中小学科学教育的方法_教师如何进行科学

中小学科学教育的方法_教师如何进行科学

第二节　中小学科学教育的方法

一、中小学科学教育方法的实质和特征

什么是方法？“方法是在任何一个领域中的行为方式，是用来达到某种目的的手段的总和。它是人们认识、改造世界，所应用的方式和手段。人们认识和改造世界，必然要进行一系列的思维和实践活动，这些活动所采用的各种方式，统称为方法。”

方法问题历来被人们所重视，正如人们常说的一句话：“事必有法，然后可成。”毛泽东就曾经形象地把方法比作桥和船，指出：“不解决桥或船的问题，过河就是一句空话，不解决方法问题，任务也只是瞎说一通。”巴甫洛夫也曾深刻地指出：“科学是随着研究方法所获得的成就前进的。”

中小学科学教育方法的实质是什么？这是不论学科类课程还是活动类课程，都需要明确的一个重要问题。(www.guayunfan.com)

当我们根据现代科技发展的特点，研讨科学教育方法的时候，应该意识到科技教育的目的，不在于培养几个科技人才，不在于制作出几件科技作品，也不在于在各项竞赛中获得什么名次，其根本目的在于培养全体学生的科学技术素质。因为科学技术素质不仅对将来专门从事科技工作的学生是重要的，对其他将来从事各种行业工作的学生而言，在现代化社会里同样非常必要。

提出中小学生科技素质的根据是：

——现代科学技术高速度和综合化发展，对科学技术工作者乃至国民整体素质的要求；

——现代化社会对现代化人的基本要求；

——科学家、教育家、企业家对自己成功经验的总结，以及对卓越人物心理特征的研究。

我国著名科学家．中国科学院资深院士卢嘉锡曾经谈到科学家的“元素组成”是C3H3，指的是clear head（清楚的头脑）、cleverhands（灵巧的双手）、clean habit（洁静的习惯）。他说：“这是对科学工作者总要求的一个很好的总结，也是值得少年朋友们努力去追求的。”

原国际水稻研究所张德慈博士与中国进修生谈话，他在回答“一位科学家应当具备的素质和条件”的问题时提出：（1）兴趣与好奇心；（2）大胆想像；（3）真实客观；（4）观察敏锐；（5）聪明理智；（6）小心谨慎；（7）训练有素；（8）合乎情理；（9）精确诚实；（10）长期坚持。

前美国总统科技顾问基沃斯博士说，现代科技人才必须具备以下三个条件：（1）资质聪慧，富有才华；（2）有强烈的进取和探索精神；（3）有协作精神，以利于形成跨学科跨专业来解决问题的科技人员群体。

贝弗里奇在《科学研究的艺术》一书中谈到科学家的性格时指出：“研究人员在很多方面酷似开拓者。研究人员的品格；事业心和进取心：随时准备以自己的才智迎战并克服困难的精神状态；冒险精神；对现有知识和流行观念的不满足；以及急于试验自己判断力的迫切心情”，“也许，对于研究人员来说，最基本的两条品格是对科学的热爱和难以满足的好奇心。”“聪明的资质、内在的干劲、勤奋的工作态度和坚忍不拔的精神，这些都是科学研究的成功所需要的其他条件。科学家还须具备想像力，这样才能想像出肉眼观测不到的事物如何发生，如何作用，并构思出假说。”

杨振宁在谈到创造性研究的条件时说：“我认为有三个条件，即直观能力强、有耐心和信心。”

美国哈佛大学国际事务研究中心提出现代化的人的素质的九个方面：

（1）愿意接受新事物，思想上较倾向于革新和变化；

（2）乐于发表见解，也比较民主，对各种意见有思想准备，以为是自然的，不必加以提防；

（3）时间观念强，准时、守时；

（4）对人本身的能力较有信心；

（5）计划性较强，办事讲程序；

（6）普遍的信任感，对周围世界和其他人有较多的信任；

（7）信奉并愿意遵循“公平待人”原则；

（8）对新式教育感兴趣；

（9）比较尊重他人。

法国学者德雅克·塞尔旺——施顿贝尔在他的著名的《世界面临挑战》一书中写道：“智慧比知识更有力量。”这是我们时代的哲学基础之一。他说，信息是平列的。知识是组合起来有深浅之分的，而智慧是有生命的，并且是灵活的。现代科技的发展提出了这样的要求，即要求人们有一种能驾驭科学的智慧。

物理学家劳厄更有一句名言：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力。教育给予人们的无非是一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下来的东西。”

“剩下来的东西”是什么？我们说，就是科学素质！这就是科学教育目的的实质所在！

中小学科技教育方法有哪些基本特征呢？

1．显化科学方法

在各类课程教学中进行科技教育。都要以科学方法为主线。讲、读、练、做都要显化科学方法，把科学方法提高到与科学知识等同的地位。

2．教学目标明确

科技教育方法是实现科学教育目标的手段．即培养学生的科技素质是根本目标。当然，具体的过程和内容要求有相应的具体目标，因此教育方法既要着眼于根本目标，同时要服务于具体目标。

3．体现共同参与

科学教育方法是由师生共同进行的。教师是导演，在一定情况下学生也会成为导演。学生是活动的主角和主体，是参与者、合作者和发明创造者。

4．注重综合施教

科技教育方法应当是一系列教学方式的综合。教学方式的有机综合，充满情趣和活力，有助于调动学生非智力因素的积极作用，提高教学成效。比如谈话法的方式，教师提问的方式，学生阅读、观察、实验的方式等，都宜有机综合，避免生硬、死板。

5．过程就是方法

要重视科学教育过程各环节的分析和研究，不断实现教与学的统一，在过程中实现教法与学法的相互转化。

二、中小学常用的科学教育方法

中小学科学教育方法必须体现现代教育思想，借鉴科技研究方法。目前科学教育常用的方法有以下几种：

1．发现法

发现法也叫“假设法”、“探究法”、“解决问题法”、“引导发现法”等。它的含义是：学生在教师的指导下，像科学家发现真理一样，通过自己的探究和学习，主动发现事物变化的起因和内部联系。从中找出规律，在这个过程中体验发现知识的理智感和完成任务的胜利感。布鲁纳认为，发现的过程就是一种学习方法，通常称为发现学习。发现并无高深莫测之意。布鲁纳说：“发现不限于寻求人类尚未知晓的事物，确切地说，它包括用自己的头脑亲自获得知识的一切方法。”

布鲁纳非常重视人的主动性。他一再告诫，不要把人当作被动的接受者，认为学习只是一连串“刺激反应”的连结。要把人当作主动参加知识获得过程的人。不论是理解一个连接式还是掌握一个概念，不论是分析解决一个问题还是发明一个科学理论，都是一个主动过程。人的认识过程正是通过主动地把进入感官的事物进行选择、转换、储存和应用，才得以向环境学习，适应乃至改造环境的。因此，布鲁纳要求把初步的态度和启发的方法传授给学生，便成为提倡发现学习的逻辑必然了。

在科学教育中运用发现法主要目的是充分发挥学生在学习过程中的主体作用：让学生探索性地追求知识、掌握知识，培养学生的观察能力、思维能力、自学能力和实际操作能力。

在科学教育中运用发现法一般需要解决好以下问题：

（1）精心设计发现学习程序

发现法要求学生通过发现的步骤而进行学习。布鲁纳所说的发现，是将原发现过程从教学角度加以编制，使其成为学生能够步步前进的学习途径。这种过程设计应当创设问题情境。准备提出哪些问题，怎样提出问题，学生可能会如何思考问题，并用自己的头脑发现问题、掌握技能等，都要进行周密安排。要设法激发学生兴趣，增强发现信心，提高进行探索的勇气．促使他们形成以小发明家、小科学家的身份，向新世界挑战的心理状态。

（2）把培养学生的探究思维能力作为运用发现法教学的基本目标

其培养过程应包括三个环节：①引起学习兴趣，形成探究动机；②洞察、展望、分析、比较，提出假说进行选择思维（岔道思维）；③从事操作，验证假说。有的学者还把运用发现法的基本过程划分为四个阶段，就是带着问题观察事物、树立假说、上升概念，转化为活的能力。

（3）必须以基本教材为内容

现行学科类课程教材和活动类课程教材，在编选科学教育素材上，对于发现法理论与实践。均有具体的体现。依据教学大纲，用好教材内容，以简驭繁，集中反映人类历史结晶和当代科技成果，符合发现法经济效益。

（4）发现法不是万能的

基本的基础知识不可避免地要传授给学生……只有一部分精心地、有根据地挑选的知识和活动方式才是问题教学的对象。实践证明．发现法确是发展学生聪明才智的好方法，但不可一味使用。布鲁纳自己也承认，“一个学生不能只凭发现法学习，就如一个发明家不是一天到晚都在搞发明一样。”我国俗语说得好，“好花要有绿叶衬”，“万紫千红总是春”。要把发现法和其他方法配合使用，才能发挥其良好效果。同时学生的个体思维能力差异客观存在，思维有快有慢．胆识有大有小，信心有足与不足，也制约了发现法的普遍使用。

2．创造性探讨法

创造性探讨法又称创造性探讨教学模式。美国的威廉姆斯、帕尼斯、泰勒等学者都提出了创造性探讨法。

创造性探讨法的操作程序强调：发问—思考探讨—创造这样一条主线索。因此，教法本身就要突出创造性和探讨性。

创造性教学需要对科学教育的内容从以下四个方面加以认识：

A．对不对？（判断性思考）

呈现思考的情景或问题．并给学生充分思考的时间，提出设想；

B．是什么？（叙述性思考）

提供一个分享、修改、完善的环境，提供讨论酝酿的时间，允许并支持争论问题；

C．为什么？（叙理性思考）

让学生分享新的设想，并选择最好的解决问题的方法；

D．还有什么？（扩散性思考）

让学生选择有独创性的解决方法，把选定的方法付诸实施。

过程即方法。不论是一节课、一个单元。还是一次活动，创造性探讨法在运用时一般要经历五个阶段：

第一阶段：把握问题。

教学目标：培养好奇心、进取心和关注意识。

教学策略：激起学生疑惑与矛盾感；

明确提示问题的重点；

提示分析问题的方法；

使学生能顺利进入问题的核心。

第二阶段：推论。

教学目标：培养逻辑推理能力。训练运用综合性的科学方法。

教学策略：给予学生多方面思考的发问（教师要给予暗示）；

给予学生以机会做预测、假设或推论；

重视逻辑思考；

鼓励扩散式的思考，支持争论；

集思广益，建立具有决定性的雏形架构。

第三阶段：设计验证。

教学目标：培养创造思考力，辅导学生计划如何做好验证工作。

教学策略：指示验证的必要条件；

自由设计实验；

指示有效的实验器材范围；

注意条件的控制和发问技巧。

第四阶段：解释。

教学目标：培养批判性思考；培养客观的科学态度。

教学策略：辅导建立正确的科学观念；

重视检讨解释结果的发问。

第五阶段：发展推广。

教学目标：应用原理或新概念（方法）于日常生活之中。

教学策略：提示有效应用场合的发问；

提示分析问题重点的发问：

辅导认识新问题的发问。

与教师的创造性探讨法教学同步，学生应及时进入“角色”，参与创造性的学习过程：

A．温故知新，使每位学生都尽可能参与思考；

B．勇于参与讨论或争论，自由大胆发表意见，发挥进取心，不甘人后；

C．发挥合作精神，注意聆听并综合他人意见，及时整理与归纳发表的内容；

D．自己建立科学概念，勤于实践，在探讨中追求创造。

总之，创造性探讨法的教学本身不是目的，而只是一个过程，其最终目的是通过对问题探究的过程，发现新问题。寻求新方法。

3．角色扮演法

角色扮演就是用演出的方法来组织开展教学。要运用小品、短剧或实况模拟等形式．寓科学教育于表演过程中，把科学性、知识性、趣味性巧妙地结合起来，使教学过程生活化、艺术化，使学生在角色扮演和角色交往中．学习科学知识，激发科学兴趣。

（1）角色扮演法的适用条件与教学准备

①内容。角色扮演包含着两个或更多人物的相互作用，所以比较适用的内容涉及有关科学教育与技术与社会（包括与人）之间的关系的一些问题，如环境问题、人口问题、能源问题等。角色扮演能够用于判断人与人之间关系的情境，以便确定一定的技能所适合的那些情况。

在练习准备时，表演步骤必须清楚地加以解释，要向学生讲解或提供他们尚不熟悉的科学背景。

②学生。角色扮演法使学生成为教学活动的中心，因此，对他们将要扮演的角色，师生需要共同策划，从学生个性、能力、表现才能等方面加以仔细选择。要让扮演者十分投入自己所承担的角色，要有足够的时间查阅资料、调查访问等熟悉角色，并加以认真排练。如果引导学生能对承担的角色作一番研究，领会角色位置，角色所起的作用，角色反映的科学意义等，效果将会更好。因为表演过程实际上也是“温故而知新”的过程，同时有利于学生个性的充分发挥和发展。

③教师。教师既是“编剧”，又是“导演”。教师需要比较熟悉并掌握科学教育的内容，善于把理论问题转化为日常生活问题，或把日常问题升华为理论问题，并且努力设计活动情节，这样教师容易取得好的教学效果。

教师要指导学生扮演角色，及时提醒并灵活解决角色扮演中出现的问题，但必须注意避免对学生起支配作用，要放手让他们去体验角色，创造氛围。

④环境。角色扮演法的中心任务是完成科学教育目标，一般不需要专门的演出场所。对教室、活动室或者室外适宜的环境，合理布置即可。灵活安排观众座位，呈半圆形或圆形布局，留出中间较大的空间作为演出现场，就是比较现实的一种安排。

（2）角色扮演常用模式

①换位模式。在角色扮演时，表演者暂时放弃自我，扮演他人角色，比如扮演某科学家、某历史人物，或扮演虚构的某工程师、某政府官员等，使学生从被扮演者的角度去讲话、思考和行动，从中体验感情、发现问题，提高自身的科技素质。

②易境模式。扮演者以自我出现，但变换一下所处的环境，比如进入某专业实验室，来到自然保护区，考察某社区的环境问题等。在这种条件下，角色扮演者可以创设特定环境，演示特定的现象（实验），引导其他学生同时进入环境，学习或练习专门知识与技术，学会分析问题与解决问题。

4．实验教育法

实验法是进行科技教育的基本方法之一，是培养学生实事求是、探索创新的科学精神的重要手段。

任何科学实验都要涉及指导实验进行的科学理论，作好研究工作物质基础的实验设备和进行实验的操作技术等三个方面。开展科学教育．进行实验教学活动，同样要注意这三个方面。

（1）科技实验要以科技理论为基础

中小学科学教育涉及的实验项目，尽管多是初步的，但都是在一定科学理论指导下的有目的的科学实践活动。实验内容大体有三种情况：验证科学知识，探索科学道理和总结科学规律。显然，科学理论的指导作用是非常重要的。

要以学生已有的知识理论作为实验选题的基础。这里所说的已有的知识理论既有学科类课程和活动类课程提供的，还包括学生在家庭社会科技活动中获得的科技知识理论。而实验选题则应是教材中确定的实验课题，以及根据中小学生的生活和学习实际，选定的实验课题。

实验的构思、设计和操作一定要科学。中小学生知识经验不足、理论准备欠缺，且思想活跃、思维能力弱、容易鲁莽从事，这就要求对他们进行的各项科技实验都要加强指导，要通过讲解、讨论和示范，引导学生明确理论依据，分析实验过程中的基本因素与干扰因素，同时要强调把安全放在第一位，确保实验教学的顺利成功。

（2）对实验技术的培养要从难要求

无论进行哪种实验，都需要学生操作仪器设备，通过观察取得结果。仪器设备固然重要，但决定的条件却是学生操作技术的准确与熟练。

对于每一个科技实验教学过程，首先要求学生必须熟悉器材设备的性能、使用方法和安全注意事项，关键元器件要事前进行校验，一切准备就绪才能开始实验；其次在实验过程中必须严格按照技术要求操作，宁可慢些也要保证质量，必须达到一定的标准，切不可敷衍塞责。这不仅是具体实验操作的问题，而且关系到培养学生的科学态度和熟练掌握操作技能，提高实验能力这样一些科学素质的大事。要使学生懂得，掌握实验操作技术是科技教育的目的之一。在实验过程中。教师要加强指导与检查，保证学生的操作都能达到合格的要求。

（3）加强对实验观察的指导

从一定意义上讲，实验的目的是为了提供更多、更理想的观察机会，以便于人们更深刻的认识自然。观察可以分为两种情况：一是自发观察或被动观察；二是诱发观察或主动观察，即有意识地进行的观察。科学实验的观察都属于后一种情况。然而由于中小学生心理、生理特点所决定，诱发观察即主动观察是他们的弱点。

针对中小学生主动观察弱的特点，就要对实验内容界定范围，引导他们把注意力放在选定的范围之内，以此确定观察重点。对实验中出现的短暂的现象，必要时应进行重复，并做全面细致的记录；有条件的可以借助于拍照、录像等辅助手段来进行。

同时，也要利用中小学生视觉敏锐、思维活跃、被动观察占优势的特点，引发他们对正在进行着的实验的兴趣，聚精会神地注视各种细节，注意发现意料之外的现象，做出创造性的观察。教师列举科学史上许多重大的偶然发现的案例，对学生会产生相当的感染力。

5．模拟创造法

根据科学教育内容要求，向学生提供必要的工具和材料，指导学生运用已掌握的科学知识和技能，按照自己的意愿和想像，独立或协作完成某种科技作品（模型、实物、论文、图形），即模拟创造法。

运用模拟创造法开展教学活动，既能激发学生的学习热情和积极性，锻炼和提高他们的思维能力、想像能力和动手能力，又能够通过模拟创造的全过程，全面检验考核学生智力因素和非智力因素的发展水平。

模拟创造法教学的出发点和落脚点都应该是“创造”。在教学过程中，教师要坚持教育学生敢于想、善于想、勇于实干；要多欣赏，勤鼓励，耐心帮助学生。在任何情况下都没有理由伤害学生纯真的心灵和创造热情。

（1）引导学生敢于想、善于想，训练创造性思维

创造工程学创始人、美国的奥斯本首先提倡。并身体力行闻名于世的“一日一设想”思维训练方法，是一种开拓创造性思维的基本功训练方法。“一日一设想”，即要求学生认真建立每天都有一项（或一项以上）创造性设想的自我目标，并准备好随时备用的专用记录本，以便及时把想法记下来，逐步养成天天创造的良好习惯。要让学生了解，实际上每个人每天每时都可能有创造灵感发生，可贵的是要依自身特点及时把握。比如科学家皮埃尔·居里是在小树林里散步时最愿动脑筋；美籍科学家杨振宁博士则自称每天早上刷牙时灵感最多；而日本的现代发明大王中松义郎则惯于在安静的房间里边听轻音乐边思考问题，他已经取得了2000多项专利，等等。

模拟创造的思路往往起始于直觉。上海市创造学工作者许立言、张福奎为青少年制订的“聪明的办法12条”，给出了善于设想的思路。

①加一加。可在这件东西上添加些什么吗？需要加上更多时间或次数吗？把它加高一些，加厚一些，行不行？把这件东西跟其他东西组合在一起。会有什么结果？

②减一减。可在这件东西上减去些什么吗？可以减少些时间或次数吗？把它降低一些减轻一些，行不行？可省略、取消什么吗？

③扩一扩。使这件东西放大、扩展．会怎么样呢？

④缩一缩。使这件东西压缩、缩小会怎么样呢？

⑤变一变。改变一下形状、颜色、音响、味道、气味，会怎么样？改变一下顺序会怎么样？

⑥改一改。这件东西还存在什么缺点？还有什么不足之处需要加以改进吗？它在使用时是不是给人带来不便和麻烦？

⑦联一联。某个事物的结果跟它的起因有什么联系？能从中找到解决问题的办法吗？把某些东西或事情联系起来能帮我们达到什么目的吗？

⑧学一学。有什么事物可以模仿、学习一下吗？模仿它的形状、结构会有什么结果？学习它的原理、技术又会有什么结果？

⑨代一代。有什么东西能代替另一样东西吗？如果代之以另一种材料、零件、方法等行不行？

⑩搬一搬。把这件东西搬到别处还能有别的用处吗？这个想法、道理、技术搬到别处也能用得上吗？

〇11反一反。如果把一件东西、一个事物的正反、上下、左右、前后、横竖、里外各颠倒一下，会有什么结果？

〇12定一定。为了解决某一问题或改进某一件东西，为了提高效率和防止事故，需要制订些什么标准吗？

（2）要鼓励学生不怕困难，勇于实干

模拟创造必然要碰到问题，遇上困难。教师的重要任务是要不断鼓励学生不怕困难，勇于实干。要指导学生学习把信带给加西亚的人。

《把信带给加西亚的人》是一篇以多种文字广泛流传于世界各国，总印数超过亿份的短文章，全文仅300余字，现将全文抄录如下：

“某次战争时期，一个组织必须与远在他国的反抗军首领加西亚取得联系，但没人知道加西亚的确切地点与情况。有人推荐罗文，说他有办法找到这远在异国做地下活动、从不相识的加西亚。他们找来罗文，交给他仅写着加西亚亲收的信。罗文把信藏在油布口袋中贴在胸口，什么也没问便向他国划着小船出发了。他穿过森林，历尽危机，把信交给了加西亚。三星期后回来了。

而有些人接到任务后，往往会提出各种各样的问题。比如要某人到百科全书中去查一个人名，他就会满脸疑惑地提问：‘它是谁啊？’‘哪套百科全书？’‘哪有百科全书？’‘这是我的工作吗？’‘急不急？’‘你为何要查他？’等等，当你回答了这些问题，他会去找别人帮他查找，然后回来告诉你：根本查不到。

把信带给加西亚的人无论何时都会努力工作，接受任务后不会提出各种愚蠢的问题，而会不顾一切地把它完成。世界上急需这种人才，这种能够把信带给加西亚的人。”

这篇短文说明，真正的创造者必须是能够“把信带给加西亚的人。”什么都喜欢强调客观，只说不干的人，是不可能取得创造的成功的。