以结构性材料实现有效探究与意义建构的统一——从《改变物体的沉浮》课例看科学课程探究材料的选择与应用，本文主要内容关键词为：材料论文,结构性论文,物体论文,意义论文,课程论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：G 633.98 文献标识码：A 文章编号：1671—0916（2005）10—0123—04
《科学课程标准》实施以来，尽管科学教师形成了“以探究为核心”的教学理念，以探究教学为核心的教学模式已普遍为他们所认可与采纳，但正如课程专家组成员郁波研究员所讲，现阶段，我们需要研究真正意义上的科学探究性教学；我们需要追求变革的深刻性和精致程度。当前科学课堂探究教学有些流于形式、有形无神，这种“形式化、走过场”的探究学习活动不仅无助于学生对科学探究的真正认识，而且大大削弱了学生对知识与技能的意义建构，这种偏激于“为探究而探究”的做法让人感觉有走向如“灌输知识”样进行“灌输探究”的危险趋势，其结果体现在众多科学课堂教学的“探究活动”往往有量无质、有行无知、有教无学。
因此，探讨有效的、有意义的探究教学，重新审视“探究过程与知识建构”的所谓过程与结论的关系，应成为当前科学课程课堂教学值得关注与研究的视点。笔者在审视“探究过程与知识建构”关系的基础上，在此着重探讨如何通过“探究材料的设计与应用”实现科学课的有效探究与意义建构的统一。
一、真正意义上的探究活动整合着有效探究与意义建构
以往的自然教学存在着“重结论轻过程，重知识轻情感”的倾向。在从“自然”到“科学”的转变中，由于明确并强调了“科学探究”与“科学情感、态度、价值观”的教学目标，使得科学探究与科学情意的学习在课堂中逐渐显性化，科学知识与技能的学习渐渐隐性化。但在这种转化中逐渐产生了“形式化、极端化”的趋势与行为，经常的“探而无果”渐使学生丧失学习的成就感与驱动力，对学习变得茫然与盲从，也给教师带来不少困惑与疑虑。“过程与结论”孰轻孰重的问题，自然成为了是课改以来包括科学课在内的各门课程所争论的焦点。我们认为，科学课教学强调科学探究，不是不要建构知识，教学过程应是一个重探究过程也重探究结果的过程。
首先，从科学探究的深入理解看，我们知道科学教育界所提倡科学探究源自于科学界的科学研究，“科学研究”目的在于建立公认的科学模型，就是“观察事实，建构规律”，因而科学研究并不是纯粹的发现问题、解决问题的过程，它还是个为“解释问题”作论据准备的过程，最终是应对“问题”作出科学家自我建构的“说法”，这些“说法”经不断地推理、论证与质疑，逐渐由个人或群体的认识转化为人类的共识，这种共识架构起科学，因而，科学本义上就是“过程与结论”的体系，科学研究的过程也是建构科学知识的过程；从这个意义上说，“科学探究”的要素与环节应内涵与外延为“发现问题—解决问题—解释问题—建构知识—创造应用”的程式，从而将科学探究与知识建构有机统一起来，将科学探究真正作为知识意义建构的必经途径。
其次，有效探究是自主化的探究，学生探究过程中自主性的丢失将导致探究式学习失去了它的灵魂，无论是在探究问题的生成、探究方案的设计、探究行动的开展，还是在探究结论的建构上，都会出现自主性的丢失，从而导致了实践中的种种误区[1]。因此，科学探究必须以学生知识的自主建构为核心与本质，从而保证科学探究自主化的基本内核，保证探究的有效性。
其三，从科学课堂教学来看，我们经历了或正在经历“从阅读科学到过程科学再到理解科学”的教学理念转变与教学行为转型，“理解科学”是我们当前的倡导与追求，“理解科学”包含着“科学本质、科学探究、科学情意、科学知识”等的多维理解，“科学探究”是实现这些理解的有效方式，因而科学课强调教学目标的“三维一体”，强调学生在经历典型的科学探究活动中体验科学、理解科学。
据上分析，真正意义上的科学探究既是学会探究（会学）的过程也是为意义建构（学会）作准备的过程。探究过程与探究结果同等重要，并且广义上的探究结果既包括精神化的成果即科学情意，也包括物化的成果即知识技能体系。只有建立这样的认识，我们才能更好地落实“三维一体”的教学目标，真正体会探究教学的价值与意义，真正理解与把握“科学探究活动”这一载体的结构与功用。在《改变物体的沉浮》一节课的教学设计与教学实施中，我们就本着这种认识以三例具有典型性、深刻性、精致度、有效性的科学探究活动来促导学生个体建构“改变沉浮的知识”，从而彰显科学探究的真正意义：探究本身、感悟体验（情意养成）与经验转化（知识建构）。
二、真正意义上的探究活动取决于结构性探究材料的选择与应用
那么，如何实现真正意义上的科学探究呢？如何实现有效探究、意义建构及两者的统一呢？“常规”、“材料”和“对探究的理解”是教师建构“有意义”探究活动的三要素[2]。其中，“常规”是建构“有意义”探究活动的保证；“对探究的理解”是教师构建“有意义”探究活动的前提。而“材料”是建构“有意义”探究活动的核心，科学探究活动很大程度上就是学生与材料之间的互动，探究的效果很大程度上取决于探究材料的选取，没有了材料就没有了动手做的对象，就没有了思维的基础；没有充足的探究材料，活动将无法全面并深入开展；没有结构性的材料，探究活动就无法典型、深刻与精致，教学目标特别是知识目标就仅是“点到”而非“达到”。因而，教师精心设计、选择、提供的结构性材料是探究活动得以开展的根本，是学生参与实践、自行探究的前提，对于实现有效探究与意义建构的统一具有枢纽式的作用，是促进学生形成科学素养的关键。
（一）“结构性探究材料”的界定
“结构”一词指的是相互关联的方式[3]。科学教学中材料的“结构”是指材料在被使用时能揭示自然事物间的某种关系。通俗地说，所谓结构性材料，指的就是教师经过精心设计的典型教学材料的组合[4]。例如，在《改变物体的沉浮》课例中的“改变物体重量可改变物体沉浮”的探究活动中，选择“水与瓶的组合”作为探究的典型材料，螺母、弹球等作为补充材料，这些材料的组合不仅指向“悬浮”的知识点，而且易于揭示教学内容：体积不变，增重易沉，减轻易浮。同样，在“改变物体体积可改变物体沉浮”的探究活动中，为了突破“重量不变，体积变大易浮，体积变小易沉”的知识难点，教师精心设计了能揭示教学内容的探究材料（固体胶），学生自发地通过旋出与旋进胶棒认识了“改变物体的体积与改变沉浮”的关系。
（二）“结构性探究材料”的特性
1.典型性与科学性。结构性材料要具有典型性与科学性，体现为能揭示与教学内容有关的一系列现象，体现所要学习的概念、规律。在《改变物体的沉浮》课例中“悬浮”的水瓶组合与“可沉可浮”的固体胶就具有这样的特性，因而由它们引起的经历也就具有典型性与科学性，学生通过活动获得了经验，并将这种经验转化为知识，从而实现有效探究与意义建构。
2.生活性与适切性。科学源于生活，也应回归于生活、服务于生活。从这个角度讲，结构性材料选取应贴近生活，取自学生生活图景中常见的物件，这些普通的简易的随处可得的材料对比于精致的特制的材料更容易引起学生的好奇、兴趣与探究需要；同时，生活性材料也符合学生的年龄特征和认知水平，使他们有能力通过对材料的探究来发现问题、认识问题，具有可接受性和自主性的可操作性；此外，材料贴近学生，学生对材料具有一定的生活经验型认识，在此基础上建构起材料折射的科学概念是有意义的。例如《改变物体的沉浮》课例中，选用学生经常使用的“固体胶”来代替教材中提供的特制“浮标”，在教学实践中就起到了很好的效果。
3.引导性和暗示性。结构性材料或材料间的信息可以暗示和引导学生的探究活动向意义建构方向进行。例如，选用漂浮的水瓶，学生肯定会自然而然地想到可把水瓶装满，可把水倒出，从而发现增减重量与沉浮的关系。
4.开放性和探究性。结构性材料的开放性是指在学习活动中让学生自主准备或选择能进行有效科学探究活动的材料，教师不作统一要求，从而更好地让学生进行科学探究活动[4]。例如，在《改变物体的沉浮》课例中，学生在探究各种材料的改变沉浮方法时，教师准备了各种差异性的沉浮材料，学生可自主选择任一沉与浮的材料，橡皮泥、木块、塑料盖等等，由于材料是学生自主选择的、自主组合的，材料的选择与使用的开放，有助于驱动学生的自主、开放地探究和积极研讨、认真记录。学生在这种开放性自主探究中，自主发现了“改变物体沉浮的第三种方法——借助其他物体”，甚至提出了“改变物体沉浮的第四种方法——改变液体”。但是，由于活动时间的限制，学生不可能对各种材料逐一探究，更多材料的探究活动有待于学生课后去研究，这就使课堂上的研究材料具有向课外延伸的特点。在教学实践中，我们发现在小组交流、质疑、补充的活动后，学生仍保持了对其他材料进行继续探究的兴趣，这种材料的开放性安排与开放性使用附以材料较强的探究性。
5.丰富性和层次性。结构性材料的丰富性具体表现在材料的品种和数量上，提供足够的材料保证了学生有选择与实践的自主权。材料的层次性指材料组成的层次应满足学生不同的探究活动的需求。例如，《改变物体沉浮》的探究材料就既有可感知物体在水中能上浮的材料（泡沫塑料、木块），又有在水中要下沉的材料（石块、橡皮泥），还有在水中悬浮的瓶子，可呈现三种沉浮状态的固体胶，材料很丰富也具有层次。
（三）“结构性探究材料”的选择
首先，这些材料应和科学上一个重要的概念有关，使用这些材料应该能揭示许多有关的现象，这就是我们称之为“结构”的特性。第二，这些材料应能引起孩子们的兴趣，激发他们发现问题，驱动他们解决问题与解释问题。第三，学生的猜想与假设隐含有一个解决问题的模型，提供的材料应能够满足于把猜想和假设中的模型变成现实中的可操作的模型。第四，这些材料能引起学生经历，得出意义。第五，这些材料应有多种的相互作用，让学生在讨论与活动中形成不同的思路与经历，不断生成方法与新知。
（四）“结构性探究材料”的效用
1.材料揭示内容。由于材料具有结构性的特点，因而使用材料的过程同时又是逐渐揭示科学概念与规律的过程，学生与材料互动的探究活动就是经验向知识转化的意义建构过程。例如，悬浮的水瓶——“我们往瓶子里装满水时瓶子的重量就增加了，它就沉下去了；把水倒掉，减轻了重量，瓶子又浮上来了……当瓶子体积不变的时候，我们通过改变瓶子的重量来改变它的沉浮”；固体胶材料——“我们发现把胶旋出来，固体胶真的浮在水面了！真奇怪！……我们还发现胶棒只旋一部分时，它悬浮呢！当胶棒旋出来时，它就变长了，当胶棒缩进去时，它就变短了……当重量不变时我们通过改变固体胶的体积来改变它的沉浮”。
2.材料启迪思考。有效的探究强调“动手之前先动脑”，如何做到这一点，除了教师的引导之外，呈现结构性材料可自然而然地引发学生进行材料使用与材料间作用的思考，把材料与猜想联系起来，与想像中的模型联系起来，并导引学生思考的逻辑化、方向性。
例1：固体胶材料的应用——
师：（出示固体胶）老师今天还给大家请来了一位学习的小帮手，你们看！
师：你们猜猜把它放进水里，会有什么现象发生？
生：会沉。
生：会浮。
师：同学们都有自己的看法，那我们试试看吧！ （教师演示）
师：你们有没有办法让它浮起来？
生：如果把它放在泡沫塑料上，它就能浮上来。
生：可以把胶棒旋出折断，减轻重量就能浮上来。
生：那这样就破坏固体胶了，如果把固体胶的胶棒旋出来，可能也会使它浮起来。
3.材料引起经历。学生的自主探究始于驱动性问题，结构性材料有利于产生驱动性问题，也很容易引起学生对材料进行探究的期待，形成探究需要与探究方向，从而驱动学生深刻与精致地进行自主探究与自主建构。
例2：探究“改变小瓶子在水中沉浮的方法”中水瓶、螺帽、螺丝钉等的应用——
师：老师今天给同学们请来了一位小客人，想见见吗？（出示装水的瓶子）如果把它放进水里会有什么现象发生？
（学生猜测）
师：同学们有的说会沉，有的说会浮，还有的说会悬浮，怎么知道谁说得对呢？
生：做实验。
生：瓶子是悬浮的！
师：是啊，那么同学们有没有办法使这个悬浮的瓶子沉到水底或者浮到水面呢？讨论一下吧！
生：我们小组想往瓶子里装满水使瓶子沉下去，如果把水倒掉，它就可能浮上来了。
生：我们想在瓶子里装些小石子这样瓶子就能沉下去了。
生：装螺丝钉或螺帽也可以。
师：每个小组都有自己的方案了，下面就根据情况选取实验材料，开始实验吧！
师：很多小组实验都做成功了，汇报一下你们的实验的情况吧！
生：我们往瓶子里放7个以上的螺帽瓶子就沉下去。如果放3个以下，瓶子就能浮在水面。如果放5个的话，瓶子能悬浮在水中。
师：想想是什么原因改变了瓶子的沉浮？
生：是因为改变了瓶子的重量。放进和取出螺帽是为了增减重量。
师：其他小组同意吗？
生：同意！我们往瓶子里装满水时瓶子的重量就增加了，它就沉下去了。把水倒掉，减轻了重量，瓶子又浮上来了。
师：瓶子的大小变了吗？
生：没变。哦，也就是体积不变。
师：谁来说说我们利用什么方法改变瓶子的沉浮？
生：当瓶子体积不变的时候，我们通过改变瓶子的重量来改变它的沉浮。
例3：探究“改变固体胶在水中的沉浮”中的固体胶材料的应用——
生：如果把固体胶的胶棒旋出来，可能会使它浮起来。
师：你们小组的想法很独特，呆会儿试试！（学生实验）
生（激动地）：我们发现把胶旋出来，固体胶真的浮在水面了！真奇怪！
生：我们还发现胶棒只旋一部分时，它悬浮呢！
师：同学们都有“巨大”的发现，想想是什么发生变化？
生：我想是胶棒体积的大小。
4.材料调控秩序。兰本达说过：当对学生进行必要的讲解时，我不会把材料放在他们面前的桌子上（他们永远会对一条蛇或一块磁铁感兴趣），而当全班儿童专心于探究活动时，我也不会去试图对全班进行某种解说。此时的讲解会扰乱他们内在的思维而迫使他们去接收和处理来自教师的信息。这就是为什么当进行研讨或解说时，最好让孩子们远离材料的原因。如果有足够的空间，我们或者把孩子们围成一圈，离开课桌，或者把材料放在一边，不让孩子们看见[3]。
众多的课堂实践表明：材料的呈现时间与发放顺序有助于较好控制课堂的教学秩序与教学节奏，使学生的研讨与探究有足够的时间与质量。在《改变物体的沉浮》一课中，三个活动的材料分成三个实验袋，并适时的按教学内容结构的顺序出现，从而让学生在远离材料的情况下动脑，让学生在拥有材料的情况下充分的有效探究与意义建构。
收稿日期：2005—08—10