(1) 对四种概念:柔软性、牢固性、透气性和吸水性,难以给出适合于小学教育层次的可操作性的定义。如怎样定义什么叫柔软,用手摸只能得出相对性的结果,但不同人之间的触觉不同,不可比较。再看牢固性,按照材料力学的定义,意指单位宽度/厚度的材料被刚刚拉断时的拉力的大小。这里既不具备材料力学实验的设备,又没有符合孩子们操作能力的定义,是难以进行有效的实验的。
(2) 涉及的实验变量和控制变量过多。这里的实验变量有四种材料、四个特性:柔软性、牢固性、透气性和吸水性;需要控制的变量很多,以吸水性为例,如果要比较两种材料的吸水性,先要使各组的材料的重量相同(称重),因为如果重量不同,吸水量必然不同,而且可以大不相同;吸水后的材料的重量减去吸水前的材料的重量就是吸水量,那么怎样控制称重量时的水量不被流失或流失量相同,都是教师在实验准备时应该提前做好的工作。这样看来,这个活动设计对于仅仅一节课的时间而言,过于不切合实际。
我们认为对于小学科学而言,往往适合进行有限个变量的研究,如华伟老师的实验只有两种材料(水和沙)、两个特性(吸热和散热——而且它们是相关的),否则会使学生陷人困难之中。再举一例,如果做一个温度对豆芽生长影响的实验,用两个花盆进行比较,其中一个叫控制组(控制温度一定),另一个叫实验组(让温度变高或变低)。这时要注意两个花盆里的种子只能有一颗,而且种子的质量要尽量相同。否则会得出互相矛盾的结果,如同一个盆里在相同的条件下长出的豆芽往往不一样高,导致温度与高度的关系不清楚,使得实验结果很难向小学生解释清楚,因为又引进了遗传因素等变量。
这里还有另外一个更加重要的问题,就是怎样对待五花八门的结果。我国的科学教育刚刚起步,难免会出现由于活动设计不周而出现意料不到的“五花八门”的情况。但重要的是要像华伟老师所建议的那样,“重过程更要重反思”。教师绝不能不加分析地直接把标准答案写在黑板上,因为那样孩子们不仅没有学会探究的方法,还产生挫折感,甚至不求甚解的态度。对于上例,应该让不同组间进行操作过程上的交流和对比,看看问题出在哪儿,直到获得一致的答案。这样可能完不成“教学计划”,但实际上孩子们学到了更多。当然,教学计划的制订也应作相应的改革,应该符合孩子们的认知能力。
即便是很有经验的教师,也会面临意想不到的矛盾的结果,而矛盾的结果正是进行集体讨论,增进理解的极好机会。美国《国家科学教育标准》中也提出,今天的科学教育目标比从前更重视对数据的解释和结果的修正,而不仅仅是数据的获得过程。矛盾的结果反映出孩子们的问题,正是有的放矢地进行教学的良好契机。
附:《结论为什么五花八门》
华伟
(原载:《科学课(3-6年级)》,2003年3月上半月)
科学教育的最终目的是促使学生形成良好的科学素养,在科学教学的过程中,一般以探究性学习为主要方法。在具体教学时,则通常创设问题情境,让学生根据自己的生活经验提出问题并作出假设,然后利用小组合作学习方式进行研究并收集数据,再分析数据最终得出结论。教学《吸热和散热》时,我创设了这样的问题情境:“如何比较沙和水这两个物体哪个吸热快?哪个散热慢?”学生进行了充分的讨论后,设计了一个实验方案:在装有沙和水的烧杯里分别放一个温度计,在阳光下放10分钟,在阴凉处放10分钟,每隔2分钟测一次温度,在实验开始前要测出沙和水的原始温度。方案初步形成后,学生便开始兴致勃勃地探究,教师则在旁边指导并具体参与了一组的探究活动。
令人惊奇地是实验后交流得出的结论竟然五花八门:有沙吸热快,散热快;水吸热快,散热快;沙吸热慢,散热慢;水吸热慢,散热慢等共八个结论。为什么同一个实验,用同样的方法,同样的工具会有如此之大的差异,这不由得引起了我的思考,问题到底出在哪儿呢?
细细回顾上课的过程,学生在探究时很投人,兴趣也浓,但也出现了不少问题。如读温度计时,有的学生把温度计拿出水面来读数;有的学生随便看了一下就说出温度让同学记录。有的负责计时的学生过了两分钟也不提醒测量温度的同学,更有的组把烧杯打碎了,温度计也摔坏了。这些现象从表面来看,似乎是因为学生做实验时不用心造成的,教师如果适时提醒一下,或许就能很好完成实验。仔细分析,其实不然,学生不能很好地完成实验的原因一是没有能养成良好的实验规范,第二是没有学会基本的实验技能。因此,我认为教师在指导学生开展探究活动时应该:
探究活动总是有赖于各种技能,学生进行科学探究,从观察到实验,从查阅资料到进行各种调查,往往会用到放大镜、温度计、秒表、酒精灯、烧杯、剪刀、天平等各种实验工具。进行数据分析时,也有可能用到电脑等,各种工具和仪器在科学上都有一定的使用规范和技巧。因此,进行探究活动时,应该有意识进行相关的指导,以便学生在各类探究活动中运用工具时得心应手。如果在探究活动开始之前,能用一些时间让学生说说温度计的正确使用方法(因为以前已学过使用方法)并进行练习,那么随后的活动中学生读温度计的差错有可能减到最少。
探究活动不应止于数据分析得出结论,一个完整的探究活动应该包括对活动的反思,反思可以帮助学生认清自己在此次探究活动中的成功与不足之处,反思可以是操作上的反思,也可以是对态度的反思、对方法的反思。反思可以帮助学生养成思考的习惯,有助于学生探究能力的提高,实验结束后,不妨让学生回顾一下,检视整个过程,说说操作中的得失。学生们说出了各种问题,如小组成员间的合作不好,读秒的同学不专心,贪玩,同学间的相互干扰等等。教师适时进行提醒,引导学生解决这些不利于探究活动的因素,这样探究活动才会走上更高的层次。