科学探究活动构成要素及组织实施1、科学探究活动的组成要素《科学课程标准》规定了义务教育阶段科学课程的基本学习内容和应达到的基本要求。内容标准有科学探究和科学内容两部分组成。内容标准注意科学知识的学习和技能的训练，强调科学过程和科学方法的学习，相关科学技术社会的观念渗透，注重科学态度与科学精神的培养。那么，科学探究活动标准规定了七个要素，即提出问题，猜想与假设，制定计划与设计实验，进行实验与收集证据，分析与论证，评估，交流与合作。 2、科学探究活动的系统结构 七个要素的结构关系是环环联系，彼此促进，并以科学探究为核心，以实现知识与技能，过程与方法，情感、态度价值观。3、科学探究活动要素的操作要点（1）提出问题能力目标：能从日常生活、自然现象或实验现象中发现与科学学有关的问题；能书面或口头表述这些问题；情感目标：认识发现问题和提出问题对科学探究的意义。教学策略：巧设问题情境，激起学生的疑惑、矛盾感与好奇心；明确探究问题的重点；提示分析问题的方法；通过思考和感知学生能顺利进入问题的核心。教学评价：对自然的事物、现象能产生怀疑；探讨事物现象变化的因果关系；从不平衡中产生许多问题；发现问题的重点所在；正确把握主题。 （2）猜想与假设能力目标：尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想；对探究的方向和可能出现的实验结果进行推理与假设。情感目标：认识猜想与假设在科学探究中的重要性。教学策略：引导学生利用直觉的预测来提出合理的假设；善于引导学生从个人假设转化到团体的共同假设；给予多方面思考的发问；提供机会做预测、假说或推理；重视逻辑性思维模式；鼓励发散性思维；集思广益；建立具有决定性的雏形框架。教学评价：已知知识与法则的运用；类推；针对主题做逻辑推理；其他科学思维运用。 （3）制定计划与设计实验能力目标：明确探究目的和已有条件，经历制定计划与设计实验的过程；尝试选择科学探究的方法及所需要的器材；尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的初步意识。情感目标：认识制定计划与设计实验在科学探究中的作用。教学策略：提示学生如何做好实验计划的制定与安排；提示验证的必要条件；自由设计实验；提示有效的实验器材范围；注意变量的控制和发问技巧；重视科学方法的运用与操作。教学评价：发挥进取心；适当科学方法的运用；实验步骤的安排；操作技巧；比较与评估别人的优点。 （4）进行实验与收集证据能力目标：能通过观察和实验收集数据；能通过公共信息资源收集资料；尝试评估有关信息的科学性；会阅读简单仪器的说明书，能按书面说明操作；会使用简单的实验仪器，能正确记录实验数据；具有安全操作的意识。情感目标：认识进行实验与收集数据对科学探究的重要性。教学策略：指导学生能按实验步骤有序进行实验；能指导学生准确选择器材并合理摆放；指导学生注意观察实验现象，抓住主要矛盾；能根据实验要求设计数据记录表。提示学生记录实验有效数据，能区分无效与有效数据。教学评价：合理安排实验步骤；准确观察实验现象；准确记录实验数据。 （5）分析与论证 能力目标：能初步描述实验数据或有关信息；能对收集的信息进行简单的比较；能进行简单的因果推理；经历从科学现象和实验中归纳科学规律的过程；尝试对探究结果进行描述和解释。 情感目标：认识分析论证在科学探究中是必不可少的。 教学策略：指导学生合理筛选记录数据，准确处理与分析实验数据；对实验结果的预测、预想；从已知数据、事实中归纳有效结论；初步建立不同层次的实验结论。教学评价：能从提供的数据中区分有效与无效数据；能根据实验数据分析和推理出合理的实验结论。 （6）评估 能力目标：有评估探究过程和探究结果的意识；能注意假设与探究结果间的差异；能注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题；尝试改进探究方案；有从评估中吸取经验教训的意识。 情感目标：认识评估对科学探究的意义。 教学策略：引导学生能合理对实验的不同方案的实验过程与结果，根据评估细则，进行评价，区分各自的长处与不足；能够根据分析和评价的结果进行实验的改进和方案调整。 教学评价：根据实验要求，能够对不同的实验方案进行合理评估。 （7）交流与合作能力目标：能写出简单的探究报告；有准确表达自己观点的意识；在合作中注意既坚持原则又尊重他人；有团队精神。 情感目标：认识科学探究中必须有合作精神。 教学策略：引导学生对实验的不同结果进行交流，激发交流成果的欲望；要求学生能够根据实验成果的展示要求，选择适当的地点、器材进行成果展示。 教学评价：能语言清晰的表达自己的实验成果，并向其他实验小组同学介绍自己的成功感受与体验。 4、科学探究活动的教学组织形式与实施策略 （1）科学探究活动的教学模式 科学探究的教学模式包括六个基本环节，每个环节都体现了建构性学习的特征，其程序图如下： 提出问题：创造问题情境，使学习者积极投入到问题探究之中。创设问题情境通常要具备三个条件：一是学习者能否在先前经验基础上觉察到问题的存在；二是探究内容对学习者来说一定是新的未知，经过努力是可以掌握的；三是能否激发探究者的认知冲突、需要和期望。教师要营造一种宽松的探究心向，使问题呈现巧而生趣，准而能思，产生探究的内驱力。 提出假设：用假设方法，有根据地猜测、联想，明确问题解决的途径与方法。引导学生根据已有的事实和先前的经验，以假设的形式进行大胆的探究，并对探究的问题设想出一种或几种可能的结果和结论。通常引导学生提出假设的方法有四种，即归纳式假设，演绎式假设，类比式假设和分类式假设。 收集资料和事实：提供探究问题的背景资料，使学习者努力寻找解决问题的线索。信息的载体可以是文字，文献资料和实验，也可以是网络资源和师生交流过程的表征。在开放的环境中培养学生自主、自觉地收集事实和加工处理信息能力有为重要。要引导学生从实验、实践的观察和体验中或社会调查中获得信息和资料，并能从多角度的信息分析比较中，寻找解决问题的目标和切入点。 假设检验和推理：重实证，使学习者主动参与实验，实践和体验过程。为了深刻理解探究到的结论或知识，教师要引导学生到现实世界的真实环境中去感受，去体验，通过获取直接经验来学习，而不是仅仅聆听教师或他人的讲解和介绍。教师在假设检验和推理阶段，应引导学习者积极参与假设检验的设计，进行实验观察，控制条件，记录现象，或作社会性调查或作资料实证性研究，同时教师要适时引导协作与交流、反思，增强情感体验，调控探究进程，强化成功欲望。 发现规律，得出结论：重过程，使学习者积极思考、进行科学抽象，形成科学解释。发现规律，得出结论是培养学生科学抽象，既包括表征性抽象又包括原理性抽象的活动过程。表征是有机体对外界信息进行加工是（输入、编码转换、存贮）客观事物在头脑中呈现的形式，包括语表征、图表表征、实验表征等。在科学抽象过程中需要运用比较、分类、归纳、分析和综合等科学逻辑方法，才能真正完成“意义建构，发现规律和结论。 整合、迁移与应用：整合与迁移，意义建构与创新，合作与分享成功快乐与体验。学习者获取知识、完善自己的认知结构，整合迁移环节是不可缺少的。教师要启发学生整合知识，反思探究过程与方法；变换问题角度与方式，将结论迁移运用于不同的场景，增强思维的发散与集中，以达到知识完全的意义建构。在探究活动过程中，协作、交流和表达贯穿活动的各个环节中，学生通过探究过程的讨论与交流，以及书写探究报告、制作模型、辩论和展示等形式，可以形成一个有利于人际沟通与协作的良好氛围，发展乐于合作，分享信息和成果的团队精神。 （2）科学探究活动的主要教学形式 萨其曼（J。R。Suchman）式的探究：萨其曼认为帮助学生进行探究的最好的办法是训练，即促使学生对“为什么事情会如此这般地发生”产生强烈的疑问，并能合乎逻辑地获得资料和加工资料，进行创造性思考，找到问题的答案，由此形成以“探究”和“训练”为特征的教学组织形式。其教学的程序包括五个阶段：呈现疑难情境，提示问题；提出假设和收集资料；验证；形成解释；分析探究过程。 教学策略：要给学生提供一系列问题的机会；如果学生希望教师证实某一问题时，教师不能用简单的“是”或“不是”来回答，必须鼓励学生不局限于所学知识与方法，另辟蹊径加以实验证实；多运用无限制式的活动，刺激学生去思考，促进学生发散思维的发展；学生之间应随时交换意见，合作学习；尽量提供辅助器材和学习资料以加深学生对问题的探究深度。 教师的职责：选择或创设足以供学生探究的问题；教师在学生探究过程中只是活动的“促进者”、“引导者”和“组织者”；教师应根据学生的认知水平，接受能力等确定或选择探究的内容；尽量提供学生解决问题所需要的资料，协助学生理解探究的目的；指导学生担任探究过程的记录员； 有结构的探究（Structured Inquiry）是指探究时给学生提供将要调查研究的问题、解决问题所要使用的方法和材料，但不提供预期结果。学生自己要根据收集到的数据进行概括、分析整理，发现某种联系，找到问题的答案。 指导型探究（Guided　Inquiry）是指探究活动时只给学生提供要调查研究的问题，根据学生的需要有时也提供材料或研究方法，学生自主探究问题。学生必须自己对探究过程中收集到的数据进行概括、加工和选择，弄清如何回答探究问题，一般“主题活动”为指导型探究的常见形式。 自由探究（Free Inquiry）是指在探究活动时学生必须自己独立完成所有的探究任务，包括提出和形成要调查研究的问题。自由探究可以提高学生对自然的兴趣与关心，以及对未知事物的好奇心；充分发挥学生的个性和能力，培养对新问题的探究热情；学会收集、分析、归纳、整理资料，培养处理各种信息的能力；培养正确记录研究过程与结果，撰写研究报告的能力以及其他综合实践能力。自由探究的一般程序是：确定课题----设计研究方案----自主探究----分析研究结果----报告研究结论。自由探究的内容的确定可以是：能拓展教材学习内容的材料；能把定性改为定量研究的；能扩大野外实习视野的；能改进实验方法的；日常生活中难度适中的问题等。教师对自由探究的指导分研究准备指导、课题选择指导、研究方法指导和研究报告写作指导等。研究准备指导主要是让学生认识自由探究的意义，提高学生的研究兴趣，提供参考资料。课题选择的指导只要是让学生参考他人的实验报告，从平时的活动中寻找课题，研究课题的难度要适当，量力而行。研究方法的指导主要包括要学生自己准备实验器材，控制好观察与实验中的可变因素，实验结果要记录完整，同时能预防发生的危险。研究报告写作指导主要是对报告的题目、引言、正文、结论以及参考文献部分的书写提出的具体指导。 （3）科学探究活动的教学实施策略 创设问题情境的策略 ①采用源于学生生活的问题和有意义的提问； ②用手脑并用的科学实验形成问题； ③用“见怪不怪”的生活经验形成问题； ④精心设计的课堂讨论形成问题； ⑤以意料之外的计算结果形成问题； ⑥以真实可信的科学史实形成问题； ⑦以丰富的网络资源及多媒体课件形成问题； 启发学生形成假设的策略 ①教师不直接告诉学生探究的结论，让学生独立做假设、猜想和预测； ②让学生充分假设； ③引导学生采用逆向思维、发散思维、类比思维、等效思维等方法进行猜想。 把握探究开放度的策略 ①引导学生抓住主要问题进行探究（让学生自己选择感兴趣的问题进行研究； ②集体选择一个或几个问题，整堂课全班对这几个问题进行研究； ③先选择一个问题，研究完后，再进行下一个问题的研究，形成一个层次； ④步步为营，逐层深入，循序渐进； ⑤把课堂教学的重点定位于某一环节； ⑥提供有结构意义的材料，能激起学习的兴趣，并适合概念的学习，便于学生解决问题。 研讨交流的策略 ①收集第一手资料，让学生学会共享； ②让学生在教师的指导下，有独立的机会和时间自主选择研讨内容与主题； ③教师指导学生把自己所研讨的内容想法、设想手段方法等都充分的表达清楚； ④教师提供充分的研讨材料；给学生充分的讨论与交流的时间和机会； ⑤指导学生自己得出问题的结论，教师不要过早地或代替学生下结论； ⑥鼓励学生对同一问题可采取多种形式进行探究； ⑦引导学生会倾听别人的意见； 三、科学探究活动的评价方法与策略 评价的目的不是为了甄别和分等，目的是促进科学探究的发展。科学探究活动的评价主要是收集科学探究活动过程中各方面的信息，以科学探究的能力要求为目标，制定科学的标准，运用一切有效的手段和技术，对科学探究活动过程及结果做出客观的衡量和科学的判定的过程。它主要包括科学知识、技能的评价和科学思维、能力与态度的评价。知识技能的评价是比较表面的评价，科学思维、态度的评价则是比较深层的评价。科学探究活动的评价具有调控、激励、定向功能，对科学探究活动的有序进行有有效的保障作用。根据信息反馈的阶段，科学探究的评价一般分为诊断性评价、形成性评价和终结性评价，对科学探究活动的特点，一般提倡采用描述性评价。诊断性评价又称准备性评价，是在科学探究活动开始之前进行的评价，是对科学探究活动的准备。主要涉及探究所面临的问题以及相应而且确定的活动基本要求；学生探究活动的知识储备和能力倾向、探究的准备态度等。形成性评价又称过程评价，是在科学探究活动过程中进行的评价，是为引导科学探究正确、完善地开展而对学生学习结果和教师指导成效采取的评价。形成性评价的目的是发现学生探究过程中存在的问题，并为进一步改进探究方法，向教师提供反馈信息。终结性评价又称结果评价，是在相对完整的科学探究活动结束后对整个探究目标实现程度做出的结论性的评价。终结性评价在科学探究活动中运用比较少，但对学生的探究活动的阶段性学习水平确定有一定的作用。 1、科学探究活动的评价内容 科学探究活动的评价是发展性的评价，强调在教师指导下的学生自主探究，科学探究活动的评价的具体内容包括参与探究活动的态度，探究活动的体验和感受，在探究活动中与人合作的精神和探究的方法、技能掌握情况，创新精神实践能力的发展情况。探究的成果等。从评价的操作的角度，科学探究的评价内容可划分为以下四个维度维度或项目。 （1）学生掌握科学探究程序的程度评价： ①对科学探究步骤的了解和领会； ②合理选择探究要素，进行探究活动； ③学会仿照样例进行有效探究。 （2）学生掌握科学探究过程与技能的评价： ①明确科学探究或实验的背景； ②给出科学探究或实验过程每个步骤的理由； ③能够可靠、有效的实施实施探究过程； ④学生参与探究的广度和深度； ⑤给出新的探究方案或修改方案； ⑥正确评价科学探究过程中科学基础知识的作用。 （3）学生科学思维能力的评价： ①发现问题，提出问题的能力； ②应用条件，解决问题； ③解释探究结果的能力； ④尝试可选择地解决问题方法时的灵活性； ⑤根据探究中出现的问题与信息，及时采取处理问题的方法和应变的策略； ⑥动手操作改进实验方案或程序，提高探究效率。 （4）学生科学探究中科学态度的评价： ①完成探究活动时的坚定意志； ②对所探究问题的兴趣、好奇心和主动精神； ③形成正确的对自然界事物现象的关注； ④对社会生活中科学问题的评价。 2、科学探究活动的评价过程 提出问题和猜想假设阶段，评价的要点是考查学生的科学态度，包括考查“学生对探究问题的好奇心、主动性”，本阶段评价目标主要是学生的质疑能力，能否把握探究问题的要点。把学生做出有效的预测、猜想、推论为考查重点。 制定计划与设计实验阶段，评价的要点是考察学生能否运用他人的计划或方案合理模仿设计制定自己的研究计划和步骤，重点考查逻辑思维能力，将考察学生方案设计能力作为重点。 进行实验与收集证据阶段，考查的重点学生如何进行实验或探究活动，即探究活动的有序性；学生根据探究问题的需要适时记录实验数据，记录观察实验现象的能力；实验中控制变量的能力； 分析论证阶段，评价要点是考查是否有批判性思维能力以及审慎的科学态度。考察学生能否解释观察或探究的结果，能否根据有效的探究数据，进行科学和推理，得出正确的探究结论。 评估阶段，考查要点是对探究的过程和步骤有反思的能力，对不同的探究结论的差异进行比较；对不同的探究方案的优劣进行比较，并从中汲取经验。交流与合作阶段，考察的要点是能有效提供完整的探究报告；针对探究的成果进行恰当的表达和呈现，准确清新的表达自己的观点；能倾听别人的发言和阐述，并得到启发；有合作的团队精神，促成探究活动的完整性。 3、科学探究活动的评价方法与策略 （1）评价方法 科学探究活动的较为理想的评价方法是随机评价、阶段评价、连续评价、项目评价，活动过程评价。评价是应注意做到四个结合：定量和定性评价相结合，过程评价与终结评价相结合，自我评价与小组评价相结合，等级制与百分制相结合。过程评价的目标放在“科学过程技能”、“态度与探究习惯”上，不只注重探究结果的正确性。评价分三个阶段，主要是活动前----以活动的准备为评价重点；活动中----以学生探究过程的实验设计、实验操作能力为重点；活动后----重视对探究活动的整体评价与反思，以及探究结论的讨论、交流，探究成果的表达。 自我评价：让学生自己评价自己的探究过程。自我评价的意义是：在学生自我学习、自我检查、自我评价的探究活动中可以发现探究学习过程中存在的困难；肯定自我学习，安排探究过程，建立探究信息； 相互评价：相互评价包括教师—学生、学生—学生、小组—学生等，有利于相互间发现问题、交流经验。 多元评价：主要是针对探究活动的各个维度进行评价，评价的内容和方式是开放的。学生是评价的主体和参与者。 具体操作方法是：采用等级制评价，分阶段、分过程、分单元评价，模糊评价法，表现性评定和档案袋评价等。 （2）实施科学探究评价的策略： 评价需要经过精心的设计； 评价要求明确的可陈的目标； 注意评价数据、资料之间的因果关系； 评价不仅重结果，更重过程； 评价的结果更有利于科学探究的开展； 每次评价的过程中每个学生有充分发表自己的见解、看法和成果的机会；评价的标的建立必须公正可信度高，评价的结果是更促进学生的能力发展。