
5、放手让学生运用知识
学生把所学的知识和技能应用于实践生活。这是由自然学科的实践特点所 决定的，也是培养学生创新能力的必然要求。在应用过程中，一方面，学生的 知识和技能得到了巩固和提高，如学习水的气态变化后，去解释去、雨、雪、 霜、雹等自然现象形成的原因等。另一方面，学生会遇到各式各样的困难，为 了战胜困难，他们必然要全力以赴，调动一切有利因素，充分发挥自己的潜能， 创造性地运用各种条件，从而使自己的创新能力得到发展。如学完《杠杆》一 课后，可问学生：“司马光看到同伴掉到水缸里，他用石头砸破水缸救出了小孩， 你还有没有更好的方法呢？”引导学生思考，如果利用杠杆撬翻水缸，不仅可 救出同伴，还可保全水缸，使学生真正体会到知识就是力量的含义。
6、放手让学生检测评价
学生是学习的主体，他们有独特的见解和思维方式，他们也有一定的知识 积累，我们每一位教师都要相信学生，敢于放手，对于学习的评价也亦如此， 让学生独立或合作进行评价，各抒已见，有利于自我完善知识的建构，更有利 于开启学生的智慧。如《叶的蒸腾作用》一课，讨论“树木比较多的地方，空 气为什么比较湿润？”有的同学认为树叶挡住了太阳光，土壤比较湿润，土壤 中的水蒸发使周围的空气比较湿润；有的同学则认为植物体内有水，植物体内 的水也会蒸发，变成水蒸气飞散到树林周围；有的同学认为两者兼而有之。对 这样的回答，谁对谁错，我不表态，而是问“他讲得有道理吗？你同意他的观 点吗？有没有补充？为什么他设计的方法最好？”等。经过这样长期的训练， 不仅使学生养成良好的听课习惯，而且学生敢于大胆质疑，陈述自己的观点， 学生思维活跃，课堂气氛热烈。学生的思维品质、创新能力也就在长期的“思” 与“疑”的训练中得到了有效的培养。
五、研究初步成效
本课题研究的自变量是教师对开放性科学探究活动（具体包括：问题、实 践、环境、教与学的模式、教学内容、实践材料 、教与学的常规、评价、自主 探究程序等九方面）进行开放。因变量是学生自我建构知识学习的能动性，学 生科学素质的内化度，以此为标志指向的小学科学（自然）课堂教学效益。
为了测试研究变量对学生变化发展有无影响以及影响程度，为了便于操作， 我们采用比较粗放的在同年级同质比较的基础上，不同质施教，再追踪调查研 究结果的方法，其中一个为实验样本，另一个为对比样本。在充分考虑各种无 关变量后，经过初步评估，两个对比样组基本等值。实验样本严格按事前设计 好的研究变量进行操作，不断将研究成果运用于实践，对比样本则按常规进行 教学。
（一）增强了学生对科学（自然）课的兴趣
受传统教育教学观念的影响，社会上普遍认为自然（科学）学科论知识传 授不如语文、数学，论技能培养不如音乐、体育、美术，属于一般化的术科教 学。但通过课题研究我们欣喜地发现，这种状况发生了变化（见下表1）。由于 对教学“材料”进行了优化和呈现，学生的兴趣产生了一定的迁移，调查结果
显示，学生喜欢学科和兴趣发生转移，喜欢上科学（自然）课的学生由排列第6、 7位居多上升到第4、5位居多，明显高于英语、音乐、体育，美术、社会、思 品等学科，这足以说明学生对科学学科的兴趣在不断增长，而且呈现继续增长 的趋势。

（二）提升了学生会学科学的素质
小学科学课程的宗旨是培养学生的科学素养。作为实施科学启蒙教育的科 学学科，在培养学生的过程中更应该关注学生科学素质的培养。由于学生会学 科学的素质的测试比较困难，研究前未曾对两个对比样组进行测试，中间也没 有进行跟踪测试，但因为两个对比样组基本是等值的，所以我们认定两个对比 样组在研究前的科学素质差异不大。只是在研究结束时参照国家“科学课程标 准”研制组的《小学生科学素养调查与分析》，从科学知识、科学态度、探究 过程、探究能力四个方面自编测试卷进行了测试。测试验结果统计见下表2：
以“探究过程”为例，我们从提出问题、假设猜想，小组合作、搜集整理 信息、汇报交流等方面对两个样本的学生学习科学的过程进行了进一步的研究， 发现实验样本的学生在2年多的科学学习中，学生从跟着老师学的角色逐步转 入自己想探究、自己会学，而且会运用科学的方法进行学习，体验了科学学习 的乐趣、理解了科学学习的内涵。
从表中可以看出，在两个对比样组中，实验样本学生的科学知识、科学态 度、探究过程、探究能力四方面均优于对照样本，差异显著或十分显煮P<0.05~ P<0.01）。这说明：对小学科学教学中“材料”进行优化和呈现的研究中，学生 会学科学的素质得到全面锻炼培养，学生的科学素质得以提升。

表1：学生会学科学的素质测试统计表

实验样本
N1=50
对照样本 N2=50
标准误差
SEDX
Z值
P值
科学 知识
X
94.5
90.7
1.68
2.26
P<0.05
S
8.1
8.7
科学 态度
X
92.0
88.0
1.39
4.31
P<0.01
S
6.5
7.4
探究
过程
X
91.0
87.0
1.18
3.38
P<0.01
S
5.4
6.4
探究
能力
X
94.4
87.8
1.21
4.78
P<0.01
S
4.2
6.1
（三）大面积提高了科学课堂教学的水平
通过研究，目前实验学校的科学（自然）课堂教学的格局，模式发生了较 大的变化。课题组的教师都能从小学科学教育的思想和“目标”定位的解释出 发，对开放性科学探究活动中提升学生科学素养实施的各方面进行开放（包括 设计、选择、重组、控制、调节等），提高了科学课堂教学的效益。在研究中， 我们依据“课堂教学评价表”的指标进行了前后测，见表3：
表3：小学科学课堂教学水平情况前后测汇总

节
数
等级
定位
学生方面
教师方面
总评 优秀％
学 习 目 标
学 习 方 式
学 习 水 平
学 习 效 果
角 色 把 握
环 境 营 造
技 术 应 用
基 本 素 养
前测 （2000 年）
20
优秀
6
4
6
3
2
7
2
3
20%
良好
8
7
9
6
9
12
9
8
一般
4
6
4
9
7
1
3
8
较差
2
3
1
2
2
0
6
1
后测 （2002 年）
20
优秀
11
10
9
12
9
15
8
8
75%
良好
6
7
6
6
6
3
6
6
一般
3
3
5
2
3
1
4
5
较差
0
0
0
0
2
1
2
1

表3中可以看出，优秀课的比率由研究前的20％上升到75％，这说明对 教学“材料”进行了优化和呈现，课堂教学的基本格局和基本模式发生了变化： 学生在课堂上，既能独立探究，学生、老师一起交流、讨论是热烈而有序，师 生之间的相互交往、交流是协调、通畅，思维已没有情感上的各种因素的制约； 教师能在创设学习情境，创造再创造的动手动脑的情境，调控情感因素方面， 己有一定的理论经验与实际操作的能力，课堂上学生既充满活力，又能轻松自 如地学习。使我们小学科学课堂教学充满了创新的生机与活力。
（四）形成了一支“科研型”的科学教师队伍
课题组成了一个磁场，聚合、同化了群体中的每个人，他们视校园、课堂 为实验室，基本形成了“人人搞科研，时时在研究”的良好氛围，通过3年多 的课题研究实践，教师的素质有了不同程度的提高，涌现出了一批会教、善教 的青年教师。其中常州市优秀科技辅导员、金坛市实践活动先进个人等，课题 组成员撰写的论文有几十篇在常州市以上获奖、发表。他们的思想观念、教 学水平、教科研能力都有了显著的提高，教研组被评为常州市优秀教研组。
六、结束语
通过本课题的研究，我们深深认识到，一个课题的结题，并不代表着研究的 结束，更代表着一种新的起点、新的开始。有些方面，我们涉足不多，将作为 后续研究，重点突破。在一段时间的课题研究中我们清楚地认识到自己的不足， 如课题研究有思路，但力度不够；教师科研能力有发展，但参与面不广……我们 坚信在在以后的教学研究中，不断反思、总结、改进，继续探索下去，为课题 研究做出自己应有的努力！
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