基于學科核心素養(yǎng)“刨”根問底

陳琛

在一次中科院科研人員與小學科學教師的對話沙龍中，歐陽頎院士說過這樣一句話：用現(xiàn)在的方式培養(yǎng)出來的科學家來推動21世紀的科技革命，那還差得太遠。 歐陽頎院士質(zhì)疑，為什么現(xiàn)在的科學教育還要有唯一的答案？科學本身是沒有答案的，因為很多知識若干年后又變了。從科研的角度看確實如此，但是科學教育和科學研究，畢竟還是有差異的，尤其對于低年段的兒童而言，他們需要一定程度的“答案”。這個答案應該是什么？網(wǎng)絡中有鋪天蓋地的知識，遍地書院、學院、培訓班的課程中也有許多知識，但是，我們的科學教育追求的知識和價值是什么？我不禁開始反思自己上過的關于生命科學領域的一些課。

《植物的根》就是其中的一課，教材設計的內(nèi)容相對簡單，可能無須通過課堂，就可以找到問題的答案。那么，我們到底要讓學生經(jīng)歷怎樣的學習過程，才能讓他們提升學科的核心素養(yǎng)呢？我主要從以下幾個方面進行思考，并設計本課的教學活動。

找準主要概念

小學科學課程分為幾個不同的領域，每個領域的特點不同，比如物質(zhì)科學領域，講究精確的科學，追求數(shù)學表達，講究因果關系;生命科學領域，更多的是描述性科學，強調(diào)結(jié)構(gòu)和功能，而不是尋因。生物中的核心素養(yǎng)包括四個方面：多樣性、結(jié)構(gòu)與功能相適應、能量、遺傳和變異，“植物的根”雖然知識內(nèi)容簡單，但是要想體現(xiàn)學科的核心素養(yǎng)，就要從多樣性、結(jié)構(gòu)與功能相適應、能量、遺傳和變異這幾個方面進行思考。

植物的根多種多樣，從根的發(fā)生看，有主根、側(cè)根;從根的總體形態(tài)看，有直根、須根;從根的向性看，有向地性、向肥性;從根的功能上看，有固定作用、吸水和獲得營養(yǎng)物質(zhì)的作用，還有一些變態(tài)根，它們有的可以儲存營養(yǎng)物質(zhì)，有的可以繁殖后代。植物的根不是一個單純的知識點，立足于生命科學領域的核心素養(yǎng)要點，我們可以發(fā)現(xiàn)植物的根是一個豐富的知識體系。

對于這個豐富的知識體系，在本課如何確定所要掌握的科學概念？我翻看幼兒園的一些課程，發(fā)現(xiàn)已有對于蘿卜之類的根的觀察，以及對根進行一些分類的活動。再看初中生物教材，介紹了根的固定和吸收作用，在此基礎上，了解根尖結(jié)構(gòu)，觀察根尖細胞。在了解這些課程的基礎上，我覺得觀察根的外形、了解根的功能才是小學階段所要學習的主要概念。對于這個概念目標，教師通常會帶領學生設計一個實驗，幫助他們理解根的吸水作用。然后通過看圖片、結(jié)合生活中的經(jīng)驗來認識根的固定作用。我認為這些傳統(tǒng)的活動對于培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)遠遠不夠，還需要有更高層次的教學設計。

用“大生命科學教育觀”指導教學設計

我認為，為了更好地幫助學生理解學科的核心素養(yǎng)和建構(gòu)主要科學概念，需要基于“大生命科學教育觀”設計教學?！按笊茖W教育觀”強調(diào)對生物學核心概念和科學思想的深刻領悟，強調(diào)科學過程和方法的培養(yǎng)，更強調(diào)科學與個人和社會的緊密聯(lián)系，體現(xiàn)了“科學為大眾”的思想，體現(xiàn)了一種系統(tǒng)化、整體性的科學觀，更加貼近生物學核心素養(yǎng)，能夠更好地實現(xiàn)立德樹人的育人目標。由此，我對比了多個版本的國內(nèi)外教材，發(fā)現(xiàn)它們在編寫體系方面都強調(diào)生命系統(tǒng)的整體性和穩(wěn)定性，注重生命科學中科技和人類社會的關系，希望學生通過科學探究學習生物學的學科核心思維。“大生命科學教育觀”的形成過程是學生科學思維的運用和探究性學習過程的相互融合。認識植物的根，同樣也包括了人類認識自然現(xiàn)象和生命規(guī)律的一些特有的科學思維方式和探究過程，為了體現(xiàn)學科核心素養(yǎng)，引導學生建構(gòu)主要概念，我對植物的根的內(nèi)容重新進行了教學設計。

通過前測了解學生的前概念

在教學之前，我對40位學生關于根的作用進行了前測：70%的學生認為根可以吸收營養(yǎng)物質(zhì);45%的學生認為根可以吸收水分;6%的學生認為根具有類似地基的固定作用;還有2%的學生認為根還有其他作用。

可見，學生對于根的作用是有一定生活經(jīng)驗的，他們普遍認同根的吸水作用，但沒有證明根吸收水分和營養(yǎng)的證據(jù)，他們多是通過書本、家長和種植的經(jīng)驗而獲得這些認識。另外，他們對于根的固定作用的認識還相對薄弱，難以認識到根的吸水和固定作用本身并不是分裂的，都是適應環(huán)境的結(jié)果。

在探究根的作用前，我讓學生畫出自己認為的植物根的形狀。學生畫出的根，普遍是地上部分大、地下部分小，根很多而且比較亂。這是學生頭腦中前概念外顯的過程，非常有必要。教學中，教師還必須注意到學生頭腦中有一些錯誤前概念的存在，課堂教學活動要幫助學生修正頭腦中的錯誤前概念，建立正確的科學概念。

前測中，80%的同學想把植物的根取出來看一看，想知道真實的情況是否和自己所畫的一樣。有的學生在后面還注明看完再種回去，不希望植物死亡。根據(jù)學生的這些想法，我設計了一個“挖根”活動：在學校的小菜園里，我?guī)W生一起體驗了清除雜草的“挖根”活動。

讓學生親身體驗“挖根”活動

在“挖根”活動中，學生的發(fā)現(xiàn)令人驚喜。對參與和沒有參與“挖根”活動的班級進行對比，我發(fā)現(xiàn)經(jīng)過“挖根”實驗的班級對于根的認識更加豐富（如表1）。學生在體驗“挖根”的過程中，可以認識到根的長度、數(shù)量、軟硬、粗細和泥土的緊密關系等。這有利于后面他們對“根的外形特點對植物的生存有什么作用”進行推理。學生在挖土的時候很費勁，感到植物的根像網(wǎng)一樣，從而認識到根如同“地基”一般具有固定作用。

雖然學生通過圖片、標本或?qū)嶒炇宜嗟闹参锒伎梢钥吹街参锏母菦]有獲得根和土壤的緊密關系的親身體驗。學生的親身感受是他們思維的基礎，可以獲得更多的發(fā)現(xiàn)，可以對科學概念認識得更加豐富和清晰，也有助于他們開動腦筋，認識并理解學科的一些概念。圖1是學生通過“挖根”后對根的進一步認識，可以看出學生對植物的根的認識更加豐富而立體。

基于證據(jù)進行推理

從學生畫的根中，可以看到和之前的預測不同，很重要的一點發(fā)現(xiàn)是根的地上部分和地下部分幾乎一樣長，根不是雜亂的。有的學生還畫出了根上的土塊，有的學生補充說：有的根像線一樣細，根像爪子。學生觀察到這些現(xiàn)象，可以總結(jié)出普遍的規(guī)律，通過外形推理根的功能，自然地就會聯(lián)想到這樣的語句，如“根多而長，這樣可以更好地吸水”“根的方向是分散的，可以找水”“根細而多，一根斷了，剩下的還能工作”，或是這樣的句子，如“根分布得廣又彎彎曲曲，能夠把自己牢牢固定在土里”“根像爪子，把自己固定在土里，取出來的時候根上有泥巴，說明也抓住了土”。和對照班級比較，實驗班級的學生普遍能關注到土壤，關注到根和環(huán)境的關系。

通過這樣的探究，學生不會僅停留在記住一些生物學事實上，而是通過事實抽象出生物學的核心概念，理解某類生物的總體特征和規(guī)律，并以此來建構(gòu)合理的概念框架，進而能在新情境下解決實際問題。

用科學方法引導構(gòu)建大概念

授人以魚，不如授人以漁。就認識植物來說，學生應該習得通過觀察植物外部形態(tài)特征從而推測其功能的方法，從“知道是什么”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸鯓硬拍苤馈?。我們可以利用這種方法，幫助學生建構(gòu)概念體系。

大概念是指可以適用于一定范圍內(nèi)物體和現(xiàn)象的概念，與此對應，我們將只運用于特定觀察和實驗的概念稱為小概念。例如，蚯蚓能適應泥土中的生活，這是一個小概念;而生物體需要經(jīng)過很長時間的進化形成在特定條件下的功能，是與它相對應的大概念。本課涉及的大概念如圖2所示。

在這兩個概念中，我選擇的是第一個概念，因為它更加符合小學中年段學生的認知規(guī)律，有利于他們對大概念的理解。概念的表述非常重要，兒童學習科學就是修正和拓展對概念的理解，而不是記住事實性信息、知識和定義。教學中，教師圍繞主要概念的主題和內(nèi)容設計高質(zhì)量的探究活動，幫助學生建構(gòu)科學概念。在《植物的根》一課中，學生能夠說出植物每一部分的名稱并不重要，重要的是讓他們了解每一部分因其結(jié)構(gòu)不同而有不同的作用和功能，這才是主要的學習內(nèi)容。因此，我嘗試把課程標準中的相關要求轉(zhuǎn)化為概念表述，在這個基礎上完成教學活動的設計以及教學成果的評價，確保學生沿著概念發(fā)展的“箭頭”，指向?qū)Υ蟾拍畹睦斫狻?/p>

通過后測進行反饋與遷移

在后測中，90%的學生表示喜歡通過“挖根”來認識植物的根的活動。在這些學生中，超過58%的人覺得很有趣，他們還有其他的感受，如有的學生感覺緊張好奇、小心翼翼，甚至沒想到根能夠生長得這么長。通過“挖根”活動可以讓學生體會到：很多科學現(xiàn)象看起來很簡單，其實并不簡單;科學需要實際動手和動腦，只有親身經(jīng)歷，才能有更深刻的理解。

在后測中，我還設計了一道開放題：一個山村的村民常年砍林開荒，破壞了這個村莊的環(huán)境，一下雨，山上的黃土就隨雨水傾瀉而下，淹沒了村里的道路橋梁，每次雨后村民都要組織清理道路。請問：為什么會造成這樣的后果？如果你是村主任，你會有怎樣的方案解決這個問題？39%的學生能夠思路清晰地寫出：砍樹后，根不能吸水，下雨時，水把泥土沖走了，根本來可以固定土壤，失去了根的固定，土壤就松垮了。28%的學生能夠提到相關的因素，但是邏輯關系不是十分清晰。25%的學生只提到不能砍樹。8%的學生完全不清楚，甚至沒有提到樹根。這樣的測試題，能夠反映學生通過學習理解了什么，是否能解釋生活中的一些問題，是否能靈活運用知識去解決生活中的問題。

在科技的發(fā)展中，人的知識隨著技術的更新而改變，沒有多少知識是一成不變的。例如，因為天文學的觀測技術的提高，把曾是行星的冥王星排除出行星之列。在知識爆炸的現(xiàn)代社會，知識更新非?？?，如果寄希望學生記住許多細碎的知識信息，已遠不能適應知識的更新與變化，因此，獲得理解知識的能力尤為重要。在《植物的根》一課的教學設計中，我根據(jù)學科的核心素養(yǎng)，在教學設計中不刻意要求學生去記憶那些零散的信息或孤立的事實，而是重點讓學生掌握獲得這些基本概念或原理的方法，并把它們遷移到新的情境中。科學課教學應該更多地從學科核心素養(yǎng)的角度進行深入思考，讓學生深入地理解核心概念，獲得科學探究的能力，這樣他們才能更好地應對未來的挑戰(zhàn)，才能夠從容地面對未來的社會。