課堂視角下的科學(xué)方法教育

蔣晨曉

【摘 要】“牛頓第一定律”蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)方法內(nèi)容，是進(jìn)行科學(xué)方法教育的典型題材。本文在教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施中，探索了在初中科學(xué)教學(xué)中如何抓住典型題材，在教學(xué)過(guò)程中有效滲透了科學(xué)方法教育。以此引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】初中科學(xué) 課堂視角 科學(xué)方法教育 牛頓第一

【中圖分類(lèi)號(hào)】G301 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）36-0152-02

引言

《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（教育部，2012）指出：初中科學(xué)課程是以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的課程，科學(xué)素養(yǎng)包含了多方面的內(nèi)容，一般指了解必要的科學(xué)技術(shù)知識(shí)，掌握基本的科學(xué)方法，樹(shù)立科學(xué)思想，崇尚科學(xué)精神，并應(yīng)用他們處理實(shí)際問(wèn)題、參與公共事務(wù)的能力?？梢?jiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生掌握基本的科學(xué)方法，并能將這些方法遷移到自己的生活中。

目前科學(xué)課程重視科學(xué)方法的教育在觀念上有了改變，但在教學(xué)實(shí)踐上依然沒(méi)有發(fā)生大的變化，而在課堂視角下的科學(xué)方法教育為科學(xué)方法教育落到實(shí)處提供一種可能：從學(xué)習(xí)活動(dòng)與學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)著手，突出并顯化科學(xué)方法教育。科學(xué)方法融于具體的知識(shí)的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，只有把認(rèn)識(shí)知識(shí)的過(guò)程充分而又不適時(shí)機(jī)地展現(xiàn)出來(lái)，我們的學(xué)生才會(huì)看到了科學(xué)問(wèn)題是怎樣提出來(lái)的，從什么角度、用什么方法去解決， 從而領(lǐng)悟和掌握科學(xué)研究的方法。這就要求我們?cè)谥R(shí)的教學(xué)中，認(rèn)真挖掘教材中的科學(xué)方法，按照科學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)以及學(xué)生認(rèn)知規(guī)律和特征合理的設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程和教學(xué)方案，顯化和滲透科學(xué)方法教育。這樣學(xué)生在收獲知識(shí)的同時(shí)，提高了科學(xué)探究能力和科學(xué)素養(yǎng)的目的。

本文將以七年級(jí)下冊(cè)第三章第四節(jié)《牛頓第一定律》第一課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容為例，探索如何進(jìn)行基于科學(xué)方法教育的課堂教學(xué)。

一、教與學(xué)的活動(dòng)設(shè)計(jì)

[導(dǎo)入]讓學(xué)生用力推動(dòng)課桌上的科學(xué)課本，提醒學(xué)生注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

[設(shè)計(jì)意圖]利用生活與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入新課，通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)將亞里士多德思想的由來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生的思維提供思考的對(duì)象和起點(diǎn)。觀察作為一種科學(xué)方法， 需要在教學(xué)中認(rèn)真培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)觀察什么？ 讓學(xué)生來(lái)描述觀察到的現(xiàn)象：科學(xué)課本從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，手停止施力，科學(xué)課本從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)停下來(lái)。

問(wèn)題1：在課桌上放一個(gè)科學(xué)課本，使它處于靜止?fàn)顟B(tài).施加適當(dāng)推力使科學(xué)課本整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，推力起到了什么作用？

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察發(fā)現(xiàn)：給課本施加適當(dāng)推力能夠使其運(yùn)動(dòng)起來(lái)，停止施力課本又處于靜止?fàn)顟B(tài)。以此學(xué)生就會(huì)想到力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。

[設(shè)計(jì)意圖]讓學(xué)生使課本運(yùn)動(dòng)起來(lái)，引導(dǎo)其得到“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”。然后用亞里士多德的觀點(diǎn)加以肯定，讓學(xué)生錯(cuò)誤的前概念在這樣的教學(xué)情境下一覽無(wú)余。

問(wèn)題2：將課本換成小車(chē)，對(duì)小車(chē)施加推力后馬上撤去推力，小車(chē)沒(méi)有立即停止，但是小車(chē)最終還是停了下來(lái)，小車(chē)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，觀察推力起到了什么作用？與問(wèn)題1中的現(xiàn)象有什么不同？

[設(shè)計(jì)意圖]觀察法是初中學(xué)生要掌握的一種重要的科學(xué)方法，也是大量存在日常教學(xué)中，但往往我們老師覺(jué)得太常見(jiàn)了，很多時(shí)候總是認(rèn)為學(xué)生應(yīng)該會(huì)，忽視了對(duì)觀察方法的進(jìn)一步指導(dǎo)，如觀察時(shí)要有好奇心，要對(duì)矛盾產(chǎn)生警覺(jué)等。本情景中要讓學(xué)生知道為何觀察？ 明確觀察點(diǎn)， 從對(duì)比觀察中提出思考的問(wèn)題。

[學(xué)生活動(dòng)] 小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，后來(lái)又停下。

[追問(wèn)]：既然說(shuō)力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，那么小車(chē)離開(kāi)手后，沒(méi)有了手的推力的作用為什么還會(huì)運(yùn)動(dòng)？

學(xué)生：（學(xué)生沉默）

[追問(wèn)] 小車(chē)又為什么會(huì)停下來(lái)？

[學(xué)生活動(dòng)] 有阻力的作用。

（學(xué)生思考分析：根據(jù)學(xué)生以前學(xué)過(guò)的知識(shí)得出另一個(gè)結(jié)論——力能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。）

[追問(wèn)] 那么整個(gè)過(guò)程中，力到底發(fā)揮什么作用呢？運(yùn)動(dòng)和力有什么樣的關(guān)系呢？

[學(xué)生活動(dòng)] （沉默或小聲議論）

[設(shè)計(jì)意圖]讓學(xué)生意識(shí)到“力并不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”，并利用伽利略和亞里士多德的關(guān)于“力與運(yùn)動(dòng)”的爭(zhēng)端，使“認(rèn)知沖突”進(jìn)一步升華，讓學(xué)生在強(qiáng)烈的矛盾中碰撞出思維的火花。

[引導(dǎo)] 研究一個(gè)事物的作用，簡(jiǎn)單的方法就是：把一個(gè)事物去掉，然后觀察會(huì)怎樣。如要認(rèn)識(shí)汽車(chē)對(duì)生活的作用，設(shè)想沒(méi)有汽車(chē)的生活將會(huì)怎樣，同理要看力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的作用，就看物體沒(méi)有受到力時(shí)會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)。

[設(shè)計(jì)意圖]經(jīng)驗(yàn)表明，學(xué)生初遇一個(gè)問(wèn)題或結(jié)論時(shí)，有時(shí)不一定能馬上理解，但在有類(lèi)似的例子進(jìn)行“ 互解”的情況下，則更容易接受。舉“汽車(chē)對(duì)生活的作用”的例子就是為了與物體運(yùn)動(dòng)中力的作用互解，達(dá)到對(duì)研究物體運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系轉(zhuǎn)化為沒(méi)有力時(shí)，物體是怎樣運(yùn)動(dòng)的目的。教學(xué)中也可以告訴學(xué)生用科學(xué)方法的類(lèi)比法，讓學(xué)生體會(huì)到類(lèi)比法的運(yùn)用就是將熟悉問(wèn)題的能力遷移到新的情景中來(lái)。

[追問(wèn)] 那么物體不受力作用時(shí)，做什么運(yùn)動(dòng)呢？如何研究物體不受力作用時(shí)，將做什么運(yùn)動(dòng)？物體不受力的環(huán)境在自然界中又不存在？我們應(yīng)當(dāng)如何去研究呢？

[學(xué)生活動(dòng)] （思考中）

[引導(dǎo)] 回憶下“真空不能傳聲”這一結(jié)論是通過(guò)怎樣的一個(gè)實(shí)驗(yàn)得出的？采用了什么方法？

[學(xué)生回憶](méi) 將一個(gè)正在發(fā)聲的鬧鈴放在一個(gè)密封的容器中，用抽氣機(jī)不斷往外抽氣，邊抽氣邊聽(tīng)容器中鬧鈴發(fā)出的聲音變化，會(huì)發(fā)現(xiàn)鈴聲越來(lái)越小，最后幾乎聽(tīng)不見(jiàn)聲音，推理出如果是真空狀態(tài)就沒(méi)有聲音傳出來(lái)了。因此，“真空不能傳聲”這一結(jié)論是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)推理得到的。

[引導(dǎo)] 通過(guò)剛才這位同學(xué)的回答，對(duì)大家有什么啟發(fā)？

[設(shè)計(jì)意圖]教師起主導(dǎo)的作用，讓學(xué)生回憶“真空不能傳聲”這一結(jié)論得出所做的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)類(lèi)比引導(dǎo)，即能為學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決新的問(wèn)題提供思路，教師同時(shí)也指明在本節(jié)課前面出現(xiàn)過(guò)的類(lèi)比遷移科學(xué)方法再次得到運(yùn)用，也為下面的理想實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)作科學(xué)方法上的鋪墊。

[引導(dǎo)] 學(xué)生得出：當(dāng)運(yùn)動(dòng)的小車(chē)受到的阻力越來(lái)越小，觀察其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，最后推理得出物體不受力時(shí)，小車(chē)將做什么運(yùn)動(dòng)。

[設(shè)計(jì)意圖]學(xué)生的思維得到一步步的引導(dǎo)，教師起到學(xué)生知識(shí)建構(gòu)的引導(dǎo)者的作用，而非知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的傳授者。

[提問(wèn)] 要研究阻力對(duì)運(yùn)動(dòng)小車(chē)的影響，我們要控制小車(chē)在受到不同阻力前具有相同的速度，那么怎樣使運(yùn)動(dòng)的小車(chē)在受到不同阻力時(shí)具有相同的速度呢？怎樣給運(yùn)動(dòng)的小車(chē)施加由大到小的阻力呢？（學(xué)生討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案）

[學(xué)生活動(dòng)] 讓小車(chē)每次都從斜面的同一高度滑下。

[學(xué)生活動(dòng)] 讓小車(chē)受到的阻力這一因素發(fā)生變化，就需讓小車(chē)在粗糙程度不同的平面上運(yùn)動(dòng)。

[設(shè)計(jì)意圖]教師一步步的引導(dǎo)，幫助學(xué)生找到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的突破口，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，充分發(fā)揮學(xué)生的潛能。

教師通過(guò)課件以問(wèn)題的形式，引導(dǎo)學(xué)生積極思考實(shí)驗(yàn)探究的的方法：應(yīng)控制什么，改變什么，觀察什么；應(yīng)如何控制，如何改變，如何觀察；明確探究思路，展示設(shè)計(jì)方案。教師點(diǎn)拔，通過(guò)制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，讓學(xué)生掌握科學(xué)探究方法，具有控制變量的意識(shí)，發(fā)展學(xué)生初步的科學(xué)探究能力。

實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)

首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)分工，一人操作一人觀察，記錄；然后讓學(xué)生按照設(shè)計(jì)的探究方案，分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師巡回指導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的合作競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

各小組實(shí)驗(yàn)，并列表記錄數(shù)據(jù).

實(shí)驗(yàn)序號(hào) ① ② ③

水平部分材料 毛巾 棉布 木板

小車(chē)所受阻力情況 大 較大 小

小車(chē)運(yùn)動(dòng)路程/米 短 較長(zhǎng) 最長(zhǎng)

速度減小得快慢 快 較快 慢

[設(shè)計(jì)意圖]對(duì)于教材中的表格，教師只要指出表格法是對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的一種科學(xué)方法，通過(guò)運(yùn)用表格法可以將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變得更加清晰。

為了更好的培養(yǎng)學(xué)生的想象力，我們應(yīng)當(dāng)充分利用教材中的實(shí)驗(yàn)，使看不見(jiàn)的“推理”得到可視化的呈現(xiàn)。（圖形通過(guò)板書(shū)的形式呈現(xiàn)出來(lái)）

[設(shè)計(jì)意圖]利用圖形的方式呈現(xiàn)科學(xué)情景分析，圖示的科學(xué)方法使學(xué)生得到較好的領(lǐng)悟。這樣課堂教學(xué)可以讓學(xué)生領(lǐng)略到科學(xué)學(xué)習(xí)中應(yīng)用邏輯與直觀、抽象與形象相結(jié)合的理想化論證方法。

分析推論： 從實(shí)驗(yàn)中看出運(yùn)動(dòng)物體受到的阻力越小， 它的速度減小得就越慢， 它運(yùn)動(dòng)的時(shí)間就越長(zhǎng)。進(jìn)一步推理得出：在理想的情況下， 如果表面絕對(duì)光滑。物體受到的阻力為零， 它的速度將保持不變， 從而概括得出牛頓第一定律。

教師敘述：英國(guó)科學(xué)家牛頓總結(jié)了伽利略等人的研究成果，概括出一條重要的科學(xué)定律：一切物體在沒(méi)有受到力的作用時(shí)，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線(xiàn)狀態(tài)。強(qiáng)調(diào)：牛頓第一定律研究的對(duì)象是“一切物體”，前提是“物體不受力的作用”，結(jié)果是：原來(lái)靜止的繼續(xù)靜止，原來(lái)運(yùn)動(dòng)的將做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)研究過(guò)程中，伽利略創(chuàng)造性地提出和應(yīng)用了理想實(shí)驗(yàn)這種理想化方法。伽利略理想實(shí)驗(yàn)是不能在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，但是它反映了一種科學(xué)思想，并不是憑空臆想，而是建立在可靠事實(shí)基礎(chǔ)之上的，以事實(shí)為依據(jù)，以科學(xué)抽象為方法，抓住主要因素，忽略次要因素，從而深刻地揭示了自然規(guī)律。

課堂小結(jié)：引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)

1. 牛頓第一定律等知識(shí)。2.在科學(xué)知識(shí)方面你有哪些收獲？存在哪些疑惑？3.在科學(xué)方法的學(xué)習(xí)運(yùn)用上你又有哪些收獲？

師生活動(dòng)學(xué)生討論交流。

[設(shè)計(jì)意圖] 學(xué)生在經(jīng)歷相關(guān)體驗(yàn)、思考、實(shí)驗(yàn)等學(xué)習(xí)活動(dòng)后，是否了解科學(xué)的基本思想和方法？ 能否嘗試?yán)每茖W(xué)方法來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題？是否有初步的分析、解決問(wèn)題的能力？通過(guò)全面總結(jié)本課知識(shí)和運(yùn)用到的科學(xué)方法：觀察法、表格法、解釋法、類(lèi)比法、推理法、控制變量法、理想實(shí)驗(yàn)法等科學(xué)方法，讓學(xué)生在知識(shí)與科學(xué)方法上的收獲展開(kāi)討論，使它們內(nèi)化成學(xué)生的能力。

二、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的案例分析，得出基于科學(xué)方法教育的科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)教學(xué)是十分有益的。本文中科學(xué)方法貫穿了整個(gè)教學(xué)過(guò)程，這樣一來(lái)進(jìn)行的“牛頓第一定律”的教學(xué)， 把科學(xué)方法體現(xiàn)在知識(shí)的認(rèn)知過(guò)程中， 按照學(xué)生的認(rèn)知模式進(jìn)行教學(xué)， 從學(xué)生的思維出發(fā)，來(lái)認(rèn)識(shí)和探索世界，學(xué)生只有經(jīng)歷這一過(guò)程， 才會(huì)真正領(lǐng)略到科學(xué)方法和科學(xué)知識(shí)的內(nèi)涵，科學(xué)素養(yǎng)也就相應(yīng)得到了相應(yīng)的提高。

一線(xiàn)教師只有深入挖掘教材中蘊(yùn)含的科學(xué)方法，并將科學(xué)方法教育落到實(shí)處，才能使科學(xué)方法成為學(xué)生開(kāi)啟科學(xué)知識(shí)寶庫(kù)的鑰匙，成為聯(lián)接學(xué)生知識(shí)和能力的紐帶。

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