20140430AM探究式教学的要素和策略叶艳

探究探究式教学的要素与策略式教学的要素与策略叶艳叶艳东南大学学习科学研究中心东南大学学习科学研究中心中国科协中国科协“做中学做中学”科学教育改革实验项目教学中心科学教育改革实验项目教学中心江苏汉博教育培训中心江苏汉博教育培训中心2012014 4年4 4月广州市荔荔湾区湾区小学学科学学科名师师工作站“做中学学”项项目培训训谁的气压大？谁的气压大？2大气球大气球小气球小气球谁的气压大？谁的气压大？预测预测 小组内相互讨论，将你们的预测记录下来小组内相互讨论，将你们的预测记录下来3谁的气压大？谁的气压大？设计实验设计实验 如何来验证你们的预测呢？如何来验证你们的预测呢？以下材料供您参考：气球、打气筒、量筒以下材料供您参考：气球、打气筒、量筒、水槽、吸管、棉线、透明胶、塑料袋、水槽、吸管、棉线、透明胶、塑料袋 将你们组的实验方案和所需要的材料记录将你们组的实验方案和所需要的材料记录（画）下来。（画）下来。4谁的气压大？谁的气压大？实验验证实验验证 小组进行分工，材料员上台领取材料小组进行分工，材料员上台领取材料 小组进行实验，记录员及时记录实验结果小组进行实验，记录员及时记录实验结果 小组分析实验结果，得出结论小组分析实验结果，得出结论5谁的气压大？谁的气压大？汇报交流汇报交流 你们的实验结果与你们的预测一样吗？你们的实验结果与你们的预测一样吗？你们的实验方法是怎样的？你们的实验方法是怎样的？你们在实验过程中遇到了哪些问题？你们在实验过程中遇到了哪些问题？通过这个活动，你有什么体会与发现？通过这个活动，你有什么体会与发现？6方法一：连通气球法方法一：连通气球法78采用方法一时需要注意的问题：采用方法一时需要注意的问题：气球的大小比例：小的要多小？大的要多气球的大小比例：小的要多小？大的要多大？大？中间连接的吸管：用细的好还是粗的好？中间连接的吸管：用细的好还是粗的好？如果用肉眼看不出气球的变化，怎样才能如果用肉眼看不出气球的变化，怎样才能进行对比？进行对比？9方法二：公式推导法方法二：公式推导法 克拉伯龙方程又名理想气体状态方程克拉伯龙方程又名理想气体状态方程PV=PV=nRTnRT 其中其中P P是压强、是压强、V V是体积、是体积、n n是物质的量、是物质的量、T T是温度、是温度、R R是一个常数是一个常数 当我们用气筒给气球充气时，当我们用气筒给气球充气时，T T不变，不变，n n不不变，变，R R是常数。是常数。10所以我们可以进行推导：所以我们可以进行推导：给一个气球打入给一个气球打入1010气筒空气（小气球）气筒空气（小气球）1010V V0 0P P0 0=nRTnRT=V=V小小P P小小 再给一个气球打入再给一个气球打入3030气筒空气（大气球）气筒空气（大气球）3030V V0 0P P0 0=nRTnRT=V=V大大P P大大 P P小小/P/P大大=V=V大大/3V/3V小小11 若若V V大大=3V3V小小，则，则P P小小=P=P大大 若若V V大大3V3V小小，则，则P P小小P P大大 若若V V大大3V3V小小，则，则P P小小P P大大 因此，只要分别测量出小气球和大气球的因此，只要分别测量出小气球和大气球的体积，就能知道气压谁大谁小。体积，就能知道气压谁大谁小。12问题：如何测量气球的体积？问题：如何测量气球的体积？排水法：将气球放入水中，测量溢出的水量（或排水法：将气球放入水中，测量溢出的水量（或通过升高的水位进行计算）通过升高的水位进行计算）筑模法：在气球外面用材料涂抹或包裹，成型后筑模法：在气球外面用材料涂抹或包裹，成型后将气球放气，在做好的模具中加水，测量水的体将气球放气，在做好的模具中加水，测量水的体积积 填充法：找一个体积容易计算的容器，将气球放填充法：找一个体积容易计算的容器，将气球放入容器内，用颗粒物填满容器，再将气球取出，入容器内，用颗粒物填满容器，再将气球取出，测量剩余颗粒物的体积，即可算出气球的体积测量剩余颗粒物的体积，即可算出气球的体积 数学法：积分与函数建模数学法：积分与函数建模 请分析这些方法的优缺点，除了以上几种方法，请分析这些方法的优缺点，除了以上几种方法，您还有什么办法？您还有什么办法？13补充说明补充说明 较小的气球，曲率半径较小。因此它的表较小的气球，曲率半径较小。因此它的表面的弹性力指向气球中心的分量比大气球面的弹性力指向气球中心的分量比大气球的要大。指向内部的力较大就产生了较大的要大。指向内部的力较大就产生了较大的压力，这意味着较小的气球里的压力较的压力，这意味着较小的气球里的压力较大。大。从这个原理也可以知道，为什么在吹气球从这个原理也可以知道，为什么在吹气球时开始要费较大的力气，而越往后越容易时开始要费较大的力气，而越往后越容易吹，因为这时指向中心的弹性力分量越来吹，因为这时指向中心的弹性力分量越来越小。越小。1415 提出和聚焦问题提出和聚焦问题 设计研究方案设计研究方案 收集和获取证据收集和获取证据 分析数据和得出结论分析数据和得出结论 表达与交流表达与交流探究活动的要素探究活动的要素 一个好的探究问题，应当能够引起学一个好的探究问题，应当能够引起学生的兴趣，与学生的经验相联系，适生的兴趣，与学生的经验相联系，适合学生的发展水平，并且指向某些科合学生的发展水平，并且指向某些科学概念。学概念。探究问题由谁来提出？探究问题由谁来提出？一、提出一、提出和聚焦问题和聚焦问题 学生在探究植物的生长过程中，一组学生学生在探究植物的生长过程中，一组学生发现自己的植物长的总没有另一组的好，发现自己的植物长的总没有另一组的好，尽管他们放在同样的地方，浇同样多的水尽管他们放在同样的地方，浇同样多的水。后来有学生发现他们花盆里的土质不同。后来有学生发现他们花盆里的土质不同，一个盆里是沙质土，一个盆里是粘质土，一个盆里是沙质土，一个盆里是粘质土。他们把这个发现和疑问告诉老师：。他们把这个发现和疑问告诉老师：“土土质是不是对植物的生长也有影响呢？质是不是对植物的生长也有影响呢？”教师：教师：“我们来探究一下吧！我们来探究一下吧！”这是最为理想的情况！这是最为理想的情况！举例举例植物的生长植物的生长 教师将蚯蚓带到教室，引起学生的教师将蚯蚓带到教室，引起学生的好好奇奇心，大家提出了各种各样的问题：心，大家提出了各种各样的问题：蚯蚓喜欢吃什么？蚯蚓喜欢吃什么？蚯蚓有眼睛吗？蚯蚓有眼睛吗？怎么区分公蚯蚓和母蚯蚓？怎么区分公蚯蚓和母蚯蚓？蚯蚓能活多久？蚯蚓能活多久？举例举例蚯蚓喜欢什么样的环境蚯蚓喜欢什么样的环境 教师说，为了更好地研究蚯蚓，我们可以教师说，为了更好地研究蚯蚓，我们可以将蚯蚓养在教室里。接着提出问题：将蚯蚓养在教室里。接着提出问题：那蚯那蚯蚓喜欢什么样的生存环境呢？蚓喜欢什么样的生存环境呢？学生提出的问题往往是五花八门的，希学生提出的问题往往是五花八门的，希望每个学生都准确地提出教师想要的问题望每个学生都准确地提出教师想要的问题，并不容易。这时就体现出，并不容易。这时就体现出聚焦问题聚焦问题的重的重要性。要性。举例举例蚯蚓喜欢什么样的环境蚯蚓喜欢什么样的环境预测预测了解学生前概念的手段了解学生前概念的手段 提出问题后就直接开始探究了吗？提出问题后就直接开始探究了吗？为什么要进行预测？为什么要进行预测？怎样算有效的预测？怎样算有效的预测？预测时要注意什么？预测时要注意什么？21为什么要进行预测为什么要进行预测 学生在学习之前，脑中对于所要学习学生在学习之前，脑中对于所要学习的概念（现象）并不是空白的，。的概念（现象）并不是空白的，。了解学生前概念能帮助教师确定教学了解学生前概念能帮助教师确定教学的目标，因材施教、对症下药。的目标，因材施教、对症下药。基于前概念的教学正体现了学习进程基于前概念的教学正体现了学习进程的意义。的意义。22怎样算有效的预测怎样算有效的预测23这是一个神奇的水桶，这是一个神奇的水桶，无论你从无论你从上面倒进什么颜色的水，上面倒进什么颜色的水，下面流出的总是清澈的水。你认为会是什么原因呢？下面流出的总是清澈的水。你认为会是什么原因呢？里面有木炭里面有木炭里面住着一位小仙女里面住着一位小仙女蒸发冷凝的蒸发冷凝的想法想法里面有个小人国里面有个小人国里面有块磁铁里面有块磁铁里面有个肾脏里面有个肾脏里面有里面有“机关机关”前概念体现了学生对于自然界现象或规律前概念体现了学生对于自然界现象或规律的一种初始认识，的一种初始认识，而不是无凭据的猜想。而不是无凭据的猜想。预测时要注意什么？预测时要注意什么？在提出问题后留出时间给学生思考在提出问题后留出时间给学生思考 在全班回答前让小组先进行讨论在全班回答前让小组先进行讨论 教师对学生回答的反应不要带有暗示性教师对学生回答的反应不要带有暗示性 多问一句多问一句“为什么为什么”32举例举例将水和油倒在一个杯子将水和油倒在一个杯子里会发生什么？里会发生什么？学生甲：水沉在下面，油浮在上面。学生甲：水沉在下面，油浮在上面。学生乙：油沉在下面，水浮在上面。学生乙：油沉在下面，水浮在上面。教师追问：教师追问：为什么？为什么？举例举例将水和油倒在一个杯子将水和油倒在一个杯子里会发生什么？里会发生什么？学生甲：因为水重、油轻，所以水沉在学生甲：因为水重、油轻，所以水沉在下面。下面。学生乙：因为水重、油轻，所以水把油学生乙：因为水重、油轻，所以水把油压在下面。压在下面。教师要追问为什么，不能仅停留在表面！教师要追问为什么，不能仅停留在表面！举例举例水蒸气在什么情况下水蒸气在什么情况下能够变成水？能够变成水？学生甲：遇冷学生甲：遇冷 学生乙：遇热学生乙：遇热35追问：为什么这样想？追问：为什么这样想？学生乙：因为我一进浴室，眼镜就糊了，浴室里很学生乙：因为我一进浴室，眼镜就糊了，浴室里很热，所以我认为水蒸气遇热会变成水。热，所以我认为水蒸气遇热会变成水。36 对于科学研究者来说，得出好的研究对于科学研究者来说，得出好的研究方法是至关重要的，是推动研究进展方法是至关重要的，是推动研究进展的关键环节。小学科学教育也应当培的关键环节。小学科学教育也应当培养小学生在这方面的能力养小学生在这方面的能力。二、设计二、设计实验方案实验方案 学生学生顺利设计实验的前提：顺利设计实验的前提：学生自身的能力发展学生自身的能力发展 对学生可能具有的前概念的分析对学生可能具有的前概念的分析 充足、合适的实验材料充足、合适的实验材料 教师恰当的引导语教师恰当的引导语 有一些问题的实验设计有一些问题的实验设计很简单，有很简单，有一一些些则则很复杂很复杂：这些物体放入水中会沉还是会浮？这些物体放入水中会沉还是会浮？塑料瓶里有空气吗？塑料瓶里有空气吗？怎样证明定滑轮真的省力怎样证明定滑轮真的省力？种子萌发需要哪些条件种子萌发需要哪些条件？如何证明光沿直线传播？如何证明光沿直线传播？四季形成的原因是什么？四季形成的原因是什么？并不是所有的课程都会让学生自己设计并不是所有的课程都会让学生自己设计研究方案，这也体现了探究的层次高低研究方案，这也体现了探究的层次高低 在探究活动中，学生自己进行调查研在探究活动中，学生自己进行调查研究，从而获得实证。究，从而获得实证。寻求实证的方法有多种，学生可以动寻求实证的方法有多种，学生可以动手做实验，也可以手做实验，也可以通过二手资料获得通过二手资料获得信息信息。让让学生亲自动手进行科学实验，获得学生亲自动手进行科学实验，获得第一手资料，仍然是发展第一手资料，仍然是发展学生（尤其学生（尤其是小学生）科学是小学生）科学概念的主要方法。概念的主要方法。三、收集和获取证据三、收集和获取证据 除了强调动手操作之外，探究也同样除了强调动手操作之外，探究也同样强调心理活动，学生在参与观察、收强调心理活动，学生在参与观察、收集证据和讨论时都应重视集证据和讨论时都应重视思考思考。在在通过二手资料进行通过二手资料进行的探究活动中，的探究活动中，应使学生学会辨认可靠的信息来源，应使学生学会辨认可靠的信息来源，学会通过查找和比对丰富的资料来获学会通过查找和比对丰富的资料来获得可靠的信息。得可靠的信息。课堂处理方法之一课堂处理方法之一 教师提供详尽的实验指导与安排，学生根教师提供详尽的实验指导与安排，学生根据教师给定的探究步骤进行活动。据教师给定的探究步骤进行活动。优点：任务简化，学生很容易达成探究任优点：任务简化，学生很容易达成探究任务要求，课堂效率高。务要求，课堂效率高。缺点：学生自由度低，按部就班，探究技缺点：学生自由度低，按部就班，探究技能培养较弱能培养较弱42举例举例100ml100ml水里能溶解多少盐？水里能溶解多少盐？请请1 1号同学把一勺食盐加入水杯号同学把一勺食盐加入水杯 请请2 2号同学搅拌号同学搅拌 请请3 3号同学观察是否完全溶解号同学观察是否完全溶解 请请4 4号同学记录已加入的食盐量号同学记录已加入的食盐量 再请再请1 1号同学加盐号同学加盐 最后请最后请4 4号同学汇报溶解了几勺食盐。号同学汇报溶解了几勺食盐。43课堂处理方法之二课堂处理方法之二 教师只提供探究问题，关于解决问题的方教师只提供探究问题，关于解决问题的方法与步骤都让学生自行安排法与步骤都让学生自行安排 优点：学生自由度高，不仅仅是简单的操优点：学生自由度高，不仅仅是简单的操作和观察，而是进一步深入到计划、比较作和观察，而是进一步深入到计划、比较、选择、决策等层面、选择、决策等层面 缺点：由于学生的思维发展水平不高，探缺点：由于学生的思维发展水平不高，探究过程中会出现各种各样的错误和问题，究过程中会出现各种各样的错误和问题，耗时长，课堂效率低耗时长，课堂效率低44举例举例100ml100ml水里能溶解多少盐？水里能溶解多少盐？小组根据预测制定实验方案：小组根据预测制定实验方案：如预测能溶解如预测能溶解3030克盐，那就要思考是一次克盐，那就要思考是一次加满加满3030克，还是分几次加？克，还是分几次加？如果计划分多次加盐，那每次加多少，是如果计划分多次加盐，那每次加多少，是等量加？还是递减加？等量加？还是递减加？如果是递减加，第一次加多少盐？后面加如果是递减加，第一次加多少盐？后面加多少盐？多少盐？如果加到最后不溶解了，取什么值？如果加到最后不溶解了，取什么值？45小讨论小讨论 您比较偏向哪一种处理方式？您比较偏向哪一种处理方式？说说您的理由？说说您的理由？有没有两者兼得的处理方式？有没有两者兼得的处理方式？对于较简单的活动，可以在学生进行探究对于较简单的活动，可以在学生进行探究时教师加强单独指导时教师加强单独指导 对于较复杂的活动，亦可以给学生提供探对于较复杂的活动，亦可以给学生提供探究指南进行引导究指南进行引导46一年有四季探究指南一年有四季探究指南1 1、用灯泡模拟太阳，请将地球仪依次、用灯泡模拟太阳，请将地球仪依次摆在纸版上的摆在纸版上的A A、B B、C C、D D位置位置（在这个在这个模拟实验中，模拟实验中，A A、B B、C C、D D代表什么呢？代表什么呢？）2 2、将地球仪的地轴指向黑板（北方、将地球仪的地轴指向黑板（北方）（为什么要这样做）（为什么要这样做），转动地球仪，转动地球仪，让让竿正竿正对对太阳太阳（这时竿所在的地点是当地（这时竿所在的地点是当地时间几点钟）时间几点钟）3 3、让地球仪围绕太阳、让地球仪围绕太阳逆时针逆时针（为什么（为什么是逆时针）是逆时针）公转公转1 1周，测量周，测量在在A A、B B、C C、D D位置位置时时竿投射竿投射在卡板上的影长。在卡板上的影长。4 4、测量结束后、测量结束后，由，由数据推断出数据推断出A A、B B、C C、D D分别是哪个分别是哪个季节季节，思考四季的形成于，思考四季的形成于什么有关什么有关。在实施计划的过程中，学生会得到许多在实施计划的过程中，学生会得到许多证据，需要分析这些证据，才能解答或证据，需要分析这些证据，才能解答或解决探究问题，得出结论解决探究问题，得出结论。在这一步中。在这一步中，学生借助于，学生借助于推理解释结果推理解释结果产生的原因产生的原因，并在证据和逻辑论证的基础上建立各，并在证据和逻辑论证的基础上建立各种各样的联系种各样的联系。这一环节是否太过薄弱？这一环节是否太过薄弱？四、分析数据和得出结论四、分析数据和得出结论为什么这个环节相对薄弱？为什么这个环节相对薄弱？观察实验中所获得的数据信息已经直接指观察实验中所获得的数据信息已经直接指向所需要的结论，分析和研讨已属可有可向所需要的结论，分析和研讨已属可有可无，无关紧要了。无，无关紧要了。学生能够猜出教师希望他们得出的结论（学生能够猜出教师希望他们得出的结论（通过辨别教师的语气），不关心其他小组通过辨别教师的语气），不关心其他小组的数据和结果，全班一致统一观点。的数据和结果，全班一致统一观点。举举例：磁铁铁各个个部位的磁力大小 5016165 50 04 4111115153 30 03 312123 31 10 03 37 712123 30 03 36 6结论：结论：1 1点和点和5 5点磁力最大，点磁力最大，2 2点和点和4 4点磁力中等，点磁力中等，3 3点磁力最小点磁力最小第一组第一组举举例：定滑轮轮省力吗吗不省力不省力第二组第二组不省力不省力第三组第三组不省力不省力第四组第四组省力省力第五组第五组不省力不省力接下来老师会怎么做？接下来老师会怎么做？先让各小组汇报自己的实验结果：大多数小组得先让各小组汇报自己的实验结果：大多数小组得出的结论都是不省力，只有一个小组的实验结果出的结论都是不省力，只有一个小组的实验结果与大家不一样。与大家不一样。老师把这组同学请上台，在老师的帮助下又做了老师把这组同学请上台，在老师的帮助下又做了一次实验，发现结果正如多数小组做的一样，定一次实验，发现结果正如多数小组做的一样，定滑轮提升使用的力大于直接提升使用的力。滑轮提升使用的力大于直接提升使用的力。最后全班统一得出结论最后全班统一得出结论“定滑轮不省力定滑轮不省力”，老师，老师顺利小结下课了顺利小结下课了。但其实并没有这么简单但其实并没有这么简单第一组第一组第二组第二组第三组第三组第四组第四组第五组第五组直接直接提起提起定滑定滑轮提轮提起起直接直接提起提起定滑定滑轮提轮提起起直接直接提起提起定滑定滑轮提轮提起起直接直接提起提起定滑定滑轮提轮提起起直接直接提起提起定滑定滑轮提轮提起起3 3个个1.4N1.4N3 3个个1.3N1.3N2 2个个0.8N0.8N2 2个个1.5N1.5N2 2个个0.9N0.9N2 2个个1.1N1.1N1 1个个0.4N0.4N1 1个个0.4N0.4N2 2个个0.9N0.9N2 2个个1.9N1.9N2 2个个0.9N0.9N2 2个个0.7N0.7N3 3个个1.3N1.3N3 3个个2.42.42 2个个0.9N0.9N2 2个个1.2N1.2N2 2个个0.9N0.9N2 2个个0.8N0.8N2 2个个0.9N0.9N2 2个个1.1N1.1N1 1个个0.4N0.4N1 1个个0.3N0.3N1 1个个0.3N0.3N1 1个个0.5N0.5N2 2个个0.95N0.95N2 2个个1.3N1.3N3 3个个1.4N1.4N3 3个个1.3N1.3N3 3个个1.5N1.5N3 3个个2.9N2.9N2 2个个0.8N0.8N2 2个个0.8N0.8N2 2个个0.95N0.95N2 2个个1.2N1.2N平均平均2.7N2.7N平均平均3.1N3.1N平均平均0.8N0.8N平均平均1.21.2平均平均0.93N0.93N平均平均1.21.2平均平均0.9N0.9N平均平均0.8N0.8N定滑轮不定滑轮不省力省力定滑轮不定滑轮不省力省力定滑轮不定滑轮不省力省力定滑轮省定滑轮省力力定滑轮不定滑轮不省力省力学生的数据里面学生的数据里面有什么？有什么？有的小组做了有的小组做了4 4次实验，有的做了次实验，有的做了3 3次次 有的小组几次实验使用的钩码数是一样的，有的有的小组几次实验使用的钩码数是一样的，有的几次实验用的钩码数不一样几次实验用的钩码数不一样 有的小组算了平均值，有的小组没有算，有的小有的小组算了平均值，有的小组没有算，有的小组算的平均值其实没有意义组算的平均值其实没有意义 有的小组有的小组“平均值平均值”其实是相加值，还加错了其实是相加值，还加错了 有的小组的实验数据明显误差大，而他们自己也有的小组的实验数据明显误差大，而他们自己也不在意不在意 实验实验活动活动后的交流研讨后的交流研讨我们不仅要让学生汇报自己的实验数据，还要：我们不仅要让学生汇报自己的实验数据，还要：关注其他小组研究的过程关注其他小组研究的过程 对比自己和其他小组的研究过程对比自己和其他小组的研究过程 关注并读懂其他小组的实验数据关注并读懂其他小组的实验数据 比比对对自己与其他小组自己与其他小组的的数据差异数据差异 发现与认识发现与认识一些方法、规律一些方法、规律 在讨论和交流中，最终达成共识在讨论和交流中，最终达成共识 科学课科学课要结束在学生的共识要结束在学生的共识上，是在真正上，是在真正的研讨基础上达成的的研讨基础上达成的共识，而共识，而不是老师的不是老师的结论或教科书上的结论式结论或教科书上的结论式的共识的共识。真正的科学探究活动，不是探究到最后，真正的科学探究活动，不是探究到最后，所有的问题都解决了，它开始于一个问题所有的问题都解决了，它开始于一个问题的探究，结束于更多问题的提出。的探究，结束于更多问题的提出。章鼎儿章鼎儿61感谢您的倾听感谢您的倾听