沙琦波：為做好科學(xué)教育加法貢獻(xiàn)熒熒微光

沙琦波，浙江省寧波市四眼碶中學(xué)初中科學(xué)教師，正高級(jí)教師、浙江省特級(jí)教師，全國(guó)自制教具能手、教育部新時(shí)代中小學(xué)名師名校長(zhǎng)培養(yǎng)對(duì)象，獲2022年基礎(chǔ)教育國(guó)家級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，著有《創(chuàng)意科學(xué)STEAM》《我這樣教初中科學(xué)：指向核心素養(yǎng)培養(yǎng)》等。

1993年，是浙江省九年制義務(wù)教育課程體系改革全面鋪開(kāi)的第一年，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科統(tǒng)一整合為“科學(xué)”。彼時(shí)，沙琦波剛剛升入初中，她自覺(jué)是一個(gè)幸運(yùn)的人，學(xué)生時(shí)代遇到的教師與過(guò)往的學(xué)習(xí)經(jīng)歷讓她自那時(shí)起就懷有教書(shū)育人的理想。10年后，沙琦波如愿以償，成為一名初中科學(xué)教師?；赝麖慕桃詠?lái)的點(diǎn)滴，她覺(jué)得自己從新手教師成長(zhǎng)至今所走過(guò)的歷程，正契合朱光潛先生談練字時(shí)提出的“疵”“穩(wěn)”“醇”“化”四境界。從青澀、規(guī)范、成熟，到形成自己的風(fēng)格與體會(huì)，每一階段，她都堅(jiān)持讓學(xué)生“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)科學(xué)”，努力建構(gòu)指向核心素養(yǎng)的科學(xué)教育。

自制教具，為學(xué)生建構(gòu)科學(xué)觀念

不論是區(qū)域活動(dòng)，還是市級(jí)公開(kāi)培訓(xùn)，抑或省里組織的交流活動(dòng)，剛踏上講臺(tái)的那段時(shí)間，沙琦波總是盡可能抓住一切機(jī)會(huì)聆聽(tīng)優(yōu)秀教師分享經(jīng)驗(yàn)。起初，她和臺(tái)下學(xué)生的反應(yīng)一樣，覺(jué)得演示科學(xué)實(shí)驗(yàn)是一件十分新奇的事情?？吹枚嗔耍艥u漸發(fā)現(xiàn)，許多出彩的課堂都有注重實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)。

此后，沙琦波開(kāi)始邊模仿邊探索。她認(rèn)為，學(xué)好科學(xué)的第一步是認(rèn)識(shí)科學(xué)，教材中涉及的每一個(gè)概念都是學(xué)生從某個(gè)特定角度認(rèn)識(shí)科學(xué)的起點(diǎn)。而初中科學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，要想讓學(xué)生深入理解“何為科學(xué)”，就應(yīng)該讓他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中充分感知抽象概念背后的內(nèi)容，從而形成對(duì)一切客觀事物的總體認(rèn)識(shí)。

于是，沙琦波成了學(xué)校里往實(shí)驗(yàn)室跑得最勤的教師，經(jīng)常請(qǐng)實(shí)驗(yàn)員幫忙準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器械和材料。如果實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有，她就去校外搜羅。教授《綠色開(kāi)花植物的營(yíng)養(yǎng)器官——葉》一課前，沙琦波為尋找各類(lèi)帶葉植物詢問(wèn)了很多人，還幾乎跑遍了寧波大大小小的花鳥(niǎo)市場(chǎng)。講單葉和復(fù)葉時(shí)，她就拿出幾株新鮮的月季和垂絲海棠，帶學(xué)生一起用顯微鏡觀察兩者葉片的區(qū)別；講葉的著生方式時(shí)，她又掏出幾枝日本晚櫻、黃楊和夾竹桃，讓學(xué)生分析它們著生在樹(shù)枝上的葉柄有哪些排列規(guī)律。

如此用心的準(zhǔn)備并非一時(shí)心血來(lái)潮的結(jié)果，沙琦波對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視體現(xiàn)在日常的每一堂課。即便教材中沒(méi)有要求演示的內(nèi)容，她也盡力創(chuàng)造條件帶學(xué)生進(jìn)行探究。不過(guò)，一度令她苦惱的是，現(xiàn)成的教學(xué)儀器難以滿足多樣化的教學(xué)需要，有時(shí)即便去校外也難以找到理想的儀器模型。直到2006年，一次自制教具評(píng)比的參賽經(jīng)歷為她叩開(kāi)了解決這個(gè)問(wèn)題的一扇門(mén)。

評(píng)比初選階段，沙琦波用塑料瓶、氣球和橡皮膜做了一個(gè)模擬人體呼吸的裝置，用以演示膈肌運(yùn)動(dòng)引發(fā)呼吸的原理和過(guò)程。一番簡(jiǎn)單操作后，臺(tái)下的學(xué)生馬上理解了，使她備受鼓舞。此后，每當(dāng)找不到合適的儀器模型，她便嘗試自己制作或改良教具。以科學(xué)教材“植物向光性”一課為例，為讓學(xué)生了解植物胚芽向光彎曲生長(zhǎng)的原理，沙琦波設(shè)計(jì)了一個(gè)類(lèi)比實(shí)驗(yàn)。她找來(lái)兩條大小、形狀相同的鐵片和銅片，緊緊地將它們鉚合在一起。加熱后，由于相同條件下，銅受熱后的膨脹速度更快，很快超過(guò)了鐵片的長(zhǎng)度，并向鐵片一側(cè)側(cè)彎。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)，不少學(xué)生一下子理解了胚芽細(xì)胞向光生長(zhǎng)的過(guò)程?！安蛔鰧?shí)驗(yàn)，或許學(xué)生也能直接將結(jié)論背下來(lái)，但單純的記憶過(guò)程無(wú)法幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)觀念。自制教具的作用就在于能夠清晰呈現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)象，讓學(xué)生看得清楚、想得明白，讓他們能夠感受自然現(xiàn)象蘊(yùn)含的科學(xué)規(guī)律?！鄙崇ㄕf(shuō)道。

深入實(shí)踐，探究生活的智慧

2014年，沙琦波調(diào)任中小學(xué)區(qū)級(jí)教研員，負(fù)責(zé)中小學(xué)科學(xué)及綜合實(shí)踐課程的教研工作。因?yàn)榧骖櫟膶W(xué)科與學(xué)段較多，她的視野變得愈加寬廣。站在新的視角，沙琦波看過(guò)許多科學(xué)課堂，她發(fā)現(xiàn)，很多教師注重學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐，不過(guò)，他們的目標(biāo)往往在于讓學(xué)生熟練掌握教材中的操作技能?！翱墒菍?lái)有多少學(xué)生會(huì)在實(shí)驗(yàn)室操作科學(xué)教材里的實(shí)驗(yàn)?zāi)兀俊泵棵肯蚴谡n教師提問(wèn)后，沙琦波自己也會(huì)陷入思考。她認(rèn)為，科學(xué)這門(mén)課程應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)知識(shí)，更應(yīng)幫助他們獲得了解和探索世界的能力。一些學(xué)生畢業(yè)后，之所以不能靈活應(yīng)用科學(xué)知識(shí)，不是因?yàn)閷W(xué)習(xí)成績(jī)差，也不是因?yàn)樗幁h(huán)境缺少相關(guān)科學(xué)因素，而是他們僅掌握了實(shí)驗(yàn)室里的“死知識(shí)”，沒(méi)有生長(zhǎng)出自主探究的能力。這樣一來(lái)，一旦脫離熟悉的問(wèn)題和情境，學(xué)生就會(huì)因?yàn)椤皼](méi)學(xué)過(guò)”而不知所措。

2018年，沙琦波帶著新的思考回到了學(xué)校。她提出建構(gòu)“初中科學(xué)6E實(shí)踐作業(yè)”，即立足挖掘（Excavation）、探索（Exploration）、經(jīng)歷（Experience）、延伸（Extension）、迭代（Evolution）、評(píng)價(jià)（Evaluation）6個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)來(lái)源于教材、自然、社會(huì)的實(shí)踐作業(yè)重新架構(gòu)，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)“為什么思考”“怎樣思考”。

講到二氧化碳的物理性質(zhì)時(shí)，沙琦波帶學(xué)生來(lái)到實(shí)驗(yàn)室，她為每個(gè)人準(zhǔn)備了兩個(gè)空針筒，請(qǐng)他們分別吸取30毫升的水和二氧化碳，再將吸取的二氧化碳全部注入吸有水的針筒。靜置一分鐘后，她提問(wèn)：“吸有水和二氧化碳的針筒現(xiàn)在顯示的體積是多少？”有學(xué)生回答：“48毫升?！彼謫?wèn)：“為什么二氧化碳和水的總體積變小了？”學(xué)生說(shuō)：“應(yīng)該是二氧化碳藏到水里面去了?！鄙崇c(diǎn)頭表示贊同，繼續(xù)問(wèn)：“那為什么會(huì)是48毫升呢？”之后學(xué)生便開(kāi)始討論，有人說(shuō)可能部分二氧化碳還沒(méi)有溶解，幾分鐘后體積可能就會(huì)變得更小；有人說(shuō)集氣瓶中的二氧化碳純度不足，混入了其他不能溶于水的氣體；還有人說(shuō)吸取的水中有溶解的二氧化碳，目前溶解度已接近飽和……在沙琦波看來(lái)，用一瓶汽水就能為學(xué)生講清二氧化碳溶于水的道理，之所以要花費(fèi)這么多時(shí)間，是為了讓學(xué)生能夠結(jié)合實(shí)際提出問(wèn)題與猜想，學(xué)著分析標(biāo)準(zhǔn)答案之外的多種可能。

沙琦波對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)不只發(fā)生在課堂。每年寒暑假期，她都會(huì)為學(xué)生布置一份實(shí)踐作業(yè)清單，比如參觀附近的自來(lái)水廠和污水處理廠，讓他們了解凈化污水的整套流程，再借助所學(xué)知識(shí)與網(wǎng)絡(luò)，小組合作設(shè)計(jì)能夠凈化校園污水的簡(jiǎn)易裝置。學(xué)生上交作業(yè)后，沙琦波還會(huì)讓他們進(jìn)行全班展示，請(qǐng)其他小組進(jìn)行打分，共同總結(jié)、歸納每個(gè)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)原有裝置加以改進(jìn)。又如，請(qǐng)學(xué)生做好垃圾分類(lèi)的背景調(diào)查，之后組織他們?nèi)ダ幚韽S了解垃圾分類(lèi)的價(jià)值及垃圾燃燒發(fā)電的原理，并在民間尋找、驗(yàn)證“變廢為寶”的方法。周末空閑時(shí)，她還會(huì)帶學(xué)生走進(jìn)田野，觀察不同植物的花與果實(shí)的特點(diǎn)，看植物對(duì)光照的刺激會(huì)有哪些反應(yīng)；與學(xué)生一起參加農(nóng)忙，學(xué)習(xí)農(nóng)民挑選種子的經(jīng)驗(yàn)與方法，探索密度和浮力的應(yīng)用……沙琦波表示，每個(gè)學(xué)生都應(yīng)該重視自然和社會(huì)這兩本“活教材”，認(rèn)真鉆研過(guò)后，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)許多生活的智慧。

教學(xué)“快車(chē)道”，助力提升科學(xué)思維

在教育信息化快速發(fā)展的背景下，沙琦波申報(bào)了“指向核心素養(yǎng)的信息技術(shù)與科學(xué)教學(xué)融合的實(shí)踐研究”課題。經(jīng)過(guò)閱讀大量案例，她發(fā)現(xiàn)部分教師對(duì)于信息技術(shù)只是“為了應(yīng)用而應(yīng)用”，不僅沒(méi)能充分挖掘信息技術(shù)的使用價(jià)值，還給日常教學(xué)帶來(lái)了負(fù)擔(dān)。沙琦波認(rèn)為，信息技術(shù)有多種形式，如果教師不加篩選地利用，課程反而會(huì)被工具所綁架；只有按需取用，才可以進(jìn)入教學(xué)的“快車(chē)道”。

她指著工位上的傳感器舉了一個(gè)例子——探究“做功改變內(nèi)能”時(shí)，有教師會(huì)演示“變色魔術(shù)”實(shí)驗(yàn)，如果只是想讓學(xué)生通過(guò)觀察紙團(tuán)顏色變化理解氣體做功的過(guò)程，只需借助感溫變色紙團(tuán)與帶活塞的針筒即可實(shí)現(xiàn)；如果還想進(jìn)一步探究實(shí)驗(yàn)中“做功與溫度的關(guān)系”，則可以再利用傳感器精確記錄溫度變化的數(shù)據(jù)，為學(xué)生解釋現(xiàn)象與數(shù)據(jù)的關(guān)系。

信息技術(shù)能夠?qū)逃l(fā)揮什么樣的作用，關(guān)鍵在于使用者如何應(yīng)用。在沙琦波看來(lái)，信息技術(shù)融合科學(xué)教育真正需要解決的問(wèn)題，是有效幫助學(xué)生樹(shù)立科學(xué)思維。“之前由于技術(shù)限制，部分實(shí)驗(yàn)難以在課堂上操作，不少教師便直接讓學(xué)生掌握結(jié)論，忽略了結(jié)論得出的過(guò)程，這也就跳過(guò)了學(xué)生概括客觀事物、建構(gòu)思維模型的環(huán)節(jié)?！苯?jīng)過(guò)總結(jié)和提煉，她提出適配不同課型的信息技術(shù)應(yīng)用方法——

新授課應(yīng)注重過(guò)程?？捎媒换ゼ夹g(shù)、Flash等信息化工具，讓學(xué)生以現(xiàn)象為起點(diǎn)，一步步了解得出結(jié)論的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的層層遞進(jìn)。沙琦波舉例，在探究實(shí)驗(yàn)“影響聲音高低的因素”中，教師可以連接電腦與振動(dòng)頻率傳感器，讓學(xué)生一邊傾聽(tīng)不同樂(lè)器發(fā)出的聲音，一邊觀察電腦屏幕上的波紋線，通過(guò)對(duì)比，學(xué)生就可以自主總結(jié)聲音高低與物體振動(dòng)頻率的關(guān)系。

復(fù)習(xí)課應(yīng)注重連通。可通過(guò)在線微課、微課板等平臺(tái)幫助學(xué)生串聯(lián)高頻重難點(diǎn)，建構(gòu)知識(shí)體系，分類(lèi)、比較各個(gè)模型之間的異同。相比于檢查背誦、設(shè)置填空題等方式，沙琦波更喜歡嘗試借助信息技術(shù)誘發(fā)學(xué)生動(dòng)腦思考。帶學(xué)生復(fù)習(xí)“葉片結(jié)構(gòu)與功能”的課堂上，她編制的Flash拼圖游戲，可以讓學(xué)生根據(jù)各部分“零件”的形狀還原完整的葉片結(jié)構(gòu)，加深對(duì)“葉”的整體把握。

實(shí)驗(yàn)課應(yīng)注重發(fā)現(xiàn)?？山柚鷤鞲衅?、同屏技術(shù)等，讓學(xué)生直觀地感受物體的變化過(guò)程，從不同角度觀察、思考問(wèn)題。一次，沙琦波發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生常在“勻速直線運(yùn)動(dòng)二力平衡”圖像的問(wèn)題上出錯(cuò)，關(guān)于這部分內(nèi)容，教材中只探究了“靜止?fàn)顟B(tài)下的二力平衡”，并以“物體靜止時(shí)得出的結(jié)論同樣適用于物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的情形”一句帶過(guò)，省略了實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程、數(shù)據(jù)的測(cè)定來(lái)源，以及數(shù)據(jù)與圖像的關(guān)系。她覺(jué)得，這或許正是問(wèn)題的癥結(jié)所在，于是拿來(lái)馬達(dá)和鉤碼，讓物體帶著鉤碼分別做向上和向下的勻速直線運(yùn)動(dòng)，再連接力傳感器與光電門(mén)，將隨時(shí)間變化測(cè)定的拉力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)在電腦屏幕上，之后學(xué)生就能將這些數(shù)據(jù)繪成“s-t坐標(biāo)圖像”。

今年7月，沙琦波主持的《信息技術(shù)與教學(xué)深度融合：初中科學(xué)20年探索》項(xiàng)目榮獲基礎(chǔ)教育國(guó)家級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。她真誠(chéng)地希望，每一名科學(xué)教師都能為指向核心素養(yǎng)的科學(xué)教育書(shū)寫(xiě)美好未來(lái)，為教育“雙減”中做好科學(xué)教育加法貢獻(xiàn)熒熒微光。