APP下载

在反思中提升科学探究的元认知能力

2021-08-29许飞

科教导刊 2021年36期
关键词:教学思路元认知科学探究

许飞

摘要引导学生对科学探究活动进行反思和总结并形成对科学认知的元认知,可以让学生清晰了解科学探究的方法和程序,对提升学生的科学探究能力具有重要意义。反思单元的主要目标就是,引导学生通过分析历史上成功的科学研究案例和反思自己的探究经历,使其更加清晰地认知科学探究方法,更好地提高科学探究能力。

关键词反思;科学探究;元认知;教学思路

中图分类号:G424文献标识码:ADOI:10.16400/j.cnki.kjdk.2021.36.030

Improving the Metacognitive Ability of Scientific Inquiry in Reflection

XU Fei

(Jiangsu Nantong High-tech Zone Primary School,Nantong,Jiangsu 226300)

Abstract:Guiding students to reflect and summarize scientific inquiry activities and form metacognition of scientific cognition can make students clearly understand the methods and procedures of scientific inquiry,which is of great significance to improve students,scientific inquiry ability. The main goal of the reflection unit is to guide students to better understand scientific inquiry methods and improve their scientific inquiry ability by analyzing successful scientific research cases in history and reflecting on their own inquiry experience.

Keywords:reflection;scientific inquiry;metacognitive;teaching ideas

科学探究活动是人类对自然世界的高级认知活动,已经在人类长期的科学活动中形成了特有的方法和程序。学生对科学探究活动进行反思和总结并形成对科学认知的元认知,可以让他们清晰了解科学探究的方法和程序,对提升他们的科学探究能力具有重要意义。对于小学生而言,如果没有科学探究的实践经历,仅仅从文字层面去了解科学探究的流程和方法,是不可能真正掌握科学探究方法并提升科学探究能力的。因此,学生在具体的探究活动中掌握科学探究的“做中学”学习方式,是他们学习科学探究方法的有效方式之一。显然,仅仅让学生经历科学探究是远远不够的,只有在实践之后引导他们善于反思和总结,才能帮助他们将经历提升为对后续行为有借鉴价值的经验。为了引导学生将自己的探究经历提炼为探究经验,引领他们更加清晰而系统地认识科学探究,更好地提高科学探究能力,大象版《科学》教材(以下简称“本套教材”)在每册教材上都设计了一个特殊类型的教学单元——反思单元。

黑格尔说过,反思是一种事后思维。本套教材的反思单元安排在每册教材的最后,就是想引导学生在经历一学期科学探究之后,对既有的探究经历进行回顾、反思和再认识。由于反思单元不设定具体的科学知识目标,活动形式和综合探究单元的探究活动、设计制作活动也不完全一样,有些教师对反思单元的教学思路把握得不是很到位。下面结合本套教材五年级上册的反思单元“日心说的先驱”来谈一谈教学思路。

1阅读故事,重在剖析

为了增加反思活动的有效性、引领性和趣味性,反思单元围绕每册所侧重培养的探究要素目标设计了“读、思、做”三大环节,作为此类单元的基本结构。

“读”就是引导学生阅读与本册侧重培养的科学探究要素相关的科学家进行科学探索的史实故事,对科学家的探究过程进行深入分析,从而更加深入地了解某些科学探究的过程或方法。

本套教材根据既定的培养框架选编了相关主题的科学探索的史实故事,作为学生研读、分析科学探究方法和过程的案例,以引导他们了解“科学家是怎样做研究的”。比如,“日心说的先驱”单元就是根据本册教材承担的“提出问题”和“作出假设”这两项主要探究要素培养目标,选编了古希腊天文学家阿里斯塔克通过估测太阳、地球、月球三者之间的距离和相对大小,提出“日心说”的故事,作为学生研读和剖析科学家如何建立假说(作出假设)的案例。

显然,这个环节的教学活动并不只是读,而是重在读后的剖析。比如,在教学时,教师要先指导学生了解这个故事描述的过程,再引导他们思考和分析阿里斯塔克提出“日心说”的依据是什么,以及他是怎样获得这些数据的,然后引导学生思考从这个案例中可以获得哪些启示。

首先,教师引导学生通过阅读,了解阿里斯塔克提出的“日心说”并不是一个凭空的猜测,而是基于对天象的观察并利用几何知识对太阳、地球、月球三者之间的距离,以及三者相对大小的观测和推算出的數据作出的有根据的假设。

其次,教师引导学生了解阿里斯塔克所用方法的科学逻辑和对科学研究的价值。虽然阿里斯塔克当时推算的数据与现代的测量数据有较大差距,但他确实是运用几何学知识观测、推算并根据所获得的数据提出“日心说”的第一人。他的这种基于已有知识和观察经验进行推理,从而提出科学假说的方法,不仅为后来的科学家提供了一个新的思路,也给我们的科学学习,特别是如何提出猜想和作出假设提供了极有价值的启示。因此,教师在教学时应该引导学生认真理解其过程和方法,并对其中涉及的几何知识做简单的、必要的补充和解说,以帮助他们加深理解其方法的合理性,从而理解科学假说的逻辑性。

最后,教师要让学生知道科学假说的确立和证实都需要证据支撑。阿里斯塔克的观测、推算以及几何知识的运用是符合科学逻辑的,但光有合理的科学方法还不够,科学假说能否成立需要事实证据来检验。科学假说在被人们接受之前,往往会受到质疑。这些质疑通常是基于理论能否解释已有的事实证据提出的,这也是一个科学假说得以立足所必须经历的过程。所以,教师还要引导学生继续阅读故事,了解阿里斯塔克提出的“日心说”遭到了人们的质疑以及人们提出这些质疑的理由,看一看他在遭到质疑后是怎样做出合理解释的。遗憾的是,虽然他的解释是合理的,并且和现代天文学完全吻合,但他却因当时天文观察水平的局限拿不出有力的证据——恒星视差,即一年中恒星在天空背景上的位置变化。因此,“日心说”直到19世纪真正观测到恒星视差才被所有的天文学家所接受。这些故事细节,生动地说明了一个假说的提出不仅要有依据,而且最终证实也需要证据支撑。这一点需要让学生理解。

2全面反思,知能并重

“读”这个环节是基于科学家真实的科学探索史实故事对科学探究过程或方法的元认知。接下来的“思”这个环节是学生基于自己的科学探究实践对科学探究的元认知。也就是说,通过阅读科学家故事已经知道了科学家是怎么做的,那么我们自己是怎么做的呢?教师引导学生回过头来审视一下自己的探究经历,看看其中有哪些经验和教训,有哪些需要借鉴或改进。

这样的教学内容和教学形式,是科学课教学的一次崭新尝试。教师要防止出现空对空谈经验、讲方法的“纯理论”模式,一定要引导学生结合具体的探究内容和探索经历来展开讨论和交流。具体教学时,可以从回顾学习内容、反思探究经历、提炼探究经验三个层面来引导。

回顾学习内容。反思单元作为一学期最后一个单元,也承担着“复习”一学期所学科学知识的任务。因此,在组织这一单元教学时,教师可以先引导学生回顾一下本学期学习了哪些科学知识,做过哪些科学探究活动。这样既达到学期总复习的目的,又为接下来的反思探究经历提供了可以具体分析的案例。

反思探究经历。根据教学目标教师引导学生围绕这些具体内容的学习过程,回忆自己是怎样完成相关探究环节的。比如五年级上册侧重训练的探究要素是“提出问题”和“作出假设”,那就引导学生回忆自己对哪个问题提出过哪些假设,自己是怎样作出这些假设的,作出这些假设的依据是什么。如围绕蒸发快慢和哪些因素有关的问题。

师:在探究水的蒸发快慢与哪些因素有关的问题时,你作出过什么假设?

生:我的假设是水的蒸发快慢与气温有关。

师:当时你怎么会作出这个假设?有什么根据吗?说说你当时是怎样想的。

生:因为我看到我妈总把衣服拿到太阳光下去晒,太阳光下温度高,所以我猜想蒸发的快慢与温度有关。

生:我当时也猜想蒸发快慢与温度有关,是因为我发现把湿毛巾放在取暖器上能很快被烘干。

师:看来你们的假设都是有根据的,这些根据就是你们在生活中观察到的自然现象。

只有结合和依托具体的科学探究经历进行回顾,才能真正引发学生对探究过程的反思,也才可能提炼探究的经验和方法,我们在教学时也才能有依据地作出恰当的评价和合适的引导。

提炼探究经验。教师在引导学生围绕具体学习内容反思探究经历的基础上,还可以适当引导学生总结和提炼一些科学方法和经验。比如,让学生自己总结,认识到科学假设不能靠凭空的猜测,而是需要经验和事实做支撑,需要利用已有知识对一些数据、资料进行计算和推理等。小学生探究经历有限,总结概括的能力也有限,因此教师对这些探究经验的提炼要求不宜太高,重点培养他们反思、总结和提炼经验的意识。只要学生能真正积极思考,有所总结,并且勇于发表自己的真实想法,就应当鼓励和褒奖。

3“做”“评”结合,激发兴趣

尽管“读”和“思”两个环节的教学结合了科学家的具体案例和学生的亲身探究经历,但教学的形式主要是“想一想,说一说”。这对于小学生来说,难以长时间保持他们的学习兴趣,需要教师继续创造更加具象化的活动,让教学更加实在、有趣且可操作。为了达到这个目标,教材设计了“做”这个环節。

“做”是反思的延续和具象化操作,通过具体可见且可操作的活动,可以让反思变得更加有趣、实在。“做”具有三层内涵:

其一,通过一定的活动把反思的内容和成果实现“可视化”。比如,一年级上册的反思单元,设计了“制作科学探究树”,以此展示学生提出的问题和作出的猜想,目的是引导学生以一种有趣的方式,把自己的科学学习成果变得“可视”,以帮助他们体验更强烈的科学学习的成就感。同时,教师可以促进学生展开进一步交流,激发他们在未来的科学学习中不断提出更多感兴趣的问题。教材以“树叶”呈现问题,以“果实”呈现猜想,如果学生能提炼出提出问题或作出猜想的经验,则可以写在“树皮”上。实际教学时,每个学生都可以把自己的问题、猜想或经验写在相应形状的纸片上,贴到这棵“科学探究树”上。随着科学教学的日积月累,这棵“科学探究树”就会越来越“枝繁叶茂”。

其二,“做”可以是学生通过反思探究经历,对科学方法有了进一步认识之后的再应用、再实践。比如,在一年级下册的反思单元“我们也在找证据”中,学生通过阅读“大陆漂移说”的故事,回顾自己的探究经历,进一步认识了猜想与证据的关系。之后,教师引导他们制作自己的“证据小火车”,让他们把曾经做过的研究,以证据链的形式梳理并展现出来。这样让反思活动变得更具操作性,是他们探究能力提升的良好契机。

其三,可以把学生做出来的成果作为探究小组或学生个人一学期或更长时间段的科学学习成效的评价依据。教师既可以组织学生将自己“做”的结果拿出来展示交流和互相评价,也可以根据这些成果,对学生的科学探究能力发展及科学知识掌握情况进行评估和指导。

本套教材五年级上册反思单元以建立“我的科学假说”为任务驱动,引领学生对自己的科学认知进行整理,对科学探究和生活中的各种科学现象尝试建立自己的假设性解释,并以合适的形式进行解释和交流。这既是学生对已有的科学知识经验的整理,又是对作出假设的过程有了新的认识之后的再实践。学生运用刚刚建立起来的对作出假设的新认识,再次梳理自己的科学认知,尝试建立属于自己的“科学假说”,也就是对某个科学现象提出自己的理解和解释。这个活动似乎有一些难度,但这些案例源自教学实际,具有一定的挑战性,能够激发学生的认知兴趣。比如,有学生大胆提出了自己对水面为什么能高出杯口而不溢出来的现象的假设性解释:水表面的分子就像一个个能手拉手围在一起的孩子,能把内部的水分子围起来不让它们乱跑,所以杯子内部的水会被表面的水围住,当它们高于杯口时也不会溢出来。学生还通过多人模拟表演的方式,给其他同学解释,受到了教师的表扬和同学们的称赞,他的成就感和喜悦感溢于言表。这样的例子还有很多,比如恐龙灭绝的原因、热胀冷缩的原因、月相变化的原因等。

在实际教学中,教师还可以让学生用自己的名字给提出的假说命名,进一步激发了学生的兴趣和成就感。在学生提出各种各样的假说时,教师不对他们的假说作绝对的对错评判,而是引导他们针对假说建立的依据进行一些阐释,或者引导他们互相补充一些必要的证据,弥补、完善思路上的缺陷。这样教学,既突出了本单元的教学重点,让学生深刻领悟作出假设是一个有根据、重证据、讲逻辑的过程,又帮助更多的学生顺利地建立起自己的假说。在教师的激励下,每个小组甚至每个学生都尝试建立了自己的假说,反思单元的教学成为学生一学期乃至更长时间科学学习“大丰收”的庆典。只有这样,我们才能让学生感受到科学的无穷趣味,树立探究科学的自信,发展科学志趣。

参考文献

[1]J.H.弗拉维尔,P.H.米勒,S.A.米勒.认知发展[M].邓赐平,刘明,译.上海:华东师范大学出版社,2002.

[2]黑格尔.小逻辑[M].贺麟,译.北京:商务印书馆,1980.

猜你喜欢

教学思路元认知科学探究
化学教学中科学探究存在的几个偏差
突围与重构——小学科学课堂中师生交往的真效性实践探究
提高高校声乐教学形式与方法探析
《伟大的历史性转折》教学设计
高中体育教学思路与方法创新
对中学生的元认知监控及其与学业成绩的相关研究