第四讲探究活动的设计.doc

第四讲：多种形式探究活动的设计
(2) 观察、发现和解决问题的探究活动
观察是重要的科学方法之一，但不是所有的学习活动都能有效地培养学生的观察力。学生常常对许多现象熟视无睹，其原因之一就是缺少对探究活动的精心设计，因此加强观察性探究活动设计的研究更为必要。
①案例一　阳光透过树荫所成光斑的探究
提出问题：观察阳光透过树荫产生的现象，看到什么现象？能提出什么问题？
见到许多圆形的光斑，这种光斑是从哪里来的？也见到一些非圆形的光斑，这种光斑又是怎样形成的？
猜想和预测：
交流各组提出的猜测：
可能透光的孔近似为圆形，从而使影子的边缘近似为圆形，如果透光的孔为非圆形，那么形成的光斑也就是非圆形；可能是太阳光透过小孔形成的光斑（像），孔的大小可能会影响光斑的形状。究竟哪一种猜想是正确的呢？
用实验收集事实证据：实验的方案是怎样的？需要哪些器材？有哪些变量？怎样控制变量？
学生分组观察阳光通过纸片上的孔在屏上所成的像。让阳光通过纸片上各种不同形状的孔，如圆形、三角形、方形、菱形等，观察所成的像。让阳光通过纸片上各种不同大小的孔，选三角形、方形、菱形、梯形中的一种，观察所成的像。
结论和解释：收集的事实是哪些？归纳的结论是什么？用什么原理对结论进行解释？
通过分析所收集的事实，可以归纳出小孔所成的像都是圆形，与孔的形状无关，而当孔大到一定程度，圆形消失，得到与孔形状相似的光斑。用光的直进原理可以解释上述结论：即，太阳面上的一个发光点透过小孔在屏上形成一个光斑，所有的发光点都形成与自己对应的光斑，从而组合成一个太阳的像。
评价：能否用其他事实来证明上面的结论呢？
用蜡烛代替太阳光做小孔成像的实验，证实结论是正确的。
应用：能否用探究得来的结论解决某种问题？能否根据上面的结论测出太阳的直径？公式和方法是什么？
报告与交流：用报告说明结论是如何得出的，有哪些事实支持这一结论，有哪些应用？
②案例一的评析
该案例反映了一个全程性的探究活动过程。从观察阳光透过树荫产生的现象出发，提出科学问题，引导学生步步深入地进行主动探究，做出猜想、设计实验、收集证据、理论解释、再收集证据、并应用探究的结果解决新的问题。这一过程能使学生更好地领会探究的科学思想和方法。
该案例中，设计者还关注学生的合作学习，主要活动以小组为单位，并适时进行小组间的交流，让每一小组选择一种假设，共同围绕这一假设进行探究。最后再进行大组的汇报和交流，使每个学生共享各组探究的成果。
在探究过程中，进行猜想和假设是探究的核心环节。各组提出的假设，有的得到事实和证据的支持而被证实；有的被实验的事实所否定，从而从“失败”的过程中得到了正确的认识。这种创设“失败”机会的策略也是可取的。

③案例二 　筷子插入水中后你会看到怎样的图景？
活动1 　插入立方容器内（图1）
预想：把筷子插入到立方形的水槽中，再注水近满，你认为你会看到哪些现象？用草图把想象中的现象描画出来。
观察：注水后从不同的角度观察，你看到了哪些现象？有哪些现象你在预想时没有想到？
分析与解释：选择其中某些你意想不到的现象，用你所学的知识并配合简图加以解释。
活动2 　插入圆柱形玻璃杯内（图2）

观察：注水后从不同的角度观察，你看到了哪些现象？由看到的现象你能提出哪些问题？
交流：各人或各组看到的现象和想到的问题。
分析与解释：对提出的问题进行分析和解释。
实验和观察：对你提出的某些问题，你能否用实验来证实你的分析是正确的？你实验观察的结果是怎样的？
交流：探究的结果和心得。
④案例二的评析
本案例由两个活动组成，创设的条件使难度递增。“筷子插入水中”似乎是一个大家都熟知的课题，闭着眼睛就能答出“筷子变弯”的答案。但看到的现象却比一般人的想象要复杂得多。因此能给学生观察发现的机会。在活动1中，让学生先猜想后观察，比较猜想到的现象和观察到的现象有什么差异，然后再寻求解释。它的模式是“猜一猜，看一看”，这是一种非常有价值的方法，有利于培养学生带着猜想仔细观察的习惯，也有利于激发学生观察探究的动机。活动2，改用了圆柱形的容器，水中物体发出的光通过圆柱面而射入空气，从而使观察的现象复杂。如果仍采用活动1的模式，让学生先猜想，困难过大，因此采用了“看一看，想一想，做一做”这样一种模式。用“你看到了什么？你想到了什么？”这一开放度较大的问题切入，给了学生较大的观察思考的空间，然后再通过交流，使学生发现自己没有看到和想到的问题，继而进行探究。在对某些现象运用知识进行解释后，进一步引导学生改变某些实验条件再观察现象（例如改变杯中水的深度，改变筷子插入水的倾斜程度），以证实自己的分析是否正确，或发现更多的问题，进行更深入的探究。这样的设计使一个看似简单的活动变成了一个不简单的研究课题，使学生在过程中学习观察发现思考和解决问题的方法，从而得到创造性的教育。

(3) 模拟历史题材的科学辩论活动
案例　关于物体下落快慢的辩论
亚里士多德关于落体运动的观点是“重快而轻慢”，他的观点与常见的现象是相符合的，也就是说，有很多的事实证据支持他的观点。伽利略用实验和推理的方法驳斥了亚里士多德的观念，指出重的物体和轻的物体都以相同的加速度下落。究竟谁对谁错，很难用几句话来评说。用科学辩论的形式组织学生探究是一种很好的方式，辩论可以很好地调动学生的积极性，自主地收集素材和证据，发展思维的灵活性，并锻炼学生的口才和培养小组的协作精神。将学生分为三组，第一组称为“伽方”，支持伽利略的观点，第二组称为“亚方”，支持亚里士多德的观点，第三组为裁判方，对参辩的双方进行评价。要求参辩双方，查阅有关资料，搜集有关证据，阐明自己的观点，进行辩说和演示，并寻求理论支持。在各自准备的基础上，填写好辩论提纲，并进行辩论。
让学生自己来主持和评论，也是非常有益的。裁判方需要倾听双方的陈述，作出客观和辩证的评价，既从历史的角度、事物本质的角度，又从科学发展的角度来认识有关落体的问题，还要从双方辩论中的精神、技巧、团队合作情况等来作出评价。这对全体学生都有教育的意义。
以上仅介绍了几种探究活动的设计。探究活动的形式是多样的，设计也是多样的，活动过程中还会出现多样的变化，因此探究活动的设计必须是动态的设计，那种一成不变的教案设计观和评价观必须改变。