探究活动的体验与设计

桂馨书屋――“桂馨书屋”力图帮助乡村中小学生改善和提升学习内容。为乡村学生拓展知识、开阔视野、培养良好的学习、思维和生活习惯创造良好环境；同时也为乡村教师提高教学教研水平提供一定的条件和支持。此外，桂馨书屋还可以成为乡村社区开展扫盲、农业科技培训、环境教育、公民社会建设等多种活动的载体，成为促进乡村社会和谐发展的文化中心。

桂馨乡村小学科学课教师培训――乡村小学科学课教师培训项目，是基金会为支持中国乡村小学提升教学质量、完善和规范开展教学而特别设立的乡村教师支持项目。项目旨在提升乡村小学科学课教师的教学理念，增强系统知识，改进教学技能，使其成为对学生科学素养形成有决定意义的合格教师。

“探究”是新课程改革提得最响亮、最核心的内容。21世纪的基础教育课程改革特别强调“以探究为核心”。不仅是科学课，还有其他课程，如语文、数学、艺术教育等也提出了同样的要求。那么，什么是“以探究为核心”呢？简单地说，就是让孩子们参与到获取知识的过程中来，这样的教学，教给孩子们的不仅仅是知识，还有勇于探求大自然奥秘的科学精神和自己获取知识的本领。下面我们来讨论几个探究活动。

探究活动一：跳青蛙

这是美国哈佛大学研究生院教授兰本达在中国讲授“探究―研讨”教学法时设计的一个简单而有趣的数学游戏，参与者可以通过游戏发现里面的数学规律。

六位老师上台参与“跳青蛙”实验

这里有七张小凳子，请三位女老师和三位男老师分别坐在两边的凳子上，中间空一个小凳子。游戏规则就像下跳棋，可以平着移动一步或者是隔着一个人跳一步，现在的问题是：至少要用多少步，三位女老师和三位男老师才能交换原来的位置，也就是对调一下？听懂问题后，全部老师都开动脑筋，帮忙出主意。最后，教师们用19步完成了交换位置的任务，但这不是最少的步数。

我们通过一些学具来研究一下，包括两种不同颜色的六个圆片，分别代替三个男老师和三个女老师。然后让老师们分组实验，动手挪一挪，看最少几步能够完成？（分发学具，听课老师分组探究，看怎样才能用最少的步数完成“跳青蛙 ”。）

参加培训的老师用两种不同颜色的小圆片模拟“跳青蛙”

几分钟后 ，提问：有哪位老师用15步完成了？请用我这里的动画课件演示给大家看 。（一位听课教师给大家用动画演示他15步完成跳青蛙的过程。）

用电脑演示的动画片――“跳青蛙”

之后，让老师们都试一试，按照这个办法用15步完成，关键是第3步。再提问：还有哪个组15步不能完成的？“跳青蛙”这个活动蕴含了什么数学规律？我先写一个算式：15=？请大家根据刚才的活动完成这个算式。听课教师发言，最终得出：15=32+3x2。大家发现的规律是：32+3x2=15，如果一边是4、5、6……N个老师呢？推导的结果是：“最少的步数等于n2+2n”，这个结论可以用实验去验证。

由此可以发现，由这个“最少的步数”组成的数列（3、8、15、24、35、48……），相邻两数的差组成的是一个奇数数列（5、7、9、11、13……）。教师们参与的是一个游戏，从中却可以推导出数学规律。

通过这个活动，我们可以感受到探究活动的意义和价值，简单的活动里面蕴含着很深的道理，亲身经历了就不会觉得难，也不会忘记。

在科学课堂中，要追求百分之百的参与度，也就是要让所有的孩子都参与到探究活动中，不能只是少数几个聪明的孩子参与探究，其他同学都是参观的。

我经常听科学老师的公开课，在有些课上总是那几个好学生发言，这样是不行的，要尽可能地让所有的孩子都参与进来。

例如，发圆片的时候，如果只给几个老师发，多数教师就不会动手动脑；假如不用这个塑料片，只请几个人在前面“跳青蛙”或用动画练习，那更是只有少数几个人在动脑筋，而不是全体教师都参与到探究活动中来，效果肯定很差。

把圆片发给每个组，请所有的教师动手动脑，每个人都要出主意，想办法，解决问题，这样每个人都会从探究活动中受益。

所以，我们要设计能让每个孩子都参与的探究活动，尽管有的组做得快些，有的组做得慢些，当然孩子们的领悟也有快慢之分。如果让做得快的组表达一下，就能带领做得慢的组都学会了。万一有领悟特别慢的组，也可以允许他们继续研究，做得快的组开展别的活动，进行有差异的教学。

探究活动二：摆的快慢与什么有关？

这是几种科学教材里都有的一个探究活动，很多教师应该都上过《摆》这一课，我稍稍做了一些改动。

先给每个小组准备了一根筷子，筷子一端劈了个缝，用胶带粘在小凳子上，再将小凳子放在课桌上，组成一个类似实验室铁架台的架子 。

给每个小组发一根长线，下面拴着一个用别针做的钩，勾住一个垫圈，把线夹在筷子的缝中系紧，这就做成了一个简易的摆，特别适合学具欠缺的农村学校。

我们将摆提起来不要推，一松手就摆起来了。计算摆的次数的方法是从一松手到摆回来，一个往返为一次。这也就是摆的一个周期，这个一定要统一。另外，还要教给孩子们计数的方法。

利用这个摆，我们可以开展什么样的探究活动呢？①预设一定的时间数摆的次数。②预先确定摆的次数看需要多少时间。

首先要量出摆的长度，注意测量的方法：重点强调垫圈的中心点就是摆锤的重心 。然后提问：摆的快慢和什么因素有关系？再做演示实验：摆动10次需要多长时间？

现在在摆锤上加上一个垫圈，不改变摆的长度。发现摆动10次需要的时间差不多。这说明摆的快慢与摆锤的重量没有什么关系。

下面的活动是这样的，全部分成九个小组，各设计一个摆，要求如下：

第一组的摆，15秒摆7次，摆长应当是多少厘米？

第二组的摆，15秒摆7.5次，摆长应当是多少厘米？

第三组的摆，15秒摆8次，摆长应当是多少厘米？

第四组的摆，15秒摆9次，摆长应当是多少厘米？

第五组的摆，15秒摆10次，摆长应当是多少厘米？

第六组的摆，15秒摆11次，摆长应当是多少厘米？

第七组的摆：15秒摆13次，摆长应当是多少厘米？

第八组的摆，15秒摆14次，摆长应当是多少厘米？

第九组的摆，15秒摆15次，摆长应当是多少厘米？

各组先预测一下摆的长度，然后小组合作完成探究实验，并记录下每次实验的数据。最后看记录表考察各个组研究的水平。科学实验要特别注意研究过程的记录，没有记录和数据那就不叫科学探究。

参加培训的教师做摆的实验

试验中，提问：观察黑板上的摆长，你们有什么发现 ？

回答：在相同的时间内，随着摆动次数的逐渐增加，摆线越来越短。

再提问：如果把每个点连起来有什么发现呢？

回答：近似一条抛物线。

小结：15秒钟摆动12次的摆长我们没要求做，这个数据如何估测呢？可以根据前面得到的数据和后面得到的数据，把这个没测的数据补上去，这种方法叫做内插法；15秒摆动16次、17次或者更多次的摆长我们也可以用这个方法补进去，这种方法叫做外推法。在工科大学生学习的工程数学里就会讲到内插和外推，这种方法在实际工作中很有用。

看上去很简单的摆的探究活动，其科学内涵实际是很深的。高中数学学到抛物线的时候，学生就会想起小时候研究过摆的，摆长和周期的关系就是这样一个美丽的曲线；到大学学内插法和外推法，他会想到今天的实验。我们的科学课为孩子们未来的发展打下了坚实的基础，培养了他们热爱科学的兴趣。

评价各小组的实验记录

我们要从小培养孩子们记录数据的好习惯，像科学家那样有严谨的科学态度，实事求是。怀疑实验数据有误差，必须通过更严谨的实验来修正。

我们推想一下：1米长的摆绳和1分钟之间是否有相关性？正是因为摆长和时间有一定的关系，所以人们就发明了许多与摆有关的计时工具。

为什么要采用这些简易的材料而不用实验室的铁架台和摆锤呢？这是为了说明，小学生搞科学并不一定需要高级的先进的仪器，我们用筷子、瓶瓶罐罐都可以做科学实验。原来在学校上科学课的时候，办公室的抽屉里都是小铁片、铁丝、玻璃瓶之类的，像个百宝箱。在马路上遇见了钉子都当宝贝捡起来。我们可以用饮料瓶、塑料瓶、酸奶盒、纸杯制作教具，用这些“土”教具照样演示可以上很精彩的科学课。只要开动脑筋，身边的许多物品都能成为孩子们探究科学的好材料。

探究活动三：解暗箱

所谓解暗箱，就是探究一个无法“打开”来看看的事物或过程，要知道它里面是什么，是如何运作的，只能通过研究它的输入信息和输出信息来进行。在现代科学里，这是一个很重要的科学方法。比如，科学家研究人体的生命过程，研究地球的内部，都要用到这个方法 。

解暗箱教具示意图

探究材料是一个长方形的塑料盒，正面有六个螺丝帽，里面只知道是连接的电路，但是不知道电路怎么连的。每组还有一个检测工具：一节电池、一个小灯泡。首先检测自己的工具是否好使，灯亮了说明你的检测工具的电路是通的。把这两个铆钉连在盒子的两个螺丝帽上，假如灯泡亮了说明什么？（里面有连线）不亮呢？（没连线）虽然亮了，但灯泡亮得微弱说明什么？（里面的连线里还加了个电阻）假若灯泡特别亮，说明什么？（里面还有一节电池）假若亮了之后，把电池正负极颠倒一下，就不亮了，又说明什么？（可以判断里面电池的正负极）大家做实验的时候，不要觉得不亮就是没线路，也许里面是电池，只是和外面的电池正负极没匹配好。里面什么都不知道，全靠自己测，这种科学方法叫做解暗箱。

解暗箱是个大的概念，通过输入输出信息来判断里面的情况。医学上有很多解暗箱的例子，比如：医生用听诊器听你的胸部、腹部，判断里面内脏正常不正常；把脉也是解暗箱，有经验的中医根据病人的脉搏就能判断毛病出在什么地方；B超也是解暗箱的典型例子，通过超声波返回的信号判断病情 。

参加培训的教师正在做解暗箱的实验

教师们分组做解暗箱的实验，在记录纸上画出电路图。实验结束后，把电路图画在黑板上 。

教师们把自己探究出的电路图画到黑板上

兰本达教授对中国教师进行“探究―研讨”教学法的培训

推而广之，自然界的很多现象都好像是打不开的黑盒子，比如：地球里面怎么回事？现在我们只能通过地震波的传播情况去推测；像太空中各种星体，我们还去不了那么远，有的就是用望远镜也看不见，可以用各种手段去观测，但还是不能亲自去打开。自然界还有很多暗箱我们打不开，像癌症：正常细胞变成了癌细胞，怎么回事？还不清楚。再如基因里面暗藏的信息，到现在还有很多不了解，世界上无数的科学未解之谜，仍然是暗箱。

有一次问石油钻探队员怎么知道油田在哪里？他就说可以用地震法，先根据地层、海相还是陆相等信息，推测哪些地方可能有石油，然后在预测地区埋一些炸药。引爆后，测量发生的地震波在地下反射的情况，记录下数据，分析有没有油，有多深。这也用的是解暗箱的方法，道理一样。

回顾这三个探究活动，第一个活动总结出了一个数学公式；第二个活动我们做出一个曲线图――抛物线图；第三个活动我们画出了电路图，这叫什么呢？这都叫做模型，建立模型，简称“建模”。就是把脑子中认识的事物用图形、图像或者用公式表达出来，这就是建立模型的过程。

暗箱里的电路是怎么连接的，如果要用语言表达出来，很复杂，还不如用符号、用图形表达出来。科学研究中，很多情况下都需要建立模型，有的是用语言表达，有的时候只能意会不能言传，就可以画图，这就在脑子里形成了一个模型。

现在科学课强调的是一种解释，比如观察实验，要描述观察实验的结果，得出其中的因果关系；再一个就是建立模型，把事物的规律用图形或模型表达出来。或者在脑子里建立一个模型，形成一个图形，实际上是在脑子里形成的一种解释。所以，现在的科学课比过去前进了一步，要求更高了，对孩子的科学素养、科学方法以及对科学的理解要求更高了。

要让教过的孩子喜欢我们，必须不把他们看作学生，而看作是自己的朋友。我们的想法就是要和孩子们达到最佳状态的心意交流，对孩子随和，和他们亲近，用童心和他们交流对话。而不是老师高高在上，成为知识的权威。我们应该引领孩子们探索科学的奥秘，这是现在做科学老师要具备的一个基本理念。孩子们知识的增长速度相当快，他们能通过各种渠道获得许多信息。而科学教师是个什么角色？是带领孩子们一起到井里，到河里去挑水的人。假如水是知识的话，要带领孩子去获取知识，要教给孩子打水的方法，让孩子们自己去挑水，而不是代替孩子去打水。学习是孩子自己的事情，别人不能代替，必须是他们自己学会的。

我们要做孩子心目中最喜欢的老师。现在有些老师，成天就是呵斥孩子，批评孩子，甚至惩罚孩子，这些都是不对的。我们要爱孩子，有了爱心，看到孩子，不管什么时候都是喜欢的；孩子不对的时候，也会引导他们往对处走。