发现·设计·执行·反思：基于项目化学习流程提升实验教学质量的路径
摘要：在实验教学中，变量分析扮演着核心角色，对培养学生的科学探究能力、批判性思维与问题解决能力有着重要作用。而“发现·设计·执行·反思”路径可为学生提供一个系统性学习科学原理和实验技能的框架，它包括主动探索、系统规划、实际操作、深度反思四个流程。具体实践中，教师需要根据学生的困惑，引导他们进行变量的识别、控制与分析，经历从实践到问题发现、以变量为核心自主建构实验方案、实施实验或项目、以变量为核心建构数据分析与结论等过程，逐渐深化对科学知识的理解，提升综合素养。
关键词：发现·设计·执行·反思；项目化学习；实验教学
在传统教学模式下，学生往往缺少参与实验设计的机会，并由于对实验目的理解不足和对变量控制认识不清，而难以自主设计实验方案。实际上，在实验教学中，变量分析扮演着核心角色。通过识别和操控变量来探究因果关系，可培养学生的科学探究能力；通过变量控制与分析，可帮助学生深入理解科学概念，培养批判性思维与问题解决能力。因此，笔者聚焦变量分析，根据项目化学习的流程（确定学习主题、设定具体问题、规划项目方案、执行实施方案，作品展示与反思总结），融合建构主义学习理论的核心元素，并借鉴陈沪军的研究［1］，提炼出实验教学的实施路径“发现·设计·执行·反思”（以下借用四个词的英文首字母，将其简称为“DDER路径”），下面先对这一路径作一概述，再以“探究水火箭射程实验”为例具体阐述。
一、DDER路径
DDER路径强调学生通过实际操作和反思来建构知识。
主动探索（发现Discover）：学生在教师的引导下，主动探索和提出问题。这一过程能激发学生的好奇心和学习动机。
系统规划（设计Design）：学生设计实验或项目，计划如何通过科学方法系统地探索问题，这包括变量的控制和预测可能的结果。
实际操作（执行Execute）：学生将理论应用于实践，通过实际操作来探究他们的假设。这有助于学生理解抽象概念及其具体应用。
深度反思（反思Reflect）：项目结束后，学生需要对整个学习过程进行反思，分析实验结果和个人表现，从而改进。
二、DDER路径在实验教学中的应用
在教学“探究水火箭射程实验”时，笔者根据学生的困惑，如不知哪些因素影响射程、不知如何设计实验来探究这些因素、不知如何利用这些变量得出有效的结论等，引导他们进行变量的识别、控制与分析，并基于DDER路径进行实践。
（一）主动探索（发现Discover）——从实践到问题发现
此环节的核心是让学生能主动探索。教师需要设计真实情境，激发学生的好奇心和探究欲望，促使他们主动参与到学习过程中，为后续的深入探究奠定基础。此环节可分解为五个步骤。
一是引入真实情境。通过与实验主题相关的视频、案例故事或现场演示，直观地展现问题情境，使学生能够直接感受到科学实验的趣味性和挑战性。这种方式有助于学生从生活经验中发现兴趣，产生好奇心。
二是提出驱动问题。通过提出开放式（驱动性）问题，引导学生观察、思考，并从现象中发现潜在的科学问题。这种互动可促使学生从具体实例中提炼出普遍原理。
三是小组讨论交流。学生在小组内讨论他们的观察和假设，并在班级内分享。这种讨论不仅能促进学生间的思想交流，还能帮助教师了解学生的思考过程，为后续学习活动提供调整方向。
四是明确学习目标。基于学生的讨论和问题，师生总结并明确本次探究的具体目标。
五是预设学习路径。师生共建可能的探究路径，如实验设计和数据分析方法，使学生对即将进行的探究活动有明确的预期和准备。
［引入真实情境］播放学生发射3级水火箭的视频（事先组织学生进行“水火箭飞行”比赛，并录制视频）。
［提出驱动问题］在学生具身体验了水火箭的发射、了解了水火箭飞行的原理后，笔者提出驱动问题：为什么大家的水火箭发射有远有近？以此引发学生的好奇心，促使学生观察、思考，从现象中发现潜在的科学问题。
［小组讨论交流］基于前期营造的学习情境，学生小组讨论，明确探究影响水火箭射程远近的因素，并提出可探究的科学问题：（1）水火箭射程远近与水量的多少有什么关系？（2）水火箭射程远近与发射角度有什么关系？（3）水火箭射程远近与气压有什么关系？（4）水火箭射程远近与气密性有什么关系？等等。
［明确学习目标］师生共同探讨，然后选择学生所提问题中的“水火箭射程远近与发射角度有什么关系”进行探究，明确探究的具体目标。
［预设学习路径］教师勾画出一个大致的预期和计划，师生共建探究路径，如实验设计和数据分析方法，使学生对即将进行的探究活动有明确的预期和准备。
通过水火箭比赛和视频展示，学生能直观体验科学原理在现实中的应用，感受科学探究的趣味性和挑战性。而引导学生基于亲身体验进行深入思考和讨论，可使其在小组讨论中共享观察和假设，促进思想交流，同时，这也有助于教师