探尋科學(xué)本質(zhì)提升科學(xué)素養(yǎng)

李偉明

國務(wù)院頒布的《全民科學(xué)素質(zhì)行動計劃綱要實施方案（2016—2020年）》明確提出：“初步認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)”將成為我國未成年人科學(xué)素質(zhì)教育的主要任務(wù)?！读x務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》也指出：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)。小學(xué)開展科學(xué)教育的本質(zhì)不是讓學(xué)生記住具體的事實性知識，而是讓學(xué)生理解具體的事實性知識背后的深層次思想。因此，作為小學(xué)科學(xué)教師，應(yīng)發(fā)掘隱藏在事實性知識背后的觀念，從“科學(xué)知識為本”的教學(xué)走向“寄科學(xué)本質(zhì)于探究活動”的教學(xué)，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。本文以教科版五年級下冊“誰先迎來黎明”一課為例，談?wù)劰P者的做法。

一、結(jié)構(gòu)材料，在探究中彰顯科學(xué)本質(zhì)

不同的科學(xué)探究活動有不同的局限，因受時空的限制，學(xué)生無法對地球與宇宙的相關(guān)知識進(jìn)行直接探究，只能通過模擬實驗。教師根據(jù)學(xué)生原有的知識經(jīng)驗和生活經(jīng)驗基礎(chǔ)，用與事實相仿的結(jié)構(gòu)性材料讓學(xué)生進(jìn)行模擬實驗。作為科學(xué)教師，應(yīng)在科學(xué)探究中選擇合適的有結(jié)構(gòu)的材料，引導(dǎo)學(xué)生開展完整的或部分的探究，降低模擬實驗的難度，減少不可控因素的影響，從而探尋科學(xué)本質(zhì)。

例如：執(zhí)教“誰先迎來黎明”一課。通過微信兩地連線，學(xué)生提出探究問題：“北京和烏魯木齊誰先迎來黎明？”學(xué)生知曉無法將地球和太陽請到課堂上進(jìn)行實驗，進(jìn)而提出新問題：“怎么進(jìn)行實驗？”學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗，提出用地球儀模擬地球和用手電筒模擬太陽的模擬實驗需求。初次討論如何進(jìn)行模擬實驗時，學(xué)生發(fā)現(xiàn)模擬實驗需要注意的事項。如：手電筒保持不動；地球儀要緩慢地轉(zhuǎn)動；需要調(diào)節(jié)燈光和地球儀之間的距離，光照亮半個地球即可；實驗前，讓兩個城市先處于背光處；站在晝夜分界線上觀察；等等。為了讓所有學(xué)生都能參與到模擬實驗的觀察中，筆者選擇了本校學(xué)生設(shè)計的科技創(chuàng)新作品作為模擬實驗的材料。此模擬實驗材料不僅很大程度上降低了操作難度，而且通過介紹該模擬實驗材料是獲得省科技創(chuàng)新大賽一等獎的作品，使學(xué)生感受到，創(chuàng)新制作源于課堂、源于生活，為激發(fā)他們開發(fā)自己的創(chuàng)造才能提供鋪墊。

二、關(guān)注數(shù)據(jù)，在探究中培養(yǎng)實證意識

在小學(xué)科學(xué)探究活動中，對實驗數(shù)據(jù)的收集、整理和分析，是對核心素養(yǎng)中實證思想、探究能力、科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度等方面的有效提升和高度體現(xiàn)。對實驗數(shù)據(jù)收集和分析后，還需要進(jìn)行整理和運用，對實驗結(jié)論進(jìn)行預(yù)測，對問題進(jìn)行解釋。很多學(xué)生對數(shù)據(jù)整理的有效性比較差，缺乏用數(shù)據(jù)說話的習(xí)慣，缺乏基本的科學(xué)素養(yǎng)與實證意識。因此，作為小學(xué)科學(xué)教師，需要培養(yǎng)學(xué)生從實驗數(shù)據(jù)入手，扎實做好實驗數(shù)據(jù)收集、整理、分析的每一個環(huán)節(jié)，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

例如：執(zhí)教“誰先迎來黎明”一課。學(xué)生在地球儀上尋找到北京和烏魯木齊，并猜測地球的自轉(zhuǎn)方向和北京與烏魯木齊誰先迎來黎明。在實驗中，有小組猜測是順時針旋轉(zhuǎn)，并猜測北京先迎來黎明。然而在模擬實驗后，得出的結(jié)果是烏魯木齊先迎來黎明，但在記錄表中，學(xué)生卻仍然填寫北京。面對這種情況，筆者及時干預(yù)，詢問：“為什么填寫北京？”學(xué)生的答復(fù)是：“我去過北京和烏魯木齊，烏魯木齊的白天都比較晚?！憋@然，學(xué)生是根據(jù)生活中的經(jīng)歷去判斷。當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)與事實不符時，需要引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考：“為什么會這樣？”通過再次實驗，學(xué)生填寫了真實的模擬實驗數(shù)據(jù)。學(xué)生的這個生活經(jīng)驗，也成為繼續(xù)探尋“地球的自轉(zhuǎn)方向”的重要資源。

三、借助現(xiàn)代設(shè)備，在探究中加強(qiáng)思維訓(xùn)練

在科學(xué)探究活動中，教師只向?qū)W生提供獲得科學(xué)概念背后的數(shù)據(jù)所需要的感性材料，而沒有引導(dǎo)學(xué)生充分參與思維加工活動，會使學(xué)生已有的生活經(jīng)驗和科學(xué)概念處于“分離狀態(tài)”。在地球與宇宙領(lǐng)域的科學(xué)概念中，學(xué)生很難通過親身經(jīng)歷去感知，許多天體運動無法通過常規(guī)操作來展示與描述，學(xué)生在學(xué)習(xí)中相對比較困難。微課教學(xué)，能讓學(xué)生如親臨真實的環(huán)境和任務(wù)，彌補課堂教學(xué)的不足。尤其是在教學(xué)地球與宇宙領(lǐng)域的相關(guān)知識方面，通過微課教學(xué)等現(xiàn)代設(shè)備的教學(xué)方式，不僅培養(yǎng)了學(xué)生自學(xué)能力，還能夠加強(qiáng)學(xué)生的思維訓(xùn)練。

例如：執(zhí)教“誰先迎來黎明”一課。學(xué)生通過模擬實驗和相對運動實驗觀察驗證，獲得北京比烏魯木齊先迎來黎明的實驗結(jié)果，很多教師就只停留在這里，沒有再進(jìn)一步深入引導(dǎo)了。這個結(jié)論是不完整的。于是，筆者再加入倫敦和紐約，通過旋轉(zhuǎn)大地球儀讓學(xué)生感受倫敦和紐約在北京和烏魯木齊的西面，繼續(xù)探討這4個城市迎來黎明的先后。學(xué)生產(chǎn)生了“每個城市都可能最早迎來黎明”的矛盾沖突，從而引發(fā)了學(xué)生進(jìn)一步深入討論和分析的欲望。在學(xué)生爭論中，筆者引出了國際日期變更線的必要性，并出示關(guān)于時區(qū)的微課。通過微課講解，學(xué)生更好地理解了時區(qū)的相關(guān)知識，解決了北京為什么比烏魯木齊更早迎來黎明的問題。在這個過程中，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維，完善學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，構(gòu)建并完善“地球在不停地自西向東自轉(zhuǎn)，所以越靠東邊越先迎來黎明”的科學(xué)概念。

四、豐富教材，在探究中感受技術(shù)創(chuàng)新

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》新課標(biāo)在原有的三大領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，增添了技術(shù)與工程領(lǐng)域，并明確指出：人類為實現(xiàn)自己的需要，對已有的物質(zhì)材料和生活環(huán)境加以系統(tǒng)性開發(fā)、生產(chǎn)、加工、建造。教師可以根據(jù)小學(xué)科學(xué)探究活動的需要，選取合適的時機(jī)，開設(shè)科學(xué)創(chuàng)新課堂，讓學(xué)生通過已有的材料，創(chuàng)新實驗教材，從而拓寬學(xué)生創(chuàng)新領(lǐng)域。

比如：學(xué)生在學(xué)習(xí)“誰先迎來黎明”后，知道在進(jìn)行模擬實驗時，需要模擬地球運動和太陽光照來認(rèn)識晝夜交替、極晝極夜等現(xiàn)象。筆者引導(dǎo)學(xué)生提出問題：是否有既有固定電源、地球儀又能自動轉(zhuǎn)動的演示裝置？基于這樣的需要，學(xué)生走訪了各大超市、學(xué)具用品店等，但都一無所獲。面對困境，在教師和家長的幫助下，學(xué)生通過上網(wǎng)查詢各種搜索引擎，得知雖有光電型的電動地球儀，但卻沒有傾斜角度，功能單一，無法滿足多個課程的學(xué)習(xí)需要。于是，學(xué)生產(chǎn)生了創(chuàng)新設(shè)計“多功能光電地球儀展示臺”的想法。通過一系列的操作，學(xué)生最終設(shè)計完成了這一裝置，該裝置還獲得了福建省科技創(chuàng)新大賽一等獎。所以，課堂教學(xué)不應(yīng)止步于課的結(jié)束，而應(yīng)進(jìn)一步延伸，引領(lǐng)學(xué)生繼續(xù)去探尋技術(shù)的創(chuàng)新，從而更好地探尋現(xiàn)象背后所隱藏的事實。

綜上所述，在地球與宇宙領(lǐng)域的教學(xué)中，教師需要在探究活動中提供有結(jié)構(gòu)的材料、關(guān)注實驗數(shù)據(jù)的收集、借助現(xiàn)代設(shè)備，才能更好地利用有效的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，從而深化學(xué)生對于科學(xué)本質(zhì)的理解。

（作者單位：福建省晉江市第二實驗小學(xué) 本專輯責(zé)任編輯 莊嚴(yán)）