科学探究的过程与方法

4. 人不能停止呼吸，停止了呼吸人就会死去。
制定一个实验计划吗？……
师：你认为哪一个假设是正确的？你能为验证这个假设
年级 程序 观察实验 提出问题 假说 制定计划 语言表达
三年级
四年级
五年级
六年级
观察（有序、分 模拟实验（借助 对比实验 （控制 对比实验 （控制 类、比较） 扩散性提问 工具的观察） 是什么…… 变量） 为什么…… 怎样才能…… 能是……） 了解计划步骤 描述 能是……） 计划 描述 解释 解释 由是……） 变量） 为什么…… 怎样才能…… 由是……） 设计实验
做的，为什么还会浮起来？3. 汽车是铁做的，会浮起来 吗？4. 飞机能在天上飞，也能浮在水上吗？5.橡皮和泡
沫都是塑料做的，为什么橡皮沉而泡沫浮？6. 为什么有
的黄瓜会浮在水面，有的黄瓜会沉入水底？……
问题的提出要求建立在有感染力的真实情景的 基础上。设计探究活动时必须考虑提出问题应 该放在学生充分活动之后，这种活动需要在真 实情境下展开，只有当观察实验之后学生的提 问才更具价值。
正假说）——提出新的假说
这个过程是一般科学研究普遍适用的系统化操作
方法和步骤，是从众多具体的科研项目中抽象出
来的特性和规则。而且它是一个不断循环往复的
过程。
概念的形成过程 初始概念
提出问题 猜想和假设
新的证据
制定计划 观察实验……
科学概念
验证 交流 解释
科学探究过程中概念形成过程
体验 新的探究 儿童原有的概念 改进后的概念 讨论 提出问题 解释（结论） 讨论 记录 讨论 猜想、假设、推测 讨论 制定计划（设计实验） 记录 观察
信息处理
寻 求 实 证
观察实验、调查、阅读
记录
初始概念
观 察 实 验
提 出 问 题 表达与交流(解释） 猜想\假设
制定计划
提 出 新 问 题
表达与交流 （解释） 验证 （描述、解释）
表达与交流 （描述）
科学概念
思考与结论
获取证据
观察、实验、考察、采访、阅读
案例：蜗牛喜欢吃什么 教师设计活动，带领学生在教室里饲养了蜗牛，把学生 带入了情境。 学生首先观察了蜗牛的特点，寻找蜗牛的住所、食物， 提出了“蜗牛喜欢吃什么？”的问题。（提出问题） 老师引导学生猜想，学生结合自己的生活体验，提出了 很多自己平时喜欢吃的食物，并编制了一个表格，把猜 想的各种实物记录在表格中。 （猜想和假设） 学生从家中带来了各种各样的食物，喂养蜗牛，认真地 观察蜗牛的进食过程，用符号“√”“×”或是用归类画图 来记录。（获取证据） 观察活动之后，老师组织学生交流自己的收获，整理观 察实验中的发现，汇总成全班同学的共识。（验证、交 流，形成概念）
4.根据假设设计实验，观察实验验证假设；
5.在一个具有师生互动、生生互动的环境中，由
学生主动进行的探究过程。
二、关于“提出问题”
1.问题的科学性
科学性的问题就是试图探究对客观现象的
解释，是科学家遇到不解和矛盾时提出的。

弗萊明來到架子前，逐個檢查著培養器皿中細菌的變化。當他 來到靠近窗戶的一隻培養器前的時候，他皺起了眉頭，自言自語道： 「唉，怎麼搞的，竟然變成了這個樣子！」原來，這只貼有葡萄狀 球菌的标签的培養器裡，所盛放的培養基發了霉，長出一團青色的 霉花。 （观察） 他的助手趕緊過來說：「這是被雜菌污染了，別再用它了，讓 我倒掉它吧。」弗萊明沒有馬上把這培養器交給助手，而是仔細觀 察了一會兒。使他感到驚奇的是：在青色霉菌的周圍，有一小圈空 白的區域，原來生長的葡萄狀球菌消失了。弗莱明想：为什么生长 中的葡萄球菌会消失呢？（问题）難道是這種青霉菌的分泌物把葡 萄狀球菌殺滅了嗎？ （假设）
真正的“科学问题”是一个暗含着理
论假说的问题，是启发学生提出更多问题
和假说的梯子。 弗莱明想：为什么生长中的葡萄球菌 会消失呢？（问题）難道是這種青霉菌的 分泌物把葡萄狀球菌殺滅了嗎？ （假设）
2. 发现问题的情景
案例一 在讲天体运动时，我播放了一段神舟五号的录像，引导 学生提出问题：“看过这段录像，大家想知道什么？”
的探究过程，也没有一个特定的教学程序。我们
可以设计各种活动来训练科学探究的程序技能，
但不能认为参加了这些活动就可以称之为经历了
科学探究的过程。
为了帮助学生学会制定实验计划，一位老师设计了这样
一个教学过程： 师：人为什么需要不停地呼吸？ 生假设：1.人需要氧气，呼吸是为了获取氧气。吸进的 气体中氧气多，呼出的气体中氧气少。 2.人呼吸时吸进氧气，呼出二氧化碳； 3. 我们呼吸时可以看到呼出的白气,可能是呼吸 能够帮助我们排出体内的水分。
3. 在矛盾中发现问题
要提出可探究的问题，仅仅有好奇心是不够的，
可探究的问题需要从学生的初始概念出发，而引
发学生的初始概念，最好的方法是观察实验，在
观察中发现事实与初始概念的矛盾，由矛盾引发
问题。我们要在设计观察实验活动时想方设法激 化矛盾，让学生在矛盾中发现问题。
4. 开放性问题和封闭性问题 a.“气球为什么会被吹大？” “气球的大小与气球的硬度有什么关系？” b.“怎样抗击疟疾？” “疟疾在什么温度、湿度的条件下容易流行？” c.“我们应该怎样改善环境？”
水都能让马铃薯浮起来？ 4.在清水中加入其它能够溶解 的材料，马铃薯就能浮起来吗？
案例四
老师问：如果把物体放入水中，会出现什么现象？生： “有的物体在水中会沉下去，有的物体在水中会浮起 来。”师：“当你看到这种现象时想知道什么？”同学 们沉思片刻，渐渐地举起了小手，提出不少的问题：1.
铁为什么会沉下去？木块为什么会浮起来？2. 轮船是铁
师：今天我们就来研究水。如果让你研究水的话， 你都准备研究什么问题呢？ 生：我想研究水是怎样产生的，那些动物是不喝 水的。 生；我想研究水会不会给我们带来坏处。 生：以前我们上过“水”，有的同学说水是透明 的，当老师说透明的不一定是水，我想研究水到 底是不是透明的。 生；我想知道什么动物怕水？ 生：我想知道水能为人们做些什么？ 生：很多成语都用到水，还有说到知识，就把知 识说成知识的海洋。我想研究为什么要用水来形 容？
片，森林中生活着和睦相处的各种动物。学生看
到这中情景，提出了许许多多的问题：这些动物 的家在哪里？小兔和乌龟今天还赛跑吗？动物为 什么相互残杀？猎人来了，他们怎么办？为什么 青蛙跳入水中不会被淹死？……
案例三
老师：“老师面前有两杯同样多的水，两个大小不同的 马铃薯，当老师把马铃薯放入水中时，可能会出现什么
科学探究的过程是一个完整的过程，各环 节之间有着严密的逻辑关系 “科学探究”是指特定的经历科学探究的 过程，是学生初始概念向科学概念转化的 过程。经历的完整程度决定了形成概念的 质量。
2.程序技能训练
程序技能训练是对探究过程中某一个程序（环节）
的训练活动，这种活动不一定需要经历一个完整
“遇到不解和矛盾时自己提出来的”问题，提问者有一 种内驱力，希望自己能找到问题的答案，自己有解释自 己提出问题的欲望；老师所逼而提出的问题是那些脱离 了解释世界的目的，或是没有足够的活动或情景准备的，
或相对于学生的认知能力过分开放性的无的放矢的问题，
学生被逼提出的问题，没有自己探求答案的欲望，只是 希望别人帮助解答，这样的问题虽然有可能是科学性问 题，但不可能是一个可探究性问题。
现象？”同学们大胆提出了假设，但老师的实验出乎同
学的预料，大家纷纷自己动手实验，结果和老师的实验 一样。几个同学经过仔细观察，发现了其中的奥秘—— 其中一杯是盐水，于是产生了疑问：1.为什么马铃薯在 盐水中会浮起来？而在清水中就会沉下去？2. 在清水中
加入糖，马铃薯也能浮起来吗？3.为什么不是所有的盐

他的助手趕緊過來說：「這是被雜菌污染了，別再用它了，讓我倒掉它 吧。」弗萊明沒有馬上把這培養器交給助手，而是仔細觀察了一會兒。使 他感到驚奇的是：在青色黴菌的周圍，有一小圈空白的區域，原來生長的 葡萄狀球菌消失了。弗莱明想：为什么生长中的葡萄球菌会消失呢？（问 题）難道是這種青黴菌的分泌物把葡萄狀球菌殺滅了嗎？ （假设）


為了試驗青黴菌對葡萄狀球菌的殺滅能力有多大，（假说）弗萊 明把青黴菌培養液加水稀釋，先是一倍、兩倍……最後以八百倍水
稀釋，結果它對葡萄狀球菌和肺炎菌的殺滅能力仍然存在。這是當
時人類發現的最強有力的一種殺菌物質了。 （实验验证） 可是，這種青黴菌液體對動物是否有害呢？（假说）弗萊明小心
地把它注射進了兔子的血管，然後緊張地觀察他們的反應，結果發
教学设计中应该注意的问题 1.科学问题宜小不宜大，宜少不宜多
2. 让学生养成三思而后问的习惯 3. 善于倾听学生的提问
三、关于“猜想、假设与预测”
案例1
动物与环境
师：同学们，今天我们研究动物与环境 师提问：蚯蚓喜欢生活在什么样的环境中？（提 出问题） 师: 我们了来做一个实验，看一看蚯蚓喜欢生活 在什么样的环境中。 师出示了一个由干湿土壤铺成的纸盒，把蚯蚓放 入盒中，观察蚯蚓在土壤中的反应。（观察实验） 学生讨论观察到的现象，形成结论。（形成概念）
学生对录像产生航员在太空是怎样生活的？他们看太空是怎样的？有 什么样的感受？宇宙飞船是怎样起飞的？又是怎样返回 地面的？等等，通过这种情境的创设，学生的思路得到 了拓展，为探究天体运动的奥秘提出了许多探究性的问
题。
案例二
学习“动物怎样生活”前，老师播放了一段动画
尝试性解释 （可 尝试性解释（可 用经验解释 （理 用经验解释 （理 依 据 假 设 制 定 设计实验
科学课科学探究活动的重要特征：
1.科学探究的过程是一个完整的过程，各环节之
间有着严密的逻辑关系；
2.适宜探究的科学问题来源于观察和思考；
3.对适宜探究的科学问题提出基于初始经验的猜
想和假设（预测、推测）；
“不同颜色的池塘中，鱼的数量（或种类）有
什么不同？
它们的差异在于所包含的变量的个数。开放性问 题往往暗含有多个变量，封闭性问题不超过两个 变量。
开放性问题呈发散状，目标不确定，给学生的探 究带来困难；封闭性的问题往往指向明确，所含 的假说比较明显，学生比较容易把握。封闭性问 题有利于活动的设计、学具的选择，有利于学生 沿着假设所指引的、而不是教师规定的路径，顺 利地到达认知的彼岸。
現兔子安然無恙，沒有任何異常反應。這證明這種青黴菌液體沒有 毒性。（实验验证） １９２９年６月，弗萊明把他的發現寫成論文發表。他把這種青 黴菌分泌的殺菌物質稱為青黴素。（科学发现）
完成一项科学研究往往需要包括如下步骤：
提出问题（假说）——收集数据（观察、实
验）——分析数据资料——得出结论（证明或修
狀的細菌，存在很廣泛，危害也很大，傷口感染化膿，就是它在「作怪」。
弗萊明試驗了各種藥劑，力圖找到一種能殺它的理想藥品，但是一直沒有 成功。 弗萊明來到架子前，逐個檢查著培養器皿中細菌的變化。當他來到靠近
窗戶的一隻培養器前的時候，他皺起了眉頭，自言自語道：「唉，怎麼搞
的，竟然變成了這個樣子！」原來，這只貼有葡萄狀球菌的標籤的培養器 裡，所盛放的培養基發了霉，長出一團青色的霉花。 （观察）

想到這裡，弗萊明興奮地把它放到了顯微鏡下進行觀察。結果發現，青 黴菌附近的葡萄狀球菌已經全部死去，只留下一點枯影。他立即決定，把 青黴菌放進培養基中培養，然后把各种病菌分别放入繁殖起来的青霉素中 观察。（设计实验）

幾天後，青黴菌明顯繁殖起來。於是，弗萊明進行了試驗：用一根線蘸上
溶了水的葡萄狀球菌，放到青黴菌的培養器中，幾小時後，葡萄狀球菌全 部死亡。接著，他分別把帶有白喉菌、肺炎菌、鏈狀球菌、炭疽菌的線放 進去，這些細菌也很快死亡。但是放入帶有傷寒菌和大腸桿菌等的線，這 幾種細菌照樣繁殖。 （实验验证）
如皋市教育局教研室
汤晓明
一、关于“科学探究的过程与过程技能”
1.科学探究的过程
往常一樣，來到了實驗室。
青霉素的发现
１９２８年９月的一天早晨，英國倫敦聖瑪麗醫院的細菌學家弗萊明像 在實驗室裡一排排的架子上，整整齊齊排列著很多玻璃培養器皿，上面 分別貼著標籤寫著：鏈狀球菌、葡萄狀球菌、炭疽菌、大腸桿菌等。這些 都是有毒的細菌，弗萊明收集了它們，是在尋找一種能夠制服它們，把它 們培養成無毒細菌的方法。尤其是其中的一種在顯微鏡下看起來像葡萄球