《在科学课堂教学中培养学生探究能力的研究》 研 究 方 案

               温州市教育局教研室   陈素平(执笔)

当时代的车轮驶入21世纪时，教育直面着一场以课程改革为核心内容的基础教育改革。2001年7月，教育部颁发了《基础教育课程改革纲要（试行）》。从本次课程改革的目标来看，根据《决定》精神，本次课程改革对培养学生的能力方面提出要有明确的可操作的能力培养要求，这些可操作的能力要求包括学科能力和综合能力。综观国际上对“学科能力”的界定，主要是指两方面：一方面指基础知识、基本技能和方法，另一方面指探究能力；对于“综合能力”的界定，其核心就是探究能力。由此可以看出，对学生进行探究能力的培养是本次课程改革的一个重要目标。从本次课程改革的重点来看，如何促进学生学习方式的变革已迫在眉睫。“探究学习”由于其具有更强的问题性、实践性、参与性和开放性而成为当今最为推崇的学习方式之一。从调整课程结构的方面来看，改变过去课程过于强调学科本位、门类过多而缺乏整合的状况，强调课程的综合性是重要趋势,并明确指出小学以综合课程为主。“小学科学”作为以培养学生科学素养为宗旨的综合课程已呼之欲出。《科学（3-6年级）课程标准》的出台标志着我国小学科学教育正以一种崭新的面貌进入小学课程，迎接新世纪科学技术迅猛发展对人才培养的挑战。该标准的一个重要理念是“科学学习以探究为核心”；“探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式”。无独有偶，美国、加拿大等发达的国家的科学教育均提出以探究为核心的理念。不难发现，“探究”无论是作为教学方式还是学习方式目前都已风靡全球。因而，在小学科学教学中如何以探究为核心，培养学生的科学探究能力成为当前教学改革的热点问题。

在此课题提出之前，我们已在瓯海新桥小学进行了省级规划课题《小学生科学素养的培养》的研究。该课题对如何重组以学生科学素养发展为本的学习内容做了有力的探索，产生了许多具有推广价值的课例，受到省内外有关专家的肯定。并深入挖掘“探究式教学”的内涵，形成了一套操作性强的教学设计模式，取得了很好的效果。2001年8月顺利结题并获温州市2001年教育规划课题成果二等奖。但是，科学探究的教学依然是个难点问题，对实施探究教学的指导策略还没有深入研究,尤其是在课堂教学中如何培养创新思维方式和思维习惯，形成具体的可操作的探究能力序列等问题还没进行有效的研究。我们拟将在此课题的基础上，发挥全市小学常识教师的人才群体优势，提出本课题。

    科学探究能力的培养途径有很多，本课题将研究的视角定位于课堂教学，理由有三：第一，课堂教学是实施课程的主战场，它具有“经济性”、“简约性”、“集体化”等优势；第二，在目前我国中小学的现实条件下，班级授课制的课堂教学形式仍是实施课程的基本形式，处于教育形式的主流地位，是落实素质教育的主阵地，因此，把精力花在研究课堂教学上，是促进学生发展的最有实效的途径，可以说是回报份额最高的“投资”。

    本课题试图以学生探究能力的培养为切入口，着力解决以下三个问题：一是通过研究，构建以探究为核心的课堂教学模式，更新教师的教育教学观念，以转变学生的学习方式；二是让课堂教学真正成为培养学生创新精神和实践能力的主阵地，探寻与探究能力的生成相关联的因素，培养学生良好的探究品质，形成科学探究能力，促进学生的全面发展、持续发展;三是尝试探究并总结小学生(3-6年级)在科学学习中探究能力发展序列内容，为教学评价提供依据。

如前所述，探究教学已风靡全球。从学生探究能力的培养研究来看，从教学模式、教学策略、学习内容、培养的途径和方法等方面均有不同层次的研究。美国心理学家、教学论专家布鲁纳的“发现法”在理论层面上给我们很大的启示。布鲁纳认为，发现法的实质是要求在教师的启发引导下，让学生按照自己观察和思考事物的特殊方式去认知事物，理解学科的基本结构；或者让学生借助教材或教师所提供的有关材料去亲自探索或“发现”应得出的结论或规律性知识，并发展他们“发现学习”的能力。明确把“探究学习”作为一种重要教学方式则是20世纪五六十年代的事情，其首倡者是美国生物学家、课程学家、芝加哥大学教授施瓦布。他极力主张要积极的引导学生像科学家那样对世界进行探究。在施瓦布的推动下，探究学习在英美国家得到了蓬勃的发展，先后涌现出几种著名的探究教学模式，如萨其曼的探究训练模式、施瓦布的生物科学探究模式、马希尔斯和考克斯的社会探究模式等。随着世界各国的课程改革的推进，以英美为首的发达国家在科学课程中十分强调学生探究能力的培养，课程中有专项的科学探究目标和内容。美国兰本达创立的“探究-研讨”法在我国小学自然课堂教学中被广泛地运用，有利于培养学生的科学探究能力；我国许多地方对学生探究能力的培养也作了一些理论与实践研究：华东师范大学教科所经过几年的努力，构建了“引导——探究”教学模式，它是以解决问题为中心，注重学生独立钻研、着眼于培养创造性思维的教学模式，该教学模式引导学生通过“发现问题、提出问题、分析问题（提出假设）、创造性地解决问题”等步骤去掌握知识，培养学生的创新精神和创造能力，取得了可喜的成果；1998年开始，上海市部分学校开展“研究性学习”的研究，该研究从转变学生的学习方式入手，着眼于综合实践活动课程的开发，以探究型课程为切入点培养学生的综合素质。对学生的创新意识和实践能力的培养作了有益的探索与尝试，推进了素质教育的发展。

    国内外对学生探究能力培养的研究为我们提供了非常宝贵的借鉴。从本质上讲，本课题的研究与国内外既有的研究是一脉相通的。可以说，本课题是国内外既有研究的继承与发展。本课题从小学生的身心特点出发，以小学科学课堂教学为阵地、以小学科学教材为培养学生探究能力的主要载体，在教师的组织指导下，采用集体教学的模式进行，它有别于个人自发的探究活动。

我们将以小学生的个性特征与认知特点为基础，以小学科学课堂教学为中心，结合小学生的实际情况，努力形成促进小学生自主探究的指导策略，构建以探究为核心的科学课堂教学模式，精心设计探究活动，总结小学生探究能力的发展与形成序列,为同类课题的研究提供可资借鉴的经验。通过本课题的研究，一方面可以使教师理解新的教学理念，提高教学和研究水平，促进专业成长；另一方面可以使我市的小学科学教育滚动式地发展，在新的课程实施之际，强占学科改革和发展的制高点。同时，通过该课题的研究，还可以不断发现新的问题，为今后持续深入的研究奠定基础。

《美国国家科学教育标准》指出，“探究”是一个多侧面的活动，包括观察；提出问题；通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已知结论，制定调查研究计划；根据实验证据对已有的结论作出评价；用工具收集、分析、解释数据；提出解答、解释和预测；以及交流结果。

美国《国家科学教育标准》给“科学探究”下的定义是：科学探究指的是科学家们用以研究自然界并基于此种研究获得的证据提出种种解释的多种不同途径。科学探究也指是学生们用以获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。小学生做探究，就是“用类似科学研究的方式”即让学生通过观察比较，发现问题、提出问题、作出解决问题的猜想、收集证据尝试解答并进行验证的过程去揭示规律，进行表达和交流，通过动手动脑、亲自实践，结合科学知识的学习，在感知、体验的基础上，内化形成探究能力。本课题所指的“探究”就是指科学探究。

（三）探究能力：

本课题所指的“探究能力”是指小学生进行科学探究所需要的能力，即“科学探究能力”。它不仅仅是指科学过程技能，更重要的是学生能将这些过程与科学知识结合起来，利用科学的推理及批判性思维来提高他们对科学的理解。从培养目标的层次上看，首先是培养学生的探究意识，其次是掌握科学探究的技能和方法，最终形成探究能力。从目标的具体内容来说,小学生的探究能力是指

1、知道科学探究涉及的主要活动，理解科学探究的基本特征；

2、能通过对身边自然事物的观察,发现和提出问题；

3、能运用已有知识作出自己对问题的假想答案；

4、能根据假想答案,制定简单的科学探究活动计划；

5、能通过观察、实验、制作等活动进行研究；

6、会查阅、整理从书刊及其他途径获得的科学资料；

7、能在已有知识、经验和现有信息的基础上,通过简单的思维加工,作出自己的解释或结论,并知道这个结果应该是可以重复验证的；

8、能用自己擅长的方式表达探究结果,进行交流,并参与评议,知道对别人研究的结论提出质疑也是科学探究的一部分。

1、          建构主义学习理论：

建构主义学习理论认为学习是一个建构过程，学习者不是被动地接受信息，而是在努力寻找周围世界时主动建构知识。建构主义学习活动强调学习过程中学习的主动性、建构性，只有以学习者为中心，学习者才更有兴趣和动机。因此主张把学习任务抛锚在较大的任务或问题中，为学习者设计真实的可以参与体验的学习环境与问题情境，支持学习者发展对整个任务或问题的自主权。由此看来，教师只要努力为学生创设教学情境，提供有结构的学习材料，学生主动地参与学习，进而主动地建构知识，可以学得更好。

美国探究教学专家萨奇曼坚信：学生本能地对一切新奇的事物感兴趣，他们会想方设法弄清这些新奇的事物的背后究竟发生了什么，教师可以利用这个机会指导他们如何提问、如何搜集资料，教给他们发现事物变化规律的一般思维方式，教给他们探究的方法和培养善于听取各种不同的建议以及随时发现新事物的习惯。他的观点有利于我们坚定实施探究教学的信念。

我们认为，小学生探究能力的形成与下列因素有关：㈠是教师的教育教学理念和科学教育的先进理念。比如课堂教学中师生关系的定位、学生情感因素的调控、个性差异的关注等等；㈡是小学生的认知特点。学生对客观现实的认识来自于对外界尝试探索性的活动，而学生用自己的学习方式来探究新知，对他们来说是最好的方法之一；㈢是课堂教学中教学内容、教学方法和教学结构以及教学评价等因素也直接影响小学生探究能力的形成和发展。

1、通过研究使教师具有先进的教育教学理念和先进的科学教育理论，并使之成为教学行为的先导，适应新课程的的探究教学。

2、探索（3-4年级）学生科学探究能力的发展序列，出精品的案例。

3、探索基于探究教学的多样化科学课堂教学模式

1、探究能力培养的教学内容设计

科学探究能力的培养取决于儿童参与什么样的科学活动，这些科学活动应该是给儿童亲身经历探究，获得感性体验和探究技能、方法的过程。根据不同年级小学生的特点分层次、循环递进和有所侧重的原则对探究内容进行系统地设计与安排是培养学生探究能力的保证。学生的科学探究内容已散见于科学教材的各活动之中，但还没有明确的序列内容设计。本课题将以教科版的《科学》教材为蓝本，并突出为学生设计科学探究某些方面，形成能力发展序列的单元活动。我们的意图是使能力型单元的教学设计与有序安排的大量分散在教材中的探究活动形成一个有机的整体，从而更有效地培养学生的科学探究能力。各年级能力单元主题如下：

三年级：“观察与测量”、“问题与猜想”

四年级：“分类与比较”、“计划与实验”

五年级：“信息与信息卡”、“调查与分析”

六年级：“统计与报告”、综合（完整探究举隅）

    我们力图将《课程标准》中提出的科学探究的总目标及内容标准分解到各年级的不同学习单元，结合教科版《科学》教材,以形成探究的过程方法和能力发展的序列。三四年级侧重部分探究,五六年级侧重完整探究。从三年级的起始阶段安排如何提问、如何做计划、如何开展探究、如何进行交流等的部分探究训练；六年级安排完整探究的范例学习，尝试做完整的科学探究，为在中学做完整探究做准备。

 

我们认为小学生的科学探究既包括对前人探究的探究也包括学生的探究，既可以是完整的探究过程，也可以是部分的探究过程。根据不同程度小学生的认知特点以及相关内容在各学期的教学中应有所侧重，帮助小学生对科学探究进行探究。提倡课程标准所提出的对小学生的科学探究教育应由扶到放、由模仿到半独立再到独立的逐步培养思想。那么，不同的学习阶段、不同的学习内容，不同的学习环境，将会带来多样化的探究教学模式。我们拟按照课堂探究的基本特征和探究性程度来设计具体的教学活动。课堂探究的基本特征和探究性程度概括如下：

 

如何给探究那里进行评价，评价的方式、内容都需要有一种新的理念来指导，在过程中评价是有效的策略，但目前并没有一套完整的可操作的评价指标。假设我们能够找到能力发展的序列指标的话，那么，学生发展性的探究科学学习评价同样有章可循。我们依据课程标准设计一套学生科学学习的评价方案，突出科学探究各年龄段的要求及其操作性评价，在研究过程中予以总结。（见附件1）

探究是科学教育的中心环节。如何使教学活动转化为学生的探究活动，促进学生主动学习，教师需要有一定的指导策略并有效地控制影响学生学习的诸多因素如教材、环境、家长、材料、学生自身的学习动机与兴趣等等。因而，指导策略的研究成为本课题研究的重点。课堂教学中师生关系的定位、学生情感因素的调控、个性差异的关注都会影响指导策略的产生和学生探究能力的发展。

 

本研究采用行动研究法，在行动中研究。具体地说，

1、运用文献法进行探究性教学与传统教学模式的比较研究，确定“科学探究能力”的评价标准。

2、运用比较法、观察法、个案法进行探究教学模式的研究。

3、运用测验法、统计分析法进行课题成果的评价研究。

1、以转变教师观念为主的参与式培训计划及实施

教师的教学观念直接影响教学行为。为此，课题组将以转变教师观念为主，计划和实施参与式培训。培训专题有科学课程改革与创新、教师的角色、探究式学习、学科知识基础、教育科学研究基础、案例研讨、专家点评等。

2、建设一支强有力的课题研究队伍。

组织好课题组成员和科研志愿者队伍围绕课题内容进行广泛学习，对小学科学（常识）课堂教学中各类问题深入探讨，积极发挥课题组中骨干教师和教研员的中尖力量和专家的理论指导作用，确保全员参与形成合力。特聘请国家级专家、温州市教委教研室主任余自强老师担任顾问，省小学常识特级教师李玉宇老师担任指导师。课题组主要成员及分工：

组长：陈素平（温州市教委教研室，负责方案设计、课题实施、结题报告等）

成员：杜继满（平阳县教委教研室，文献研究、结题报告）

      陈  耀（瓯海区新桥小学，四年级的教学实施，指导策略）

      张延银（苍南灵溪一小，三年级的教学实施，内容设计研究）

      周琼莉（瓯海瞿溪二小，三年级的教学实施，内容设计研究）

      朱小雪（龙湾永中镇永昌一小，三年级的教学实施，指导策略）

      潘朝阳（龙湾实验小学，四年级的教学实施，评价研究）

      陈德印（平阳实验二小，四年级的教学实施，模式研究）

      应小敏（平阳县实验小学，四年级的教学实施，模式研究）

      王邦银（鹿城区永东路小学，三年级教学实施，网页制作、档案整理）

      余娟弟（瑞安市实验小学，四年级的教学实施，案例分析）

      黄国胜（瑞安市安阳四小，四年级的教学实施，内容设计）

      陈东南（温州市建设小学，网页制作、资料整理）

      陆 林（温州市瓦市小学，四年级的教学实施，评价研究）

      张 汉（永嘉桥头二小，三年级教学实施，网页制作、资料整理）

3、研究制度的保证、

确保课题研究时间落实，课题组成员每一月集中交流一次，成员所在学校即实施单位，要确保每一节课正常开展，完成学习目标。

4、工作方案

准备阶段（2001.12-2002.3）成立课题组；确定课题负责人和子课题负责人；收集资料信息，进行文献研究；撰写研究方案；并组织专家论证、修改、完善方案。

实施阶段（2002.4-2003.6）全面启动课题研究，制订研究制度，组织专题的参与式培训活动，并在阶段总结中不断调控、修正研究思路，形成阶段性研究报告；推出典型课例进行经验交流，推动课题研究的顺利开展。

总结阶段（2003.7-2003.10）进行课题总结，撰写研究报告，形成终结性成果，申请课题成果鉴定，将成果以常规的形式汇编成集。

预期在2003年10月，形成终结成果，预期成果有：研究报告、优秀课例及其分析、优秀论文、教学软件等。

 

     1、[美]国家研究理事会著，戢守志等译；《美国国家科学教育标准》； 科技教育文献出版社，1999.1

2、教育部，全日制义务教育《科学（3-6年级）课程标准》（实验稿）,北京师范大学出版社,2001年7月

     3、李森等，《对探究学习的理论问题的几点认识》，《教育研究》2002年第二期

 

 

 

                                                 2002年4月

           小学生科学学习水平发展评价实施方案

以发展性评价的理念为指导，以温州市小学生素质发展评价体系的总目标为依据，制定温州市小学科学学生学习水平发展评价实施方案。本方案主要包括科学学科评价的价值取向、评价指标、评价内容、评价方法及具体实施意见。

    1 、依据国家《科学（3-6年级）课程标准》，评价目标以学生的科学素养发展为本。

    2 、评价指标综合化，不仅关注学生的基础知识和技能的掌握情况，更注重学生在情感、态度、价值观，科学探究的方法和能力，科学的行为和习惯等方面的变化和进步。

    3、 评价的主体多元化，可以是老师，也可以是其他学生、家长或某方面的专家，强调评价者的主体地位，使评价成为评价者与被评价者之间的一种理念、情感与行为统一的互动过程。

    4、 不但关注学生的学习结果评价，更关注学生的学习过程评价。评价的重点侧重激励、反馈、调控。

    5、 评价的方法和手段多样化，书面测试不是唯一的手段。

 1、情感、态度、价值观：学生对科学学习的兴趣与动机；大胆想象与创新；尊重证据严格严谨；善于探索，能够坚持；乐于合作与交流；关心科学技术，关注社会变化，参与有关活动。

2、科学知识：学生初步认识物质世界、生命世界、地球与宇宙。

3、科学探究：是指学生在探究学习过程中的发现与提出问题；假设和预测；制定研究计划；搜集整理信息；思考与结论；表达与交流；动手操作能力；理解科学探究等方面的方法和能力。

1、 观察与轶事记录，记载于学生的成长记录袋中；

2、 测验与考试，有书面、口头、现场操作等；

3、 作业法（长作业、短作业）；

4、 评议法；

1、评价内容及方法：

①情感、态度、价值观：主要是指学习兴趣与动机及学习中的态度、习惯、完成作业情况、是否乐意收集信息、关心周围事物等。这项评价渗透在平时的学习生活中，采取自评、互评相结合的方式，建议采取轶事记录的方法，将学生的表现备案。（见表1）

              表1： 科学学习情感、态度、价值观评价表

②科学知识：这项评价采取书面和口头两种测试形式命题要注意基础性，重能力测试。

③科学探究：可采用轶事记录和现场测试及作业法的方式。现场测试在期末，由学生自选本学期做过的实验或自创与本学期所学知识有关的实验，主动到实验室演示。在演示过程中，学生要遵循以下四个步骤：提出问题（为什么要做这个实验）——设计实验（怎样做这个实验）——实验验证（边演示边说清看到的现象）——得出结论（这个实验说明了什么）。教师根据情况给予评定并记录。每一学期，要有一个“奇思妙想”、“科学小论文”或社会考察报告。此项评价要求学生在科学学习及探究活动中做个有心人，善于提出问题，、敢于提出问题，乐于与小朋友合作交流，并养成随手记录的好习惯。此外，教师要做个有心人，及时记录学生在学习中的新发现、新问题、新思想。（见表2）

表2：学生科学学习科学探究评价表

 

2、（3-6年级）学生科学探究过程中方法和能力的发展参考指标（本课题重点是对3、4年级的实施）

 

3、几条建议：

①教与学的过程是实施发展性评价的基础。师生必须精心组织，认真参与。凡需文字记载的地方可改用鼓励性记号或印章，如：学生在科学探究方面有突出表现，给予探索章；在情感、态度、价值观方面有突出表现，给予创新章；在基础知识学习方面有突出表现，给予博士章……

②评议法（自评、互评）机制的完善是发展性评价顺利进行的保证。评议法主要是通过教师的指导，以小组讨论的形式进行。设立实验小组长，其职责是带领本组组员根据评价内容进行小组讨论，并及时做好评价记录；组员在评价中要处理好两种角色，即作为评价对象，同时又是评价主体，自己被评价时要积极主动地观察、操作、思考、表达，自己评价时要关注同伴的行为；评议法的记分方式以加“★”为主。

4、成绩的确定

将评价内容三项进行统计整理，以等级形式记载表3，分四等：优、良、合格、待合格。

             表3：小学生科学学习水平发展评价表  

（注：本方案适用于小学3-6年级。）

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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