基于“5C核心素養(yǎng)模型”的初中科學(xué)儀器教學(xué)

蘇愛(ài)娣 徐珍珍

摘? ? 要：基于“5C核心素養(yǎng)模型”的初中科學(xué)儀器教學(xué)，應(yīng)更多挖掘儀器所蘊(yùn)含的文化背景、科學(xué)方法，以問(wèn)題或情境激活學(xué)生思維，著力于培養(yǎng)探究能力和創(chuàng)新精神，在小組式的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)溝通和合作素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué);5C核心素養(yǎng)模型;儀器教學(xué)

初中科學(xué)課程是以對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)、以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的綜合課程[1]?？茖W(xué)的核心是探究，科學(xué)探究是學(xué)生的重要學(xué)習(xí)方式，使用有關(guān)設(shè)備進(jìn)行觀察、測(cè)量和實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究中獲取事實(shí)與證據(jù)的學(xué)習(xí)要求。在觀察、測(cè)量和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，必然需要使用一些儀器，比如量筒、天平、顯微鏡、電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器等，這些儀器教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)方面發(fā)揮著獨(dú)特的卻容易被忽視的作用。

長(zhǎng)期以來(lái)，大多數(shù)教師把科學(xué)儀器教學(xué)的價(jià)值只是定位在知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)上，忽視科學(xué)方法教育、創(chuàng)新能力等方面的培養(yǎng)，忽視儀器的發(fā)明和改進(jìn)過(guò)程。學(xué)生的學(xué)習(xí)方式較為單一，屬于模仿式學(xué)習(xí)，缺乏分析、整合和創(chuàng)新，難以體會(huì)技術(shù)創(chuàng)新的樂(lè)趣與艱辛，也缺乏審辯思維和質(zhì)疑精神的培養(yǎng)。這樣的教學(xué)現(xiàn)狀與“提高每個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”的課程目標(biāo)還有較大距離。

一、“5C核心素養(yǎng)模型”簡(jiǎn)介

2018年3月，北京師范大學(xué)中國(guó)教育創(chuàng)新研究院首次對(duì)外發(fā)布《21世紀(jì)核心素養(yǎng)5C模型研究報(bào)告（中文版）》[2]，提出了“21世紀(jì)核心素養(yǎng)5C模型”并搭建框架、闡述內(nèi)涵?！?1世紀(jì)核心素養(yǎng)5C模型”包括文化理解與傳承（Culture Competency）、審辯思維（Critical Thinking）、創(chuàng)新（Creativity）、溝通（Communication）、合作（Collaboration），這5項(xiàng)素養(yǎng)的首字母均為C，故稱該模型為核心素養(yǎng)的5C模型，這些素養(yǎng)簡(jiǎn)稱為5C素養(yǎng)。5C素養(yǎng)每個(gè)方面又包括3～4個(gè)二級(jí)維度，如表1所示。

二、基于“5C核心素養(yǎng)模型”初中科學(xué)儀器教學(xué)的實(shí)踐

針對(duì)初中科學(xué)儀器教學(xué)現(xiàn)狀，我們嘗試以“5C核心素養(yǎng)模型”為導(dǎo)向，探索在儀器教學(xué)中有側(cè)重地落實(shí)5C素養(yǎng)，以更好地達(dá)成提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)。

（一）“重走”發(fā)明歷程，體驗(yàn)文化傳承

一件精密儀器的出現(xiàn)往往是通過(guò)數(shù)代科學(xué)家的不斷努力、不斷改進(jìn)形成的。技術(shù)創(chuàng)新的實(shí)質(zhì)是對(duì)技術(shù)的不斷完善，對(duì)臻美的無(wú)盡追求。在課堂上，我們無(wú)法也無(wú)須像當(dāng)年科學(xué)家發(fā)明那樣去進(jìn)行探究，但可以“濃縮”那段歷史，引領(lǐng)師生一起“重走”發(fā)明歷程，從需要入手，由簡(jiǎn)到精，在需要和解決問(wèn)題中不斷激發(fā)學(xué)生的“發(fā)明靈感”，體驗(yàn)并理解科技發(fā)展的歷史。

例1? ?顯微鏡的結(jié)構(gòu)和使用

顯微鏡的出現(xiàn)和發(fā)展，有著四百多年的歷史，從荷蘭的眼鏡工匠詹森父子制造出的第一臺(tái)顯微鏡開始，先后經(jīng)歷了安東尼·列文虎克、羅伯特·胡克、恩斯特阿貝等數(shù)代人的不斷改進(jìn)，具有深厚的歷史文化背景。在教學(xué)時(shí)，我們嘗試以顯微鏡的發(fā)明史為主線組織學(xué)生的學(xué)習(xí)，部分教學(xué)過(guò)程如下。

【片段1】

情境創(chuàng)設(shè)：學(xué)生分組活動(dòng)，使用放大鏡觀察白紙上的字，看誰(shuí)能將字放得最大。

學(xué)生匯報(bào)：將兩個(gè)放大鏡疊加在一起，通過(guò)調(diào)節(jié)字和放大鏡、放大鏡和放大鏡之間的距離，可以看到比用一個(gè)放大鏡放得更大的字。

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：其他組的學(xué)生模仿操作，發(fā)現(xiàn)在調(diào)節(jié)距離的操作時(shí)較為困難，且調(diào)節(jié)成功之后無(wú)法固定兩個(gè)放大鏡，實(shí)驗(yàn)成功率較低。

嘗試設(shè)計(jì)：學(xué)生討論后認(rèn)為，用一個(gè)套筒（滑管），兩頭固定放大鏡的鏡片，鏡筒能伸縮，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)鏡片的固定和距離的調(diào)節(jié)（如圖1）。

教師適時(shí)展示并分別介紹詹森父子制造的顯微鏡（如圖2）和安東尼·列文虎克制造的顯微鏡。

【片段2】

情境創(chuàng)設(shè)：學(xué)生嘗試用“詹森顯微鏡”觀察紙上的字，發(fā)現(xiàn)視野較暗，觀察困難。

教師介紹：我們能看到不發(fā)光的物體，是因?yàn)檫@些物體反射的光進(jìn)入了我們的眼睛，進(jìn)入我們眼睛的光線越多，視野就越亮。

提出問(wèn)題：如何能讓紙反射更多的光進(jìn)入我們的眼睛？

嘗試設(shè)計(jì)：學(xué)生首先提出可用燈泡、手電筒、蠟燭等發(fā)光的物體對(duì)著紙照射，個(gè)別學(xué)生提出可用放大鏡把光聚到紙上有字的地方，或用鏡子把更多的光射到紙上，極個(gè)別學(xué)生想到也可以讓光從紙的下面直接射向鏡片。

教師適時(shí)展示并介紹羅伯特·胡克的顯微鏡（如圖3）和實(shí)驗(yàn)室的光學(xué)顯微鏡，分析并發(fā)現(xiàn)它們?cè)隽烈曇暗脑砼c學(xué)生的設(shè)計(jì)不謀而合。

本節(jié)有關(guān)于顯微鏡的結(jié)構(gòu)、原理、放大倍數(shù)和使用等知識(shí)內(nèi)容，都可以在類似的由創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生思維，組織學(xué)生互動(dòng)尋找解決方法，追溯顯微鏡發(fā)展歷史，體驗(yàn)創(chuàng)新的美妙和成就感等一系列相扣的環(huán)節(jié)中完成。類似的，初中科學(xué)中部分蘊(yùn)含有一定文化背景，原理和設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單的儀器都可以參考這種教學(xué)模式，如溫度計(jì)、滑動(dòng)變阻器、普及型天文望遠(yuǎn)鏡等。

這樣的組織方式，使學(xué)生的學(xué)習(xí)變被動(dòng)為主動(dòng)，改接受式為探究式。技術(shù)創(chuàng)新中，“這個(gè)不行，換那個(gè)試試”的“火花”閃現(xiàn)，伴隨著豐富的情感經(jīng)歷，蘊(yùn)含著酸甜苦辣的情感因素。從儀器的發(fā)展歷程滲透文化傳承的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新的過(guò)程，能豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)，積極的情感能促進(jìn)認(rèn)識(shí)過(guò)程和意志形成，使個(gè)性品質(zhì)得到全面發(fā)展。

（二）應(yīng)用“構(gòu)造”式教學(xué)，激發(fā)審辯和創(chuàng)新

儀器構(gòu)造式教學(xué)，是在教學(xué)中，依據(jù)儀器的核心原理和技術(shù)，把儀器的主要結(jié)構(gòu)部件逐步“構(gòu)造”出來(lái)，進(jìn)行融合教學(xué)的一套程序方法。主張把儀器拆開，以問(wèn)題挑戰(zhàn)學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生不斷探求解決方案，啟迪學(xué)生進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造，從雛形到完形，逐步完善，構(gòu)造出儀器的整體。利用微探究滲透思想方法，引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際需求問(wèn)題，從而掌握儀器的本質(zhì)原理，把儀器的原理、結(jié)構(gòu)、功能、用法、規(guī)則，彼此聯(lián)系、融為一體，并在儀器的實(shí)際應(yīng)用中，培養(yǎng)學(xué)生的操作技能和實(shí)踐能力[3]。

例2? ?質(zhì)量的測(cè)量

質(zhì)量測(cè)量的常用儀器是托盤天平，其原理與刻度尺、量筒、溫度計(jì)等類似，都是測(cè)量概念的應(yīng)用——將待測(cè)量與公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。天平是一個(gè)比較精密的儀器，要讓學(xué)生真正認(rèn)識(shí)天平的原理，理解使用方法，需要精心設(shè)計(jì)情境和問(wèn)題激發(fā)學(xué)生思維。部分教學(xué)過(guò)程如下。

教師展示簡(jiǎn)易蹺蹺板模型，問(wèn)：能否用此裝置比較一個(gè)燒杯和一個(gè)50克的鐵塊哪個(gè)質(zhì)量大？

生：在蹺蹺板兩端掛上兩個(gè)籃子，再把燒杯和鐵塊分別放上去，看哪邊下沉。

教師將圖4的裝置置于講臺(tái)不平的位置，做出要放燒杯和鐵塊的姿勢(shì)。

生1：要先把蹺蹺板的底座放平。

生2：要把蹺蹺板的上面那根板也放平。

教師追問(wèn)學(xué)生原因，并將蹺蹺板模型在講臺(tái)上放置水平后，問(wèn)：現(xiàn)在這種情況，應(yīng)該怎么調(diào)成水平平衡？

生3：在左端加一小重物，并移動(dòng)重物的位置。

教師演示，學(xué)生發(fā)現(xiàn)在小重物移動(dòng)的距離微小時(shí)，很難精確判斷板的平衡情況。

發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題：如何能更精準(zhǔn)地判斷平衡，即將微小的差別放大，以方便觀察和判斷？

學(xué)生分組討論，并開展組間互補(bǔ)，得到再改進(jìn)方案：蹺蹺板中間放置一指針垂直于板面（如圖5），通過(guò)觀察指針的位置來(lái)判斷是否平衡（放大法）。

教師對(duì)學(xué)生的創(chuàng)意給予充分肯定，并創(chuàng)設(shè)類似情境，以追問(wèn)不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，解決砝碼和游碼等內(nèi)容的教學(xué)。最后，學(xué)生比較實(shí)驗(yàn)室的托盤天平與自己設(shè)計(jì)產(chǎn)品的異同點(diǎn)，理解托盤天平的原理、使用步驟以及注意事項(xiàng)。

儀器構(gòu)造式教學(xué)通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境，始終以問(wèn)題挑戰(zhàn)學(xué)生的思維，通過(guò)生生之間的質(zhì)疑批判和分析論證以綜合生成新的方案，再在實(shí)踐中不斷完善方案，構(gòu)造出精美實(shí)用的儀器。這樣的教學(xué)方式，使學(xué)生在“構(gòu)造”過(guò)程中，體會(huì)儀器涉及的關(guān)鍵規(guī)律，領(lǐng)悟儀器的原理本質(zhì)，同時(shí)很好地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和設(shè)計(jì)能力。初中科學(xué)教材中部分原理和構(gòu)造并不復(fù)雜的儀器，如彈簧測(cè)力計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)、密度計(jì)等，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)已具備了相應(yīng)的知識(shí)基礎(chǔ)，都可以采用這種教學(xué)方式。

（三）探究?jī)x器使用，提升合作溝通

溝通是合作的基礎(chǔ)，有效的溝通與合作有助于實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的創(chuàng)新。學(xué)生喜歡做實(shí)驗(yàn)，樂(lè)在探究過(guò)程，也樂(lè)在與同伴交流和觀點(diǎn)表達(dá)。在部分儀器的使用方法教學(xué)中，可以嘗試由學(xué)生觀察儀器外觀—尋找特征—提出問(wèn)題，進(jìn)行有效表述和傾聽理解，再由學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗(yàn)建立猜測(cè)，通過(guò)小組活動(dòng)進(jìn)行理性探究和實(shí)踐應(yīng)用，形成相應(yīng)技能，體驗(yàn)責(zé)任分擔(dān)和協(xié)商共贏。

例3? ?電流表的使用

電流表是電路的重要測(cè)量工具，電流表結(jié)構(gòu)的理解和使用方法的掌握，可使學(xué)生進(jìn)行后續(xù)遷移學(xué)習(xí)，提高電壓表結(jié)構(gòu)和使用方法的學(xué)習(xí)效率，影響歐姆定律、伏安法測(cè)電阻、小燈泡亮暗與電功率的關(guān)系等內(nèi)容的學(xué)習(xí)。其部分教學(xué)過(guò)程如下。

師：觀察桌上的電流表，你有什么發(fā)現(xiàn)？

生1：電流表上有一個(gè)字母A，有兩排數(shù)字，一排是0～0.6安，另一排是0～3安。

生2：電流表的外部有三個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的柱子，我猜可能是接“0.6”就按0～0.6安的進(jìn)行讀數(shù)，接“3”的就按0～3安的進(jìn)行讀數(shù)。

生3：電流表中間還有一個(gè)一字螺絲可以旋轉(zhuǎn)，我剛才試過(guò)好像它的旋轉(zhuǎn)可以帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)，我猜這個(gè)是調(diào)零用的。

……

教師布置任務(wù)：小組合作，探究電流表的使用方法，匯報(bào)電流表的使用說(shuō)明。并強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)：不能將電流表直接接在電源的兩極。（教師提供相關(guān)器材）

小組匯報(bào)。

生1：連接電流表的時(shí)候要接兩個(gè)接線柱，我們組發(fā)現(xiàn)那根標(biāo)著“-”的是必須要接的，另外兩個(gè)選其一就行，讀數(shù)按照對(duì)應(yīng)的量程來(lái)。我們?cè)囘^(guò)接“3”和“0.6”小燈泡不亮，電表沒(méi)讀數(shù)。

生2：我們組還發(fā)現(xiàn)有時(shí)候指針會(huì)往反方向偏，無(wú)法讀數(shù)。多次實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)只要讓電流從“+”的接線柱流入、“-”的接線柱流出就可以。

生3：不管是接大量程還是小量程，都能讀數(shù)，但是大量程偏轉(zhuǎn)角度比較小，讀數(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)沒(méi)那么準(zhǔn)確。我們認(rèn)為還要選擇合適的量程。

生4：電流表需要串聯(lián)在電路中才有讀數(shù)，我們組發(fā)現(xiàn)并聯(lián)在小燈泡兩端時(shí)，燈泡不亮了，而且讀數(shù)超過(guò)量程。

……

活動(dòng)過(guò)程基于目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，因未限制太多條件，學(xué)生思維比較發(fā)散，每組都能驗(yàn)證得出幾點(diǎn)使用說(shuō)明。最后通過(guò)匯總，編制一份電流表的使用說(shuō)明書，并解釋為什么不能將電流表直接接在電源的兩極進(jìn)行測(cè)量。

這樣的教學(xué)，學(xué)生從設(shè)計(jì)探究方案，到多次實(shí)驗(yàn)尋找規(guī)律，再到匯報(bào)成果，整個(gè)活動(dòng)過(guò)程都需要小組成員協(xié)同合作，責(zé)任分擔(dān)，學(xué)會(huì)傾聽同伴意見，在審辯的同時(shí)還要充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)，提升溝通能力。這一類的儀器教學(xué)，更側(cè)重于對(duì)儀器操作要領(lǐng)的理解和掌握，對(duì)于使用過(guò)程中相對(duì)較為安全的儀器，如電壓表使用、歐姆表的使用及改裝等的教學(xué)都可以采用這類方式進(jìn)行嘗試。

三、結(jié)束語(yǔ)

基于“5C核心素養(yǎng)模型”的初中科學(xué)儀器教學(xué)，應(yīng)更多挖掘儀器所蘊(yùn)含的文化背景、科學(xué)方法，以問(wèn)題或情境激活學(xué)生思維，著力于培養(yǎng)探究能力和創(chuàng)新精神，在小組式的學(xué)習(xí)中培養(yǎng)溝通和合作素養(yǎng)。初中科學(xué)中不乏儀器的教學(xué)內(nèi)容，其中蘊(yùn)含著豐富的核心素養(yǎng)培育內(nèi)涵，需要落實(shí)方法、技能、學(xué)習(xí)能力和遷移能力的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生縝密的審辯思維和探究精神，而不只是停留在知識(shí)和簡(jiǎn)單的技能層面。這樣的教學(xué)要求教師有更豐富的知識(shí)儲(chǔ)備，挖掘豐富的教學(xué)資源，如有可分解可拆卸的演示教具、多媒體資源等技術(shù)支持，要有創(chuàng)意和教學(xué)設(shè)計(jì)能力，并且在教學(xué)過(guò)程中不斷反饋調(diào)整、不斷改進(jìn)完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：2.

[2]北京師范大學(xué)中國(guó)教育創(chuàng)新研究院.5C：面向未來(lái)的核心素養(yǎng)[N].中國(guó)教師報(bào)，2018-4-11（6）.

[3]田成良.對(duì)中學(xué)物理儀器教學(xué)的思考[J].物理教學(xué)，2018（10）：22-24.