踐行科學(xué)大觀念，培養(yǎng)學(xué)生的決策力和創(chuàng)新力

◎ 陳 琳

一、背景和目的

2016年3月，《以大概念理念進(jìn)行科學(xué)教育》［1］一書中提出了十項(xiàng)科學(xué)教育的原則，挑選出了十個(gè)核心科學(xué)概念和四個(gè)關(guān)于科學(xué)的概念，并期望通過這項(xiàng)努力，能為科學(xué)教育改革提供幫助。該理念在實(shí)證性科學(xué)研究的支持下，進(jìn)一步明確了科學(xué)教育改革的方向，設(shè)計(jì)了科學(xué)教育的內(nèi)容構(gòu)架、學(xué)習(xí)方法、學(xué)生評(píng)價(jià)、對(duì)教學(xué)過程的評(píng)估等內(nèi)容。以此為基礎(chǔ)的“科學(xué)大觀念”所指的不僅是學(xué)科內(nèi)的科學(xué)大觀念，同時(shí)也是交叉于各學(xué)科的科學(xué)大觀念和關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的大觀念。

科學(xué)大觀念是科學(xué)教師手中的“棋譜”。用科學(xué)大觀念指引教學(xué)就是遵從科學(xué)概念的內(nèi)涵與外延，靈活地用“棋譜”去找準(zhǔn)學(xué)生在探究中形成概念的過程、基本的思維邏輯及其關(guān)鍵環(huán)節(jié)，去設(shè)置能引導(dǎo)學(xué)生思維的問題鏈，并基于這些問題鏈，再將教學(xué)目標(biāo)具體化?；诖耍P者以初中科學(xué)中的一節(jié)拓展課“魚的沉浮”為例，闡述如何在“科學(xué)大觀念”理念的指引下進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

二、教學(xué)過程與分析

（一）教學(xué)目標(biāo)和學(xué)情分析

科學(xué)大觀念不僅涵蓋學(xué)科知識(shí)方面的大概念，也包括科學(xué)的研究方法、研究對(duì)策及科學(xué)的態(tài)度、價(jià)值觀等?；诖?，“魚的沉浮”這節(jié)課圍繞知識(shí)與技能，過程與方法，情感、態(tài)度與價(jià)值觀這三個(gè)方面的教學(xué)目標(biāo)如下。

【知識(shí)與技能】

（1）了解網(wǎng)絡(luò)信息檢索的基本方法，學(xué)會(huì)根據(jù)要求在互聯(lián)網(wǎng)上搜索資料。

（2）推斷魚類控制沉浮的方式。

【過程與方法】

（1）通過設(shè)計(jì)、制作魚的模型，模擬魚類沉浮的現(xiàn)象。

（2）通過觀察分析及檢索，歸納魚類沉浮的原理。

【情感、態(tài)度與價(jià)值觀】

（1）體驗(yàn)小組合作，樂于表達(dá)同時(shí)也能關(guān)注他人的見解。

（2）體會(huì)從現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)知過程，感受科學(xué)研究的基本方法，領(lǐng)悟事物簡單現(xiàn)象背后也可能有復(fù)雜的原理。

本節(jié)課涉及的重要概念為物體的沉浮原理。教師通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)有不少幼兒園已經(jīng)開始讓小朋友觀察沉浮現(xiàn)象，小學(xué)科學(xué)課中已經(jīng)涉及探究沉浮的條件。學(xué)生在六年級(jí)第一學(xué)期科學(xué)教材“物質(zhì)的粒子模型”一節(jié)中已經(jīng)了解到關(guān)于物體浮沉的基礎(chǔ)知識(shí)。因此，本節(jié)課是對(duì)這一學(xué)習(xí)內(nèi)容的拓展和延伸。

（二）教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

教師首先讓學(xué)生觀察魚的沉浮的視頻，讓學(xué)生解釋魚是依靠什么來控制沉浮的。通過上網(wǎng)查閱資料，學(xué)生得出魚是依靠鰾來控制沉浮的初步結(jié)論?；顒?dòng)具體內(nèi)容見表1。

表1 教學(xué)活動(dòng)一

接著教師提供給學(xué)生材料，讓學(xué)生通過相互合作，共同制作一條能沉浮的魚。在這個(gè)過程中，學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦，結(jié)合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)等多種學(xué)科的技能來開展跨學(xué)科學(xué)習(xí)?；顒?dòng)具體內(nèi)容見表2。

表2 教學(xué)活動(dòng)二

教師再一次將視頻慢速播放，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“魚能快速沉浮，但僅靠魚鰾的作用是無法做到的”這一事實(shí)。通過引發(fā)思維沖突，學(xué)生進(jìn)而轉(zhuǎn)換角度再次查找資料，發(fā)現(xiàn)魚沉浮的其他方式。活動(dòng)具體內(nèi)容見表3。

上述三個(gè)活動(dòng)環(huán)環(huán)相扣、一氣呵成。學(xué)生的認(rèn)知在深度和廣度上都得到了有效發(fā)展，而這個(gè)發(fā)展的過程是學(xué)生自主學(xué)習(xí)獲得的，不是教師告知的。學(xué)生不僅獲得了知識(shí)，更收獲了技能。這與教師以科學(xué)大觀念為教學(xué)理念開展的嘗試與創(chuàng)新密不可分。

表3 教學(xué)活動(dòng)三

跨學(xué)科教學(xué)是以學(xué)生的多元智能發(fā)展為目標(biāo)，通過整合多個(gè)學(xué)科的知識(shí)來發(fā)展多元智能的教學(xué)活動(dòng)。在教學(xué)過程中，構(gòu)建一個(gè)跨學(xué)科的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，將多學(xué)科教學(xué)內(nèi)容整合與集結(jié)?！棒~的沉浮”教學(xué)內(nèi)容主要涉及物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、信息技術(shù)、勞動(dòng)技術(shù)等學(xué)科。

本節(jié)課是基于生命科學(xué)學(xué)科“鯽魚的解剖”的內(nèi)容展開的。觀察和解剖鯽魚是生命科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容，而魚的沉浮原理涉及物質(zhì)科學(xué)的領(lǐng)域。用科學(xué)大觀念開展教學(xué)不僅是在教學(xué)目標(biāo)上體現(xiàn)知識(shí)、能力、情感等方面呈螺旋式上升，而且在教學(xué)手段上也采用融合多個(gè)學(xué)科的跨學(xué)科教學(xué)，以體現(xiàn)科學(xué)大觀念。

對(duì)魚的沉浮現(xiàn)象的解釋，有助于養(yǎng)成對(duì)已有知識(shí)的接受并不斷修正的意識(shí)。學(xué)生固有的經(jīng)驗(yàn)是魚依靠鰾來控制沉浮，而通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此，學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)得到修正與生長。長此以往，學(xué)生能逐漸形成不迷信網(wǎng)絡(luò)、不盲從已有經(jīng)驗(yàn)、獨(dú)立思考、獨(dú)立判斷等能力，為持續(xù)性學(xué)習(xí)形成鋪墊。基于此，教師對(duì)這節(jié)課進(jìn)行拓展和延伸，活動(dòng)具體內(nèi)容見表4。

以學(xué)習(xí)者為中心的活動(dòng)，為學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新提供資源、情境、工具、支架等多層面的支撐。教師嘗試以教材為藍(lán)本，結(jié)合學(xué)生實(shí)際，合理地加以創(chuàng)新和升華，創(chuàng)建智慧的課堂氛圍，使學(xué)習(xí)真正成為學(xué)生自發(fā)的內(nèi)在需求，進(jìn)而自然生成創(chuàng)新能力。

表4 教學(xué)活動(dòng)四

三、教學(xué)反思

科學(xué)課程對(duì)學(xué)生思維能力的關(guān)注點(diǎn)主要體現(xiàn)在：觀察記錄的習(xí)慣、歸納總結(jié)的能力、推理演繹的方法三個(gè)方面，并以此為基礎(chǔ)培養(yǎng)學(xué)生的決策力和創(chuàng)新力。因此，教師在用科學(xué)大觀念提升學(xué)生的思維能力時(shí)，可以基于以下設(shè)計(jì)思路：學(xué)生通過觀察記錄、歸納總結(jié)、推理演繹，最終建立假說，在假說基礎(chǔ)上再次觀察記錄、歸納總結(jié)、不斷完善或推翻假說。例如，在“魚的沉浮”一課中，學(xué)生通過觀察魚的運(yùn)動(dòng)、查詢資料探究沉浮原理形成假說，通過模型驗(yàn)證和再次查詢資料以完善或修正假說。

（一）重視理論探究

通常我們說到探究往往會(huì)想到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，但科學(xué)探究并不一定都是實(shí)驗(yàn)探究。正如著名物理學(xué)家密里根所說：“科學(xué)是在用理論和實(shí)驗(yàn)這兩只腳前進(jìn)的，有時(shí)是這只腳先邁出一步，有時(shí)是另一只腳先邁出一步，但是前進(jìn)要靠兩只腳：先建立理論然后做實(shí)驗(yàn)，或者是先在實(shí)驗(yàn)中得出了新的關(guān)系，然后再邁出理論這只腳并推動(dòng)實(shí)驗(yàn)前進(jìn)，如此不斷交替進(jìn)行?！睂?duì)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)而言，信息檢索的能力是十分重要的。在本節(jié)課的實(shí)施中，探究起始是網(wǎng)絡(luò)查詢，以網(wǎng)絡(luò)搜索為探究的重要手段。教師通過引導(dǎo)學(xué)生查詢資料和上傳發(fā)表，培養(yǎng)學(xué)生的信息檢索能力和歸納總結(jié)能力。

（二） 尋找真正能探究的內(nèi)容

科學(xué)探究不是一帆風(fēng)順的，因此在設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)應(yīng)該有曲折，有多種可能的研究方向。科學(xué)探究的過程通常會(huì)經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問題—提出假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—獲取證據(jù)—檢驗(yàn)評(píng)價(jià)—表達(dá)交流”六個(gè)環(huán)節(jié)，而假設(shè)的提出和實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)又是基于之前已有的理論，每一次的檢驗(yàn)評(píng)價(jià)和表達(dá)交流后往往會(huì)產(chǎn)生新的問題。人類對(duì)自然的認(rèn)知也正是通過這樣的過程越發(fā)深入和接近真相的。那些真正值得探究的內(nèi)容可能是開放式、可爭議、無定論或一果多因的。此外，探究的結(jié)論應(yīng)該是學(xué)生不了解或不完全了解的，這樣在探究過程中就會(huì)出現(xiàn)爭議、反復(fù)、波折。

學(xué)生經(jīng)歷了這樣的小波折，從而能在活動(dòng)過程中體會(huì)到：一個(gè)簡單現(xiàn)象的背后可能有很復(fù)雜的原因。進(jìn)一步探究后，學(xué)生還能體會(huì)：一個(gè)結(jié)果的形成可能是多個(gè)因素共同作用的結(jié)果。這樣的探究學(xué)習(xí)是思維的訓(xùn)練，思維訓(xùn)練的結(jié)果是學(xué)生在接受信息的同時(shí)會(huì)思考和判斷，從而思維具有辯證性和批判性。

科學(xué)往往會(huì)被認(rèn)可的是結(jié)果，但把這些結(jié)果當(dāng)作科學(xué)本身是不恰當(dāng)?shù)模非罂茖W(xué)真諦的過程才是科學(xué)最重要的本質(zhì)。本節(jié)課中有三個(gè)小目標(biāo)，分別是：檢索和發(fā)表、制作和測(cè)試、二度檢索和分析。這三個(gè)小目標(biāo)逐漸達(dá)成的過程是學(xué)生經(jīng)歷了“現(xiàn)象—假說—建?！?yàn)證—修正假說”完整的科研過程。多次經(jīng)歷這樣的小科研，學(xué)生的科學(xué)習(xí)慣就會(huì)逐步養(yǎng)成，學(xué)生的科學(xué)思維就會(huì)逐步提升。

科學(xué)教育的目的是培養(yǎng)知情的決策者，使學(xué)生具有進(jìn)行正確決策的知識(shí)基礎(chǔ)和能力。教師的科學(xué)教育要為學(xué)生提供好的、由淺入深的“棋譜”，以學(xué)生活動(dòng)為中心，為學(xué)生的決策與學(xué)習(xí)創(chuàng)新提供資源、情境、工具、支架等多層面的引導(dǎo)與支撐。用多樣化的學(xué)習(xí)方式開展活動(dòng)，既尊重學(xué)生多元的學(xué)習(xí)風(fēng)格和智能，也鼓勵(lì)其個(gè)性化發(fā)展。用科學(xué)大觀念指引科學(xué)教學(xué)，讓學(xué)生在問題的探究與解決過程中，有意識(shí)地逐步運(yùn)用“棋譜”，助推學(xué)生成長為具有決策力和創(chuàng)新力的時(shí)代新人。