還原知識(shí)產(chǎn)生　凸顯科學(xué)思想

趙亮

摘要：教師在教學(xué)過(guò)程中，要有意識(shí)地讓學(xué)生親歷知識(shí)的原始產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，包括知識(shí)背景的還原、思維邏輯的還原、科學(xué)模型創(chuàng)造過(guò)程的還原、立體磁場(chǎng)的還原、思想和方法遷移的還原，并以知識(shí)為載體，以思維發(fā)展為路徑，以科學(xué)素養(yǎng)為核心，揭示隱藏在知識(shí)背后的科學(xué)思想和方法，真正落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：知識(shí)背景;思維邏輯;科學(xué)模型;立體磁場(chǎng);科學(xué)思想和方法

一、教的指向：教科學(xué)知識(shí)還是教科學(xué)思想

有個(gè)問(wèn)題一直在拷問(wèn)著我，我們究竟是在教科學(xué)知識(shí)還是在教科學(xué)？如果是前者，我想我們僅僅是知識(shí)的搬運(yùn)工，我們的教僅停留于傳遞輸送知識(shí)上，而科學(xué)這門(mén)學(xué)科的真正價(jià)值和意義是能讓學(xué)生像科學(xué)家那樣發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，全面提高科學(xué)素養(yǎng)。這就需要我們重新審視我們的教學(xué)。

因此，在科學(xué)教學(xué)中，我們?cè)诮探o學(xué)生知識(shí)的同時(shí)，更要注重知識(shí)的原始產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，凸顯知識(shí)背后所蘊(yùn)含的科學(xué)思想和方法。知識(shí)是無(wú)法窮盡的，也是暫時(shí)的，但科學(xué)思想和方法則是永恒的、穩(wěn)定的。因此，我們?cè)诮虒W(xué)中要追求知識(shí)、過(guò)程和思想方法的統(tǒng)一。思想方法的遷移為問(wèn)題解決提供了方向，而問(wèn)題解決中也會(huì)萌生思想和方法，體現(xiàn)思想方法的教育必將會(huì)促進(jìn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和遷移性。例如，在浙教版義務(wù)教育教科書(shū)《科學(xué)》的《指南針為什么能指方向》這一課的教學(xué)過(guò)程中，筆者始終以科學(xué)思想和方法為主線、為明線，讓學(xué)生親歷知識(shí)是怎么來(lái)的，科學(xué)家是如何思考、如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的，從而讓學(xué)生自主、自覺(jué)地獲取知識(shí)，真正領(lǐng)悟知識(shí)背后所蘊(yùn)含的科學(xué)思想和方法。以下是教學(xué)設(shè)計(jì)和思考。

二、學(xué)的設(shè)計(jì)：追求科學(xué)思想和方法的教學(xué)路徑

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引出課題——還原知識(shí)背景

【學(xué)的設(shè)計(jì)1】以學(xué)習(xí)小組為單位提供給學(xué)生一小塊磁泥，讓其用磁體靠近，觀察有何現(xiàn)象會(huì)發(fā)生。通過(guò)體驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用磁體靠近磁泥后，磁泥會(huì)伴隨著磁體的靠近或移動(dòng)而變換出各種各樣有趣的形態(tài)（如圖1所示）。

【學(xué)的設(shè)計(jì)2】緊接著設(shè)置一個(gè)開(kāi)放性的任務(wù)：讓桌面上的小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。此時(shí)，有的學(xué)生用手指、筆或書(shū)本來(lái)觸動(dòng)它，有的學(xué)生則用磁體靠近使其轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

師：這些方案都完成了此項(xiàng)任務(wù)，很顯然小磁針的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，這說(shuō)明了什么？

生：這些方式都對(duì)磁針產(chǎn)生了力的作用。

師：那么用手指、筆或書(shū)本和用磁體對(duì)小磁針產(chǎn)生力的作用有何不同？

生：手、筆、書(shū)都是直接接觸，而磁體僅僅是靠近;手、筆的驅(qū)動(dòng)方向主要在于用力方向，而磁體的驅(qū)動(dòng)方向主要在于不同的磁極。

[評(píng)析]這樣的具有趣味性的情境和開(kāi)放性的任務(wù)，讓學(xué)生不禁對(duì)此神奇的現(xiàn)象產(chǎn)生疑惑和好奇，大大激發(fā)起學(xué)習(xí)興趣。這也很自然地引出了磁場(chǎng)這一概念，為后續(xù)的探究埋下了伏筆。歷史上對(duì)磁場(chǎng)的探究無(wú)非也是基于對(duì)生活的觀察，從產(chǎn)生的疑問(wèn)開(kāi)始的，這也很好地還原了知識(shí)產(chǎn)生的背景。

（二）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究磁場(chǎng)——還原思維邏輯

【學(xué)的設(shè)計(jì)3】先讓學(xué)生嘗試用一枚小磁針擺放于磁體周?chē)牟煌恢?，并進(jìn)行觀察。

師：你發(fā)現(xiàn)了什么？

生：用一枚小磁針感覺(jué)比較雜亂，規(guī)律很難探尋。

師：為了更為清晰的找到規(guī)律，你需要什么？

生：需要更多的小磁針。

順著學(xué)生的思路，教師提供給學(xué)生多枚小磁針，同時(shí)放置于磁體的周?chē)M(jìn)行觀察，尋找規(guī)律。學(xué)生通過(guò)觀察初步發(fā)現(xiàn)小磁針的北極都朝向磁體的南極，小磁針的南極都朝向磁體的北極。教師讓學(xué)生在小磁針的位置初步畫(huà)出北極的朝向。

【學(xué)的設(shè)計(jì)4】雖然通過(guò)更多枚的小磁針有所發(fā)現(xiàn)，但規(guī)律依然很模糊。如果我們需更全面、更清晰、更準(zhǔn)確地探尋到磁場(chǎng)的特點(diǎn)和規(guī)律，就這幾枚小磁針行嗎？

生：小磁針能否再多一點(diǎn)，但要更小一點(diǎn)，否則放不下。

師：那么，從哪里可以找到更小的小磁針呢？

生：磁化后的鐵屑就相當(dāng)于一枚枚小磁針??！

順著學(xué)生的思路，教師提供給學(xué)生鐵屑以進(jìn)一步深化實(shí)驗(yàn)和觀察（如圖2所示）。

圖2探尋磁體周?chē)拇艌?chǎng)

[評(píng)析]磁場(chǎng)雖然是真實(shí)存在的，但它是無(wú)形的，既看不到，也摸不到，那么磁體周?chē)拇艌?chǎng)究竟是怎樣的呢？我們認(rèn)識(shí)它只能通過(guò)放入其中的小磁針受力情況來(lái)探尋其背后的規(guī)律和特點(diǎn)。從一枚小磁針?lè)诺讲煌奈恢萌ビ^察，到同時(shí)多枚小磁針?lè)胖糜诓煌恢迷儆^察，依然不足以（太大，太少）找到清晰的規(guī)律。這不斷地讓學(xué)生產(chǎn)生思維障礙和阻力，教師繼續(xù)啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生得出需要更多更小的小磁針，于是就自然而然想到磁化后的鐵屑。這樣使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)層層遞進(jìn)，步步深入，讓學(xué)生進(jìn)一步理解了科學(xué)家為何如此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的用意和思維，從而也能像科學(xué)家一樣思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題：不是為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，為了探究而探究，而是有一種思想在牽引，有一種思維在驅(qū)動(dòng)。

【學(xué)的設(shè)計(jì)5】繼續(xù)讓學(xué)生將小磁針固定于直尺的一端（如圖3所示），順著鐵屑的分布軌跡移動(dòng)直尺并觀察小磁針的變化。學(xué)生在這樣的體驗(yàn)中清晰地觀察到小磁針的變化始終是順著鐵屑的分布軌跡。

[評(píng)析]該設(shè)計(jì)將磁場(chǎng)靜態(tài)的分布轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的變化，給學(xué)生不一樣的體驗(yàn)和感受。它通過(guò)小磁針動(dòng)態(tài)變化的連續(xù)性帶動(dòng)了學(xué)生思維的發(fā)展，加深了學(xué)生對(duì)磁場(chǎng)分布的理解。

（三）繪磁感線，感悟模型——還原科學(xué)模型的創(chuàng)造過(guò)程

【學(xué)的設(shè)計(jì)6】借助實(shí)驗(yàn)的不斷深入，通過(guò)鐵屑在磁場(chǎng)中有規(guī)律的分布，讓學(xué)生嘗試在紙上用線條畫(huà)出鐵屑的分布。隨著一條條線的出現(xiàn)，學(xué)生直觀形象地感知磁場(chǎng)的規(guī)律和特點(diǎn)。此時(shí)，教師水到渠成地介紹“法拉第最早引入磁感線”這一科學(xué)史，同時(shí)讓學(xué)生體會(huì)比較剛才所畫(huà)鐵屑分布的一條條線和科學(xué)史中法拉第引入的磁感線的相似點(diǎn)。

[評(píng)析]這樣的設(shè)計(jì)使磁感線的引入不突兀，而是順理成章，也讓學(xué)生更為深刻地領(lǐng)悟科學(xué)家為什么要引入磁感線這一模型。模型的產(chǎn)生絕對(duì)不是憑空產(chǎn)生出來(lái)的，而是為了解決問(wèn)題。鐵屑只能解決磁場(chǎng)分布情況問(wèn)題，無(wú)法解決方向問(wèn)題，小磁針容易解決磁場(chǎng)方向問(wèn)題，但磁場(chǎng)分布比較模糊，把線帶上方向箭頭，便綜合了小磁針和鐵屑的優(yōu)點(diǎn)，這樣的模型既解決了分布問(wèn)題，也解決了方向問(wèn)題。該設(shè)計(jì)就是要讓學(xué)生參與該模型建構(gòu)的全過(guò)程，明白該模型將抽象的、無(wú)形的卻真實(shí)存在的磁場(chǎng)進(jìn)行具象化、有形化地呈現(xiàn)，也更好地理解科學(xué)家建立磁感線模型的意義和價(jià)值。

（四）充實(shí)實(shí)驗(yàn)，感受立體——還原立體的磁場(chǎng)

【學(xué)的設(shè)計(jì)7】磁體周?chē)艌?chǎng)僅存在于平面內(nèi)嗎？如果不是，你又如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

生：可以在磁體周?chē)罱ㄖЪ?，然后放置小磁針或鐵屑進(jìn)行觀察。

順著學(xué)生的思維，教師展示立體磁場(chǎng)，以及自制教具（大試管中裝有洗滌劑并放入鐵屑，大試管中間再套入帶有條形磁鐵的小試管），待靜止后觀察便呈現(xiàn)如圖4所示的狀態(tài)。

[評(píng)析]由于之前的實(shí)驗(yàn)均是在一個(gè)平面上完成的，難免會(huì)讓學(xué)生簡(jiǎn)單地認(rèn)為磁場(chǎng)的分布就是在一個(gè)平面上的，從而走入理解的誤區(qū)。這樣就會(huì)對(duì)磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)不到位、不全面和不準(zhǔn)確的。因此，教師在教材原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充，讓學(xué)生親眼看到、親身體驗(yàn)到磁場(chǎng)的分布是立體的，它不僅僅存在于一個(gè)平面上，從而幫助學(xué)生走出思維的誤區(qū)。自制教具，也更形象地讓學(xué)生感知到磁場(chǎng)的立體分布。

（五）遷移科學(xué)思想，探尋地磁場(chǎng)規(guī)律——還原思想和方法的遷移

【學(xué)的設(shè)計(jì)8】在學(xué)習(xí)地磁場(chǎng)的時(shí)候，先讓學(xué)生觀察放置于桌面上的一枚枚小磁針。

師：通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)我們桌面上的小磁針靜止后有何規(guī)律嗎？

生：感受到桌面上的小磁針?biāo)坪跤幸欢ㄒ?guī)律，都是南北朝向。

師：你們?cè)俅斡|碰后，繼續(xù)觀察。

生：等待小磁針靜止后，依然是南北朝向。

師：這說(shuō)明什么呢？

生：是不是我們周?chē)泊嬖谥鵁o(wú)形的磁場(chǎng)？

師：那僅憑這幾枚小磁針就可以證明我們周?chē)泊嬖谥艌?chǎng)嗎？

生：不足以，因?yàn)榈厍蚝艽蟆?/p>

師：那又該如何驗(yàn)證？

生：我們需要更多的小磁針，擺放在更多的位置。

生：需要在世界不同地方再做實(shí)驗(yàn)，然后觀察現(xiàn)象，避免偶然性。

這時(shí)，學(xué)生會(huì)很自然地將之前研究條形磁體、馬蹄形磁體磁場(chǎng)分布的思想方法進(jìn)行遷移，提到用更多的小磁針到更多的地點(diǎn)去發(fā)現(xiàn)，去探尋。于是，教師提供給每個(gè)學(xué)習(xí)小組一個(gè)被掏空了的地球儀（內(nèi)置條形磁鐵），讓其在不同位置放置小磁針繼續(xù)觀察（如圖5所示），并自行尋找規(guī)律。學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)地磁場(chǎng)的分布與條形磁體磁場(chǎng)的分布是非常相似的這一規(guī)律和特點(diǎn)。最后，教師讓學(xué)生將地球儀打開(kāi)，揭秘其本質(zhì)原因。

[評(píng)析]整個(gè)過(guò)程回歸知識(shí)（磁場(chǎng)）從平面到立體的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程不是由教師直接告知，而是引導(dǎo)學(xué)生遷移科學(xué)思想和方法，同時(shí)借助自制教具，讓其自主探究、自主發(fā)現(xiàn)、自己獲得。這不僅解決了指南針為什么能指方向的問(wèn)題，而且將習(xí)得的科學(xué)研究方法、科學(xué)思想進(jìn)行遷移。為了使學(xué)生通過(guò)該模型深入認(rèn)識(shí)地磁場(chǎng)，教師將地球儀掏空，里面直接放入條形磁體，然后在其周?chē)胖脭?shù)枚小磁針，讓學(xué)生進(jìn)行觀察。通過(guò)這樣的感性體驗(yàn)，使地磁場(chǎng)的概念扎根于學(xué)生心中，這樣的設(shè)計(jì)也有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)建模的意識(shí)和能力。

三、結(jié)束語(yǔ)

總之，科學(xué)教育的核心和關(guān)鍵必然是思維，是思維方式，是思維的發(fā)展。一個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)高低，除了與他掌握科學(xué)知識(shí)的量有關(guān)，更取決于他的科學(xué)思維方式?？茖W(xué)思想與方法是一種隱含在科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究過(guò)程中的東西，這種隱性的東西恰恰是科學(xué)素養(yǎng)的重要體現(xiàn)。因此，我們更要揭示隱藏在知識(shí)背后的科學(xué)思想和方法，注重教給學(xué)生獲得知識(shí)的能力，讓學(xué)生真正面對(duì)未來(lái)，探索未知，獲得長(zhǎng)長(zhǎng)久久的適合終生發(fā)展的能力，而不是一時(shí)的考試成績(jī)，這也必然是落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的必經(jīng)之路。