理解方法本質(zhì)　促進(jìn)觀念進(jìn)階

李鴻　嚴(yán)國(guó)忠

摘? ?要：在探析科學(xué)方法本質(zhì)以及科學(xué)觀念內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，以“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例，深度解讀教材和課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生深入理解知識(shí)的本質(zhì)與內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)觀念進(jìn)階。

關(guān)鍵詞：科學(xué)方法；科學(xué)觀念；本質(zhì)內(nèi)涵；進(jìn)階

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）3-0073-4

筆者有幸參加2022年杭州市初中科學(xué)優(yōu)質(zhì)課評(píng)比。此次賽課圍繞浙教版《科學(xué)》“參照物與機(jī)械運(yùn)動(dòng)的分類(lèi)”的內(nèi)容展開(kāi)，重視概念本質(zhì)探析，凸顯科學(xué)過(guò)程與方法，摒棄對(duì)教材知識(shí)的簡(jiǎn)單堆砌，指向核心概念的發(fā)展，幫助學(xué)生建立對(duì)世界日趨完整的理解。

1? ? “科學(xué)方法”的本質(zhì)探析

科學(xué)方法是人類(lèi)在認(rèn)識(shí)自然和改造客觀世界的實(shí)踐活動(dòng)中總結(jié)的途徑策略或行為方式。初中學(xué)段不僅要求學(xué)生掌握觀察、分類(lèi)、比較等基本方法，還要學(xué)習(xí)下定義、模型、概括、實(shí)驗(yàn)等綜合方法［1］。

如“分類(lèi)”方法的教學(xué)關(guān)鍵不僅在于引導(dǎo)學(xué)生知道分類(lèi)以及如何分類(lèi)，還應(yīng)包括在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步思辨為何要將事物進(jìn)行分類(lèi)，使之意識(shí)到漫長(zhǎng)歷史演變過(guò)程中，該方法是為客觀區(qū)分不同事物關(guān)系、反映復(fù)雜事物內(nèi)在聯(lián)系而逐漸形成的。

2? ? “科學(xué)觀念”的層次釋義

科學(xué)觀念是在理解科學(xué)概念、規(guī)律、原理的基礎(chǔ)上形成的對(duì)客觀事物的總體認(rèn)識(shí)［2］，呈現(xiàn)出復(fù)雜、綜合、有層級(jí)、有結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。

2.1? ? 科學(xué)知識(shí)

科學(xué)知識(shí)是科學(xué)觀念形成的基礎(chǔ)，也主要包括科學(xué)、技術(shù)與工程領(lǐng)域的物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)、功能等內(nèi)容［2］。本課聚焦機(jī)械運(yùn)動(dòng)、參照物等具體概念，從5～6年級(jí)學(xué)段基于經(jīng)驗(yàn)層面對(duì)物體是否運(yùn)動(dòng)的判斷，轉(zhuǎn)向7～9年級(jí)學(xué)段基于科學(xué)層面對(duì)物體是否運(yùn)動(dòng)的判斷，指向從“運(yùn)動(dòng)觀”到“相對(duì)運(yùn)動(dòng)觀”的觀念進(jìn)階。

2.2? ? 科學(xué)本質(zhì)

科學(xué)觀念是關(guān)于科學(xué)本質(zhì)及規(guī)律的認(rèn)識(shí)，在了解和探索自然、獲得科學(xué)知識(shí)、解決科學(xué)問(wèn)題的技術(shù)與工程實(shí)踐過(guò)程中，用變化、發(fā)展的觀念看待科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的關(guān)系［3］，一般認(rèn)為，科學(xué)本質(zhì)主要涉及科學(xué)知識(shí)、科學(xué)探究、科學(xué)事業(yè)等方面（表1）［4］。

不同歷史時(shí)期、不同的人對(duì)“運(yùn)動(dòng)”的理解過(guò)程存在差異，學(xué)生了解、完善、重構(gòu)核心概念的過(guò)程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)自己的理解過(guò)程與科學(xué)家的概念研究歷程極為相似。在“動(dòng)與不動(dòng)”的質(zhì)疑思辨中，重新定義判斷物體是否運(yùn)動(dòng)必須選取參照物，才能逐漸領(lǐng)悟方法本質(zhì)。

2.3? ? 科學(xué)的價(jià)值

科學(xué)觀念指向“生活價(jià)值”的意義建構(gòu)，即科學(xué)觀念的應(yīng)用強(qiáng)調(diào)“理解”與“實(shí)踐”，通過(guò)知識(shí)與方法的雙重遷移，解釋自然現(xiàn)象、解決實(shí)際問(wèn)題，并預(yù)測(cè)、指導(dǎo)、改造客觀事物。如運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性，具有十分重要的實(shí)際意義；下定義、分類(lèi)等科學(xué)方法，會(huì)使學(xué)科結(jié)構(gòu)更加明晰。

3? ? 教材解讀

3.1? ? 關(guān)注教材序言，解讀章節(jié)編排

教材章節(jié)序言從宏觀天體運(yùn)動(dòng)、微觀電荷運(yùn)動(dòng)、生物生命運(yùn)動(dòng)等自然現(xiàn)象得出共性——復(fù)雜。其中，本章起始節(jié)“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”相對(duì)簡(jiǎn)單，由少到多，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，體現(xiàn)學(xué)習(xí)的進(jìn)階，回答為何要學(xué)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而上升為對(duì)事實(shí)經(jīng)驗(yàn)與本質(zhì)規(guī)律日趨一致的“科學(xué)觀念”。

3.2? ? 深度解讀教材，挖掘內(nèi)涵外延

“運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性”是第三章“運(yùn)動(dòng)和力”的難點(diǎn)，表面上圍繞核心概念的前概念、形式和例證等方面組織教學(xué)，實(shí)則思考解決三個(gè)問(wèn)題：為何學(xué)習(xí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)？為何學(xué)習(xí)參照物？為何對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)分類(lèi)？深入挖掘知識(shí)內(nèi)涵和外延，使我們意識(shí)到學(xué)生學(xué)習(xí)的并不僅僅是知識(shí)本身，而是通過(guò)批判、質(zhì)疑、得出規(guī)律，將原來(lái)不成熟的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為成熟、正確的觀念。

3.3? ? 依標(biāo)明確目標(biāo)，顯化方法本質(zhì)

科學(xué)方法和本質(zhì)在課程標(biāo)準(zhǔn)與科學(xué)教材中并沒(méi)有明確顯現(xiàn)，而是隱含在知識(shí)背后。不同學(xué)生理解程度差異較大，要求教師不僅要通讀課標(biāo)和教材，還要對(duì)文本逐字逐句地讀，讀出本義、讀出深意、領(lǐng)悟精髓，在實(shí)踐中落實(shí)課標(biāo)要求，避免實(shí)踐中隱性、理論上顯性的教學(xué)誤區(qū)。通過(guò)分析，筆者將學(xué)習(xí)目標(biāo)確定如下：

科學(xué)觀念：通過(guò)對(duì)經(jīng)驗(yàn)層面判斷物體是否運(yùn)動(dòng)結(jié)論的批判，能夠進(jìn)階到從科學(xué)層面判斷物體是否運(yùn)動(dòng)；

科學(xué)思維：通過(guò)對(duì)陌生概念下定義、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分類(lèi)，領(lǐng)悟科學(xué)知識(shí)與方法的本質(zhì)內(nèi)涵；

探究實(shí)踐：通過(guò)小組合作、觀察、探究，得出正確結(jié)論，并對(duì)相關(guān)現(xiàn)象作出合理解釋?zhuān)?/p>

態(tài)度責(zé)任：關(guān)注生產(chǎn)生活中的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，解釋生活中的簡(jiǎn)單問(wèn)題。

4? ? 教學(xué)過(guò)程

4.1? ? 定義“運(yùn)動(dòng)”——為何學(xué)習(xí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)

本質(zhì)剖析：機(jī)械運(yùn)動(dòng)是自然界中最基本、最普遍的運(yùn)動(dòng)形式，學(xué)生學(xué)習(xí)本章內(nèi)容之前，對(duì)“運(yùn)動(dòng)”的理解是基于經(jīng)驗(yàn)層面的認(rèn)識(shí)，尚沒(méi)有判斷物體是否運(yùn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)，容易出現(xiàn)判斷上的錯(cuò)誤或疑惑。教師需要引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)層面理解蘊(yùn)含在機(jī)械運(yùn)動(dòng)、參照物的定義中判斷物體運(yùn)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)識(shí)世界運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。

教學(xué)片段1：如圖1是用頻閃照相機(jī)拍攝、記錄的人玩滑板的全過(guò)程，從圖中能觀察到人發(fā)生了運(yùn)動(dòng)。

師：圖中的什么證據(jù)支持你得出“人運(yùn)動(dòng)”這個(gè)結(jié)論？

生：人的空間位置變化了。

師：是通過(guò)與什么物體“比較”后得出的結(jié)論？

生：地面。

師：根據(jù)滑板實(shí)例的分析，你能否定義一個(gè)普遍適用的“運(yùn)動(dòng)”的定義，判斷任何情境下某一物體是否運(yùn)動(dòng)？

生：某一物體相對(duì)于另一物體空間位置發(fā)生變化，則運(yùn)動(dòng)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)習(xí)不應(yīng)是直接告知知識(shí)的結(jié)果，而是通過(guò)觀察、研究世界，意識(shí)到運(yùn)動(dòng)及其變化具有共性規(guī)律，并用運(yùn)動(dòng)與變化的觀念進(jìn)行普遍適用的概念描述，理解知識(shí)是人類(lèi)在探索自然過(guò)程中歸納而得到的。

4.2? ? 模擬“運(yùn)動(dòng)”——為何學(xué)習(xí)參照物

本質(zhì)剖析：對(duì)于運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性，學(xué)生起始可能有比較的意識(shí)，卻未有“參照物”的概念，當(dāng)遇到生活中看上去十分熟悉，卻有根據(jù)不同判斷標(biāo)準(zhǔn)而出現(xiàn)截然不同的描述時(shí)，便會(huì)完善、修正自己的理解，認(rèn)識(shí)到知識(shí)的形成不是一蹴而就的，當(dāng)新的證據(jù)出現(xiàn)或無(wú)法解釋時(shí)，就要重新審視其合理性。

教學(xué)片段2：將教材“觀光電梯”的思考與討論轉(zhuǎn)化為模擬實(shí)驗(yàn)，用燒杯、貼紙、小人模型分別代表觀光電梯、廣告牌、人，由A同學(xué)拉動(dòng)繩子使燒杯向上運(yùn)動(dòng)（模擬電梯），如圖2所示。

第一次觀察：C，D，E，F(xiàn)四位同學(xué)想象自己站在地面上，觀察燒杯內(nèi)貼紙（廣告牌）發(fā)生的變化，把各自觀察到的現(xiàn)象告知B同學(xué)并記錄。

第二次觀察：C，D，E，F(xiàn)四位同學(xué)想象自己站在電梯里，觀察燒杯內(nèi)貼紙（廣告牌）發(fā)生的變化，把各自觀察到的現(xiàn)象告知B同學(xué)并記錄。

交流討論：交流4位同學(xué)的觀察結(jié)果是否相同；并討論完成任務(wù)單上的表格（表2）。

師：各物體在活動(dòng)中分別承擔(dān)什么角色？

生：廣告牌是研究的物體（研究對(duì)象），其余是參與分析的對(duì)照物（參照物）。

師：分析廣告牌的運(yùn)動(dòng)情況，能得到哪些規(guī)律？

生1：廣告牌可以是運(yùn)動(dòng)的，也可以是靜止的。

生2：選取的與之比較的物體不同，運(yùn)動(dòng)結(jié)果的描述就會(huì)不同。

生3：必須選取參照物，才可以判斷研究對(duì)象是否運(yùn)動(dòng)。

師：上述選取的“參照物”是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的？

生1：作為“與之比較的物體”，我們認(rèn)為參照物是靜止不動(dòng)的。

生2：如果以地面作為標(biāo)準(zhǔn)，這些“與之比較的物體”作為研究對(duì)象，既有運(yùn)動(dòng)的，也有靜止的。

師：請(qǐng)歸納判斷某個(gè)物體是否運(yùn)動(dòng)應(yīng)該有哪些過(guò)程？

生：首先是確定研究對(duì)象，二是確定參照物，默認(rèn)它靜止，三是確定研究對(duì)象與參照物之間是否有空間位置改變，最后得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：生活中的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景難以在課堂重現(xiàn)，為增強(qiáng)體驗(yàn)感，借助模擬實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生理解，從本質(zhì)上領(lǐng)悟參照物對(duì)運(yùn)動(dòng)描述的重要性，理解參照物的選擇是任意的；為了研究方便，才往往選擇地面或者地面上不動(dòng)的物體作為參照物；其次，選擇不同的參照物得到的結(jié)論可能不同，也可能相同。

4.3? ? 應(yīng)用“運(yùn)動(dòng)”——相對(duì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)際意義

本質(zhì)剖析：日常生活中，學(xué)生對(duì)于“運(yùn)動(dòng)”的判斷往往不自覺(jué)地選擇靜止的地面作為標(biāo)準(zhǔn)，有建立“參照物”的意識(shí)，卻不清晰其價(jià)值意義、內(nèi)涵與外延，更無(wú)法理解運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性。

教學(xué)片段3：飛機(jī)是重要的運(yùn)輸工具，為保證安全，先要在地面上的風(fēng)洞內(nèi)模擬飛行，當(dāng)獲得的各種數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，才能進(jìn)入空中試飛。

師：上述風(fēng)洞工作中運(yùn)用了什么知識(shí)？

生：以地面為參照物，飛機(jī)并沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，但是以流動(dòng)的空氣為參照物，飛機(jī)是運(yùn)動(dòng)的。

師：你們認(rèn)為風(fēng)洞還能檢測(cè)什么產(chǎn)品的性能？

生：汽車(chē)、航天器……

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)知識(shí)與人類(lèi)生活密切相關(guān)，以風(fēng)洞為載體，引導(dǎo)學(xué)生思考、審視即便是一些非?；镜目茖W(xué)知識(shí)，在許多高新技術(shù)中也得到有效的應(yīng)用，體現(xiàn)知識(shí)具有價(jià)值且就在我們身邊。

4.4? ? “分類(lèi)”思想——為何對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)分類(lèi)

本質(zhì)剖析：分類(lèi)是在比較的基礎(chǔ)上，根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)，將研究對(duì)象區(qū)分成不同種類(lèi)的一種基本科學(xué)方法，可以更客觀地反映事物的內(nèi)在聯(lián)系。現(xiàn)實(shí)生活中運(yùn)動(dòng)是錯(cuò)綜復(fù)雜的，任何物質(zhì)都在運(yùn)動(dòng)，若要揭示運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，需要進(jìn)一步研究其共性與差異。

教學(xué)片段4：呈現(xiàn)四張動(dòng)態(tài)圖片（過(guò)山車(chē)、高速公路、蜜蜂8字舞、臺(tái)風(fēng)眼）。

師：上述物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)有何不同？

生：汽車(chē)和過(guò)山車(chē)比較，速度大小和運(yùn)動(dòng)軌跡等要素不同。

師：如何研究如此復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)？

生：分類(lèi)討論。

設(shè)計(jì)意圖：一是能夠?qū)C(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)單分類(lèi)；二是意識(shí)到分類(lèi)實(shí)則是對(duì)事物共性與差異的深入研究，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不同，分類(lèi)層級(jí)和結(jié)果也不同；三是幫助學(xué)生體會(huì)分類(lèi)的意義和本質(zhì)內(nèi)涵，在掌握分類(lèi)方法的基礎(chǔ)上理解分類(lèi)思想，鼓勵(lì)養(yǎng)成分類(lèi)的習(xí)慣。

5? ? 結(jié)? 語(yǔ)

科學(xué)本質(zhì)是可以通過(guò)教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生理解的。教學(xué)并不是簡(jiǎn)單講授方法和本質(zhì)，而是通過(guò)對(duì)問(wèn)題本質(zhì)的剖析，引導(dǎo)學(xué)生深入領(lǐng)悟“經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象—科學(xué)方法—科學(xué)知識(shí)”和“科學(xué)知識(shí)—科學(xué)方法—科學(xué)應(yīng)用”的觀念進(jìn)階，實(shí)現(xiàn)從“學(xué)習(xí)科學(xué)”向“探索本質(zhì)”的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳志偉，陳秉初.中學(xué)科學(xué)教學(xué)論［M］.北京：科學(xué)出版社，2018：152-159.

［2］中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：1，4.

［3］蔡鐵權(quán)，鄭瑤.物理觀念的內(nèi)涵、層次和架構(gòu)——關(guān)于物理觀念教育的思考［J］.物理教學(xué)，2019，41（6）：2-5，70.

［4］陳培蘭，林妹平，朱巧萍.基于科學(xué)本質(zhì)水平劃分落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)研究［J］.中學(xué)物理，2021，39（12）：15-18.

（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）

收稿日期：2023-01-05

基金項(xiàng)目：2022年杭州市基教教研課題“三層三環(huán)：初中科學(xué)課堂表現(xiàn)評(píng)價(jià)的學(xué)習(xí)新范式研究”（L2022202）。

作者簡(jiǎn)介：李鴻（1992-），男，中學(xué)一級(jí)教師，主要從事初中科學(xué)課程與教學(xué)研究。