选择有结构的材料 提高探究的实效性
来源：原创
发布人：恽亚杰
发布时间：2014-12-05
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选择有结构的材料 提高探究的实效性
武进区李公朴小学 恽亚杰
内容提要：“材料引起经历”。科学教师根据探究内容的需要，为学生的探究活动提供合适的、有结构的、能揭示自然现象间的某种关系的材料，简称“有结构的材料”。材料的结构性决定着探究的实效性，这种材料的组合应遵循科学性、思维性、引导性、趣味性、典型性的原则。
关键词：结构 材料 提高 实效性
刘默耕老师说过：“就教学来说，教师的职能不再是‘教儿童念书’，也不再是一味地通过语言文字的中介来传授，而是要为儿童精心设计所要认识的实际事物的‘有结构的材料’。即能体现一定科学概念的材料，指导儿童去探索。……”因此，小学科学教师在课堂教学中应为学生提供合适的、有结构的材料，让学生通过对材料的操作、摆弄和思考，引起和形成探究发现的经历，达到科学探究的目的，增强探究的实效性，真正实现学生做发现者、研究者和探索者的愿望。
何谓“有结构的材料”？在科学活动中，教师通过材料的选取、组合以及交给学生的次序帮助学生提高科学兴趣，获取科学知识，掌握科学方法。材料的种类和组合以及交给学生的次序就是材料的结构；各个材料之间、材料与教学内容和教学目标之间具有紧密的联系就是材料的结构严密。具有这种功能的材料叫具有严密结构的材料，简称有结构的材料。换句话说：所谓“有结构的材料”就是教师经过精心设计的典型材料的组合，这种材料的组合，既要揭示教学内容有关的一系列现象，体现教材的科学性，又要符合学生年龄特征和认知规律，贴近学生的日常生活，还应具有趣味性，使学生喜欢，并有能力通过对材料的探索来发现问题，解决问题，获取新知。
如，在教学《磁铁的磁性》一课中，将磁铁、铁块、镍块和铜块、铝块组合到一起，学生在操作这组材料时发现：磁铁和铁、镍能发生相互作用，而与铜、铝却不能发生作用，这便是磁铁的特性。这些材料的准备与提供，各个材料之间、材料与教学内容和教学目标之间具有紧密的联系，并揭示了事物的规律，它们就有了一种结构，这样的材料就是有结构的材料。
使用有结构的材料进行探究活动，有利于集中学生注意力，激发兴趣，激励主动探索；有利于帮助学生在科学实践和探究活动过程中建构知识，形成科学概念，掌握科学方法。但实验材料的自身不足会直接影响探究活动的效果。材料本身有问题，会误导学生，产生错误的认识；呈现的材料过多，导致学生操作时不能集中注意力；呈现的材料过于单一，观察材料结构性不强，探究不能深入；材料零散，目的不明确，导致学生无从下手。因此，有结构的材料是有效探究活动的基础和保证。在多年的科学教学实践活动中，总结了选择有结构的材料的五条原则，简述如下。
一、能够揭示科学概念，体现材料的科学性。
兰本达教授认为材料就意味着科学概念。有结构材料就是对自然现象或运动变化规律暗自“呈现”的材料，必须组成启发揭示科学概念的结构，学生通过操作材料收集事实、整理事实，在这个基础上探究科学规律、形成科学概念。因此，材料的选择要以能够体现事物的科学概念为基础，揭示事物正确的科学规律，具有科学性。同时，材料的选取、组合、次序也要符合科学性，避免引起错误的认识。
如教学《电磁铁》一课时，如果学生随便拿一个铁钉做成电磁铁，来研究电磁铁的性质，通电后电磁铁能吸引大头针，然而断开电源，有的不能吸引大头针，有的还能继续吸引，学生发现的实验结论与电磁铁的性质却不同，使学生得出错误的结论，发现了不正确的规律。究其原因，教师在实验前，没有对铁钉进行焠火处理，铁钉产生了剩磁。在断开电源以后，还能吸引大头针。因此，这一材料的组合不具有科学性。如果教师给每组提供事先焠火的铁钉，使铁钉不会产生剩磁，就能使实验顺利进行，让学生发现自然规律与科学知识。
再如指导学生建立“溶解”的概念时，先出现食盐、糖、砂、高锰酸钾等一类成分单纯的材料，溶解或不溶解的现象很明显，学生对于“溶解”的概念把握得很好。再出现像麦乳精、洗衣粉、面粉等材料巩固认识溶解的概念，材料的出现很有结构性和科学性。如果老师一次性将上述材料交给学生，不利于“溶解”科学概念的建构。
因此，实验探究能否成功、探究效果是否有效，不仅仅取决于实验材料是否充足，还取决于实验材料选择是否科学，组合是否合理。实验材料选择科学、组合合理，学生操作起来得心应手，观察方便，现象明显，探究效果好。
二、能够启发学生思维，体现材料的思维性。
提供学生探究的材料要利用学生已有的生活经验、知识经验，暗示和引导学生探究活动向“最近发展区”发展，从而获得思维的发展。
如我在教学《物体的沉与浮》一课时，准备了三组教学材料，第一组提供了木块、石块、泡沫、橡皮、铁钉、瓶盖、牙签等形状、大小、轻重都不同的材料。学生实验后，发现有些物体浮，有些物体沉，有些物体既能浮也能沉，得出物体的沉浮与大小轻重无关的结论，与原有的认知（学生认为重的沉，轻的浮，小的沉，大的浮）发生矛盾，学生一脸的不解。第二组提供了重量相等、大小不同的五个瓶子，实验后学生发现在重量相等的情况下，大的浮，小的沉。第三组提供了重量不同、大小相同的五个瓶子，实验后，学生发现在大小相同的情况下，重的沉，轻的浮。以上三组实验材料，在教学上有很大的启发性，使学生在探究中不断地否定自己，学生的思维活动由矛盾开始步步推进，经历发现——否定——再否定——再发现的思维过程，到最后形成非常清晰的关于“沉浮与大小的关系”、“沉浮与轻重的关系”的概念。
本案例利用学生已有的认知水平，不断提供能揭示科学概念的步步深入、层层激起的材料，不仅能有效地保持学生的学习兴趣，而且能启发思考，发现科学规律。
三、能够引起学生经历，体现材料的引导性。
“材料引起经历”。学生在使用和改造材料的过程中探究、发现，改变自己的原有认知，建构新概念，体验科学探究的快乐。教师为学生提供的材料蕴涵着多种相互作用，能引起学生自主探索的经历，引导学生通过操作材料的实践活动，发现材料相互关联的事实，促成学生思考的习惯，帮助学生从相互关联的事实中发现意义，认识事物及现象。
在《毛细现象》一课中，教师首先为每组学生提供了一份固定在支架上的餐巾纸，浸入红水中后，所有学生都观察到了水沿纸上升的现象。“水往低处流”的已知经验与“水沿纸上升”的事实发生了冲突，激发了学生主动探究欲望。教师再为学生提供以下探究材料：粉笔、铁棒、玻璃片、棉布条、水彩笔芯、硬纸片等材料，并提出了探究的目标：水还能沿着哪些物体上升呢？有了这些丰富的、有结构的材料，学生的探究目标明确，探究活动有很强的指向性。学生通过探究，验证了猜想，得出了结论：“水能沿着粉笔、棉布条、水彩笔芯、硬纸片等物体上升”，却不能沿着“铁棒、玻璃片”等这些物体上升。同时，由这些有结构的材料，生成了新的探究问题：“水能沿着怎样的物体向上升呢？”学生的探究由此引向深入，学生仔细观察，并进一步开展探究，发现了棉布条、硬纸片等物体有比较明显的孔隙，而铁棒、玻璃片等物体表面都比较光滑，物体结构比较细密，通过对这些探究材料进行比较，学生明白了“水能沿着有孔隙的物体向上爬升”，从而对毛细现象有了更准确和更深刻的认识。
本案例教师结合教材实际，有选择地为学生提供丰富、有结构的探究材料，学生在探究的过程中始终是兴奋的，在轻松、愉快的“玩耍”过程中，引导学生不断自主探究，不断生成探究问题，体验探究的成果，逐步完成了对“毛细现象”的探究，效果明显。
四、能够体现学生的生活实践，体现材料的趣味性。
科学源于生活，也应回归于生活、服务于生活。因此，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体，这些普通的简易的随处可得的材料比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、解决问题，具有可接受性和自主性、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。
如：一个普通的气球既可揭示空气的存在，又可以去揭示弹性；既可以演示空气的流动形成风，又可以去解释反冲这一自然现象，还可以去体会水、空气的压力和气体、液体的热胀冷缩等。普通的注射器是研究空气的存在、空气占据空间、压缩空气、浮与沉、潜水艇、小容器等很好的材料。学生发表感叹：想不到来自生活中的、普通的、好玩的气球、注射器里蕴含着如此多的科学奥秘，生活中处处有科学啊！
再比如观察大树、蚂蚁、蝗虫、蜗牛、鸽子、青蛙、乌龟、猫等常见的动、植物；栽培植物和饲养小动物，感受生物的生命周期，研究生物的繁殖，进而探究生命的共同特征；进一步观察动植物的外形，研究生物与环境之间的关系。这些教材内容对于学生来说，是最熟悉不过的了。田野里、路边上时时会有一些蟋蟀、蚂蚁等小动物出现。而各种植物的根、茎、叶、花、果实、种子也是经常见到的，很多孩子还亲手种过花栽过树。这就为我们的孩子提供了特有的探究材料，如果我们认真研究学生进行探究学习的方法，利用好这些生活中丰富的、特有的生物资源，以此为突破口，让学生进行自主探究学习定会取得很好的教学效果。
五、能够促进学生有效探究，体现材料的典型性。
材料并不是越多越好，也不是越好玩越好。科学教师应该从教学目标、教材特点、学生实际、学校条件、当地环境资源等情况出发，精心准备探究材料，让材料与科学问题、探究结论紧密联系，具有典型性，要做到“少而精”，切忌“多而烂”，防止因材料而引起学生过多的关注无关的现象，真正让学生的探究活动落到实处。
在试教《冷水与热水》一课时，教师准备的材料可谓“充足”，也有一定的结构。教师一股脑儿提供冷水、热水、红墨水、冰、茶叶、糖、冷水袋、热水袋等材料给学生做探究实验，研究冷水与热水的不同，学生自主选择材料进行探究。课堂上看上去场面热烈，学生探究积极。但事实上给予的材料太多，分散了学生的注意力，也增加了探究的难度，使学生无从下手；与糖、冰等材料相关的科学概念，到以后的教材中会接触到，出现知识重复的问题。因此，学生探究的实效性很差。最后，修改教学方案，只提供了红墨水、冷水袋两个有结构的材料，启迪学生的思维，让学生集中精力展开探究活动，层层推进，提高探究效率。
教学中不要选择无关的材料，避免使学生从心理上想出一些标新立异的活动。如教学《奇妙的指纹》时，导课环节用指纹刷提取指纹，目的是激发学生的兴趣。但在教学过程中，发现使用指纹刷并不利于学生的有效探究，分散了学生注意力。学生一心一意地在思考指纹刷为什么能够显出指纹的问题，偏离了探究方向。
总之，小学科学教师要根据学生的实际、教学的内容来设计、选取蕴含科学性、思维性、引导性、趣味性、典型性的有结构的材料，发挥有结构材料最大的探究效益，提高学生的科学素养。
参考文献：
兰本达（美）：《小学科学教育“探究――研讨”教学法》，人民教育出版社。
张红霞：《科学究竟是什么》，教育科学出版社。
《科学（3－6年级）课程标准》，北京师范大学出版社，2001年。
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