现代学习理论认为:学习是个积极的过程,知识是构建的。这种构建是建立在个人先前已有的知识、经验基础上的,忽视这一点可能导致学习者的学习与教育者的意愿相左。了解学生已有知识的有效手段之一是所谓的K-W-L教学手段:K是指知道(What I know),W是指想知道(What I want to know),L 是指经过学习又学到了(What I learned)。上面描述的教学案例中,Ms. Good使用K-W-L 表了解到学生已经知道有关植物的一些概念,具备了进行有关探究活动的基础:植物需要水、阳光和空气,植物是如何生长和变化等知识;了解到学生还想知道植物没有阳光是否能生长;植物没有水是否能生长;除了水以外, 植物是否能用其它液体生长。最后,在这一阶段的学习后,学生们进一步学到了植物不仅需要水分,而且,当水中含有肥料时,植物生长比较好;有的液体会伤害植物;牛奶并不能使植物生长健壮。
现代学习理论还认为,学习是具有社会性的。知识总是在一定的社会情景下通过交流、协商、讨论而形成的,是建立在与别人合作并尊重别人的观点的基础上的。学生的学习受到他们周围的同伴、老师、父母的影响,而同伴的影响一般要比老师和父母的大。带有不同的思想、知识和技能的人在一起学习有助于大家的学习,有助于就某个知识或概念建立广泛深入的理解,小组共同学习要比个人的学习更有效, 能比个人解决更复杂的问题。该案例中的教师将学生分成五组,分别是盐水组、牛奶组、苏打水组、水组和肥料组,每组在实验前预测自己组的实验结果,并记录下来。学生以小组为单位进行探究活动,用展板通过照片和图表展示自己组的研究结果,并口头向全班作交流。
探究式科学学习倡导学生扮演主要的或重要的角色。研究表明,当学习内容是由学习者根据自己的意愿选择,而不是由外界要求或强加于他们时,学习者表现出更强烈的学习动机,会更积极地参与到学习过程。让学生提出自己的观点,而不是给出问题和答案,这样,使学生感到他们的观点和主意是有价值的并得到尊重,能积极地全力投入到寻找答案的活动中,形成自己的解释。在案例中,从提出问题到设计实验到得出自己的答案,学生们享有充分的自主权,极大地提高了学生的学习动机,促使学生积极主动地进行探究。
学生们提出了自己的探究问题:除了水以外, 植物是否能用其它液体生长。然后,他们讨论决定使用五种液体研究这个问题。学生们在老师的引导下设计实验,提出许多主意以确定实验结果是可以接受的,比如: 用健康的植物;植物得到同样的阳光;植物生长在同等量的土壤中;植物必须是同等大小;用汤勺测量每天浇多少液体;每天观察植物并记录下所看到的……学生们将实验结果记录在由老师根据学生的主意设计的表格中。最后,学生们通过探究得出自己的结论:当用水或含有肥料的水以外的液体浇灌时,植物将不能生长。
实施探究式教学要求老师创造合适的课堂环境和气氛,使学生通过积极参与各种活动寻求问题的答案,获得某个特定的科学知识,并获得科学研究的方法和对科学探究本质的理解。科学研究方法包括:鉴别和提出问题、预测和假设、设计并进行调研或实验、使用技术和数学等工具收集和分析数据和证据、提出并完善对问题的解释、以及与别人交流探究结果和进行以证据为基础的争辩。
在案例中,学生们提出了几个想探究的问题,在Ms. Good帮助下,通过讨论,根据材料的易得、安全、时间因素,确定了可以研究的问题:植物是否能用其它液体生长?学生们讨论并预测自己组的结果,认为:植物在牛奶中将生长健壮;在苏打水中植物将死亡;在盐水中将生存;植物在肥料水将生存并长大。然后,师生们讨论了有关控制量和变量的问题,如:用水浇的植物作为对照组,选择健康大小基本一致的植物,使用等量的土壤,同量的光照。学生们还决定用汤勺作工具测量使用的液体的量,以确保植物得到等量的液体。学生们每天把植物的高度、颜色、大小和整体状况记录在记录纸上,并给植物拍照。最后,学生们用展板,用图表和照片口头汇报了他们的结果。
在上述的探究学习过程中,学生们不仅获得和加深了对植物生长条件的认识以及学习使用探究方法,而且,对科学探究的本质特征有了一定的了解。比如:学生们用汤勺作工具以确保使用的液体是等量的,尽管,这种准确性不能和真正的科学研究相比,但学生们会懂得使用技术和工具有助于提高数据的准确性,有助于分析和量化研究结果。当学生们获得了结果并得出结论后,他们又讨论了应该用更多的植物和液体做实验以获得更多的数据支持他们的实验结果,学生们将会懂得要得出科学的结论常常需要更多的实验和证据,而不是一次实验就可以做到的。这个活动结束后,学生们决定继续照看存活下来的植物,他们想测试一个新的预测—浇肥水的植物在以后仍然会比浇自来水的生长好,这有助于帮助学生理解科学研究过程有时会产生新的想法或现象,或产生新的方法或程序有待进一步的研究,或发展新的技术从而改进数据的收集。
探究式教学要求对学生的学习评估多样化。从建构主义理论观点看,科学学习是一个过程,在这个过程中,学生们学习观察、推理、实验等科学探究的技能,发展对科学概念和科学探究本质的深入理解,形成与科学有关的积极的价值观和态度。传统的评价学生学习的方法,如:多项选择题、对错选择、简答题等,不适合用于评估学生的探究技能和对科学概念的深入理解,必须使用更广泛的方式来评价学生的高层次的认知能力,如:解决问题的能力、探究能力、交流能力等。
案例中的教师用了多种方式来评估学生的学习。她通过K-W-L表以及其它一系列问题,了解和评估学生的已有知识,帮助自己确定是否学生已具备进行有关探究所需要的知识。使用打分表评估学生的学习成果——展板和口头报告,从而获得有关教学效果的信息。把学生的研究记事日记作为评价依据,Ms. Good可以了解和评价学生在探究过程中取得的进展,了解学生在探究过程中的所做、所思、所想,随时调整自己的教学。Ms. Good还鼓励学生在评估方面的自主性,要求小组成员使用打分表对本组的合作能力进行打分。
通过上述案例介绍和分析,我们可以看到,Ms. Good创造了一个合适的探究式学习的环境,每个学生都积极主动地参与到探究的每一个环节。学生们自己提出并通过讨论提炼出适合探究的问题,预测探究结果,设计实验,收集数据并据此解释实验结果,展示和分享其研究成果,这些过程有助于学生们形成探究能力。学生们提出问题,愿意进行合作研究,愿意进一步研究的热情充分体现了学生们开始发展探究精神。
这个案例包含了完整的探究过程,需要指出的是,该案例仅仅是探究教学的一种方式,不能把它理解为是探究式教学的模式,更不能认为只有经历所有这些过程的教学才是探究式教学。科学探究有多种方法:有些涉及到观察和描述物体、有机体或事件;有的涉及到采集标本;有的需要做实验;有的涉及到寻找更多更新的证据;有的是发现新的物体和现象;有的是要制造模型。如果我们承认不同的科学问题可以通过不同的方法进行探究的话,那么,探究式教学也应该是多姿多彩的。学生的探究式学习既可以是科学探究方法全部六个基本要素的体验,也可以是某个或几个要素的结合。探究式教学中的多种方式不仅是不可避免的而且是必需的,任何单一的教学策略或学习经历都不可能使学生获得科学探究的能力和对科学探究的理解。