嚴(yán)昔波

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生探究活動(dòng)的重要載體，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的常見類型有比較實(shí)驗(yàn)、析因?qū)嶒?yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)、判決實(shí)驗(yàn)等。在科學(xué)探究過程中，在難以直接拿研究對(duì)象做實(shí)驗(yàn)時(shí)，就需要用模型來做實(shí)驗(yàn)，即模仿實(shí)驗(yàn)對(duì)象制作模型，或者模仿實(shí)驗(yàn)的某些條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣的實(shí)驗(yàn)叫做模擬實(shí)驗(yàn)。

小學(xué)科學(xué)課中涉及天文宇宙、地理環(huán)境等很多探究活動(dòng)，都需要通過模擬實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生進(jìn)行認(rèn)識(shí)。然而在很多情況下，教師在針對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)時(shí)，都注重了如何讓學(xué)生做好模擬實(shí)驗(yàn)，卻忽視了模擬實(shí)驗(yàn)中學(xué)生內(nèi)在思維的發(fā)展，即沒有從學(xué)生角度來思考為什么要做模擬實(shí)驗(yàn)，一次模擬實(shí)驗(yàn)的價(jià)值是不是僅僅在于解決科學(xué)知識(shí)的認(rèn)知？

《證明地球在自轉(zhuǎn)》是五年級(jí)下冊(cè)教科版科學(xué)《地球的運(yùn)動(dòng)》單元的第三課。本課的教學(xué)在前兩課的基礎(chǔ)上，學(xué)生通過了解傅科擺和模擬傅科擺實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到傅科擺是證明地球在自轉(zhuǎn)的直接證據(jù)。

教材的安排是：[活動(dòng)一]認(rèn)識(shí)擺的特點(diǎn)，在轉(zhuǎn)盤不轉(zhuǎn)和平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)90°、180°、360°后，擺的方向依舊保持不變，得出擺具有保持?jǐn)[動(dòng)方向不變的特點(diǎn)；[活動(dòng)二]介紹傅科擺，告訴學(xué)生傅科擺在一段時(shí)間后擺擺動(dòng)的方向和地面上的刻度盤之間會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，思考為什么發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，得出地球在自轉(zhuǎn)的結(jié)論；[活動(dòng)三]進(jìn)一步反思自己對(duì)晝夜交替現(xiàn)象的解釋，去掉不合理的因素，保留需進(jìn)一步探究的因素。

教材的體系是模塊化的，需要教師在教學(xué)時(shí)根據(jù)學(xué)生的年齡、身心特點(diǎn)進(jìn)行重新組合和調(diào)整，以利于學(xué)生思維的發(fā)展。然而，我們?cè)诮虒W(xué)中，聽得最多的就是“常態(tài)化”的教學(xué)，即按照教材按部就班，把學(xué)生當(dāng)成是接受“知識(shí)”的容器，教師負(fù)責(zé)的就是如何向?qū)W生解釋這些科學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生明白。殊不知，這樣的教學(xué)，學(xué)生在“探究”的過程中，雖然興趣盎然地參與了各項(xiàng)活動(dòng)，但自己思考得很少，引起的思維沖突就更少！對(duì)科學(xué)質(zhì)疑精神、探究精神的培養(yǎng)是極為不利的。

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：科學(xué)課以培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，積極倡導(dǎo)讓學(xué)生親身經(jīng)歷以探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)他們的好奇心和探究欲，發(fā)展他們對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，使他們學(xué)會(huì)探究解決問題的策略，為他們終身的學(xué)習(xí)和生活打好基礎(chǔ)。因此，我們?cè)诿鎸?duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)時(shí)，應(yīng)注重對(duì)教材進(jìn)行文本解讀，找出適合學(xué)生探究的出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)學(xué)生思維激發(fā)的疑惑點(diǎn)，提升學(xué)生的思維品質(zhì)，從而促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)展。

根據(jù)學(xué)生的思維發(fā)展要求，我對(duì)《證明地球在自轉(zhuǎn)》的一課設(shè)計(jì)中學(xué)生的思維發(fā)展思路是：肯定→否定→再否定→再肯定。具體地說：

1.肯定：肯定傅科擺的方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)

首先，教師讓學(xué)生回憶以前學(xué)過的擺的特點(diǎn)。學(xué)生明確擺在擺動(dòng)時(shí)，在沒有受到外來因素（如風(fēng)的影響，按一條直線擺動(dòng)）時(shí)，擺的方向不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

然后，教師簡介傅科及傅科擺的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀看傅科擺的錄像。學(xué)生從錄像中發(fā)現(xiàn)了傅科擺隨著時(shí)間的推移，擺的方向與地面上的刻度盤之間發(fā)生了方向上的偏轉(zhuǎn)。此時(shí)，學(xué)生心中激起了一個(gè)大大的疑問：為什么傅科擺會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？這個(gè)疑問是學(xué)生探究的起點(diǎn)，老師在這里要做足文章，讓學(xué)生充分猜測(cè)：是不是擺的方向真會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？

2.否定：擺的方向不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)

由于學(xué)生看到傅科擺的錄像，對(duì)原先擺具有保持?jǐn)[動(dòng)方向不變的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了懷疑。針對(duì)學(xué)生的懷疑，教師必須讓學(xué)生通過自己的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的懷疑，即對(duì)思維上的沖突進(jìn)行解釋和求證。

教師先讓學(xué)生做一個(gè)簡單的擺（擺線長一點(diǎn)，擺錘重一點(diǎn)，擺線的上端用夾子夾住固定，盡可能減少外界因素對(duì)擺擺動(dòng)的干擾），試著按不同的方向各擺兩分鐘，觀察擺的方向是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)擺的方向不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

學(xué)生的思維具有單一發(fā)展的特點(diǎn)，他們很少同時(shí)關(guān)注兩個(gè)以上的現(xiàn)象。即在傅科擺的錄像中，學(xué)生關(guān)注的焦點(diǎn)是擺在方向上的偏轉(zhuǎn)，很少有學(xué)生關(guān)注到擺的方向是相對(duì)于地面上的刻度盤的方向發(fā)生的偏轉(zhuǎn)。因此，教師在學(xué)生思維的沖突中，不能讓學(xué)生陷入兩難的境地，即對(duì)兩種現(xiàn)象都無法解釋。教師應(yīng)向?qū)W生提供進(jìn)一步研究的方向，讓學(xué)生在“山重水復(fù)疑無路，柳暗花明又一村”的豁然開朗中達(dá)到認(rèn)知和思維上的提升。

教師在學(xué)生矛盾和困惑時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生猜一猜：如果按一個(gè)方向慢慢而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)底盤，擺的方向是否會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)呢？大部分學(xué)生依據(jù)經(jīng)驗(yàn)會(huì)認(rèn)為擺的方向會(huì)隨著轉(zhuǎn)動(dòng)的方向而偏轉(zhuǎn)！此時(shí)，教師提供轉(zhuǎn)動(dòng)的底盤，讓學(xué)生試著按一個(gè)方向緩慢而平穩(wěn)地90°、180°、360°轉(zhuǎn)動(dòng)底盤，觀察擺的方向。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，無論朝哪個(gè)方向，無論轉(zhuǎn)動(dòng)多少角度，擺依舊保持?jǐn)[動(dòng)的方向而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)！從而進(jìn)一步鞏固擺具有保持?jǐn)[動(dòng)方向不變的特點(diǎn)。

3.再否定：傅科擺不是擺的方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)

第一次觀看傅科擺的錄像，學(xué)生建立了擺的方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的印象，這是一個(gè)錯(cuò)誤的印象。緊接著，學(xué)生通過自己的再一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了原先正確的認(rèn)知：擺的方向不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。學(xué)生會(huì)因自己的驗(yàn)證而否定傅科擺的實(shí)驗(yàn)。

思維的沖突在于如何解決學(xué)生自己的擺不會(huì)偏轉(zhuǎn)和傅科的擺會(huì)偏轉(zhuǎn)。此時(shí)，教師需要將學(xué)生進(jìn)一步置入模擬情境中去發(fā)現(xiàn)問題。教師可以用一個(gè)圓桌的轉(zhuǎn)盤和一個(gè)照相機(jī)的三腳架做成一個(gè)大的擺，在圓桌轉(zhuǎn)盤面上貼一條雙面膠表示擺運(yùn)動(dòng)的軌跡，讓學(xué)生來擺一擺這個(gè)擺。教師先讓學(xué)生站在軌跡的一端，擺動(dòng)擺后，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，學(xué)生和圓盤一起按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)90°后，問下面的學(xué)生：擺的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)了嗎？（沒有，因?yàn)閿[擺動(dòng)的方向相對(duì)于下面的學(xué)生位置沒有發(fā)生變化）。再問：擺相對(duì)于做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)了嗎？（偏轉(zhuǎn)了，從原先的水平方向變成了垂直方向）。再追問：為什么做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生看起來，擺的方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？此時(shí)，學(xué)生豁然開朗：原來傅科擺看起來會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是因?yàn)槿藗兒娃D(zhuǎn)動(dòng)的底盤在一起轉(zhuǎn)動(dòng)的緣故。如果把轉(zhuǎn)動(dòng)的底盤擴(kuò)大，擴(kuò)大到和地球一樣，那么，人在地球這個(gè)大轉(zhuǎn)盤上，就只看到傅科擺在發(fā)生偏轉(zhuǎn)了，偏轉(zhuǎn)的原因是地球在轉(zhuǎn)動(dòng)。

在學(xué)生理解的基礎(chǔ)上，教師讓學(xué)生再一次觀看傅科擺的實(shí)驗(yàn)錄像，讓學(xué)生進(jìn)一步理解為什么傅科擺看起來在一段時(shí)間內(nèi)擺的方向會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)？

這一過程，是學(xué)生思維聯(lián)系和判斷的過程。學(xué)生通過錄像的觀看，通過自己的模擬實(shí)驗(yàn)，把兩者聯(lián)系起來考慮，原來并不是傅科擺擺動(dòng)的方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，而是和自己的模擬實(shí)驗(yàn)一樣，整個(gè)擺的底盤在轉(zhuǎn)動(dòng)！

4.再肯定：傅科擺證明地球在自轉(zhuǎn)

學(xué)生通過自己的模擬實(shí)驗(yàn)，證明隨著擺底盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)使擺的方向和底盤上的標(biāo)尺的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。那么，傅科擺擺動(dòng)的方向和地面上刻度盤之間的偏轉(zhuǎn)，是什么在轉(zhuǎn)動(dòng)呢？學(xué)生聯(lián)系到地球就好比是一個(gè)大的轉(zhuǎn)盤，擺在地球上擺動(dòng)，隨著地球的轉(zhuǎn)動(dòng)，擺的方向就慢慢發(fā)生了偏轉(zhuǎn)！

如果僅僅認(rèn)識(shí)到這一層，那對(duì)傅科擺的認(rèn)識(shí)還是膚淺的。教師可以進(jìn)一步挖掘?qū)W生的思維，讓學(xué)生仔細(xì)觀察：（1）傅科擺偏轉(zhuǎn)的方向是順時(shí)針還是逆時(shí)針？（2）傅科擺多長時(shí)間偏轉(zhuǎn)一周？（3）為什么傅科擺要用60余米長的細(xì)金屬擺線和重達(dá)27千克重的擺錘？這些問題的思考，對(duì)學(xué)生是有益的，使學(xué)生在觀察現(xiàn)象時(shí)能更多地思考與之相關(guān)聯(lián)的問題。

同樣的一課教學(xué)內(nèi)容，老師站的角度不同，關(guān)注學(xué)生的思維發(fā)展不同，設(shè)計(jì)的教學(xué)流程不同，對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)也就不同。

科學(xué)探究活動(dòng)中的模擬實(shí)驗(yàn)和其他實(shí)驗(yàn)一樣，實(shí)驗(yàn)的目的不僅僅在于獲取正確的科學(xué)知識(shí)，更重要的是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，掌握一定的科學(xué)探究技能和方法，在思維上得到訓(xùn)練和發(fā)展，從而通過一次次的探究實(shí)驗(yàn)為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

編輯 謝尾合endprint