◎ 陳 琳

一、背景和目的

2016年3月，《以大概念理念進行科學教育》［1］一書中提出了十項科學教育的原則，挑選出了十個核心科學概念和四個關(guān)于科學的概念，并期望通過這項努力，能為科學教育改革提供幫助。該理念在實證性科學研究的支持下，進一步明確了科學教育改革的方向，設(shè)計了科學教育的內(nèi)容構(gòu)架、學習方法、學生評價、對教學過程的評估等內(nèi)容。以此為基礎(chǔ)的“科學大觀念”所指的不僅是學科內(nèi)的科學大觀念，同時也是交叉于各學科的科學大觀念和關(guān)于科學本質(zhì)的大觀念。

科學大觀念是科學教師手中的“棋譜”。用科學大觀念指引教學就是遵從科學概念的內(nèi)涵與外延，靈活地用“棋譜”去找準學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)置能引導學生思維的問題鏈，并基于這些問題鏈，再將教學目標具體化?；诖?，筆者以初中科學中的一節(jié)拓展課“魚的沉浮”為例，闡述如何在“科學大觀念”理念的指引下進行教學設(shè)計。

二、教學過程與分析

（一）教學目標和學情分析

科學大觀念不僅涵蓋學科知識方面的大概念，也包括科學的研究方法、研究對策及科學的態(tài)度、價值觀等?；诖?，“魚的沉浮”這節(jié)課圍繞知識與技能，過程與方法，情感、態(tài)度與價值觀這三個方面的教學目標如下。

【知識與技能】

（1）了解網(wǎng)絡(luò)信息檢索的基本方法，學會根據(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、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)度與價值觀】

（1）體驗小組合作，樂于表達同時也能關(guān)注他人的見解。

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

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，小學科學課中已經(jīng)涉及探究沉浮的條件。學生在六年級第一學期科學教材“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。因此，本節(jié)課是對這一學習內(nèi)容的拓展和延伸。

（二）教學活動設(shè)計

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

表1 教學活動一

接著教師提供給學生材料，讓學生通過相互合作，共同制作一條能沉浮的魚。在這個過程中，學生動手、動腦，結(jié)合科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)等多種學科的技能來開展跨學科學習?；顒泳唧w內(nèi)容見表2。

表2 教學活動二

教師再一次將視頻慢速播放，引導學生發(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。通過引發(fā)思維沖突，學生進而轉(zhuǎn)換角度再次查找資料，發(fā)現(xiàn)魚沉浮的其他方式?；顒泳唧w內(nèi)容見表3。

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

表3 教學活動三

跨學科教學是以學生的多元智能發(fā)展為目標，通過整合多個學科的知識來發(fā)展多元智能的教學活動。在教學過程中，構(gòu)建一個跨學科的知識網(wǎng)絡(luò)，將多學科教學內(nèi)容整合與集結(jié)?！棒~的沉浮”教學內(nèi)容主要涉及物質(zhì)科學、生命科學、信息技術(shù)、勞動技術(shù)等學科。

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

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

以學習者為中心的活動，為學習者的學習和創(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本，結(jié)合學生實際，合理地加以創(chuàng)新和升華，創(chuàng)建智慧的課堂氛圍，使學習真正成為學生自發(fā)的內(nèi)在需求，進而自然生成創(chuàng)新能力。

表4 教學活動四

三、教學反思

科學課程對學生思維能力的關(guān)注點主要體現(xiàn)在：觀察記錄的習慣、歸納總結(jié)的能力、推理演繹的方法三個方面，并以此為基礎(chǔ)培養(yǎng)學生的決策力和創(chuàng)新力。因此，教師在用科學大觀念提升學生的思維能力時，可以基于以下設(shè)計思路：學生通過觀察記錄、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，學生通過觀察魚的運動、查詢資料探究沉浮原理形成假說，通過模型驗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想到設(shè)計實驗，但科學探究并不一定都是實驗探究。正如著名物理學家密里根所說：“科學是在用理論和實驗這兩只腳前進的，有時是這只腳先邁出一步，有時是另一只腳先邁出一步，但是前進要靠兩只腳：先建立理論然后做實驗，或者是先在實驗中得出了新的關(guān)系，然后再邁出理論這只腳并推動實驗前進，如此不斷交替進行。”對學生終身學習能力的培養(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。教師通過引導學生查詢資料和上傳發(fā)表，培養(yǎng)學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

科學探究不是一帆風順的，因此在設(shè)計活動時應(yīng)該有曲折，有多種可能的研究方向?？茖W探究的過程通常會經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問題—提出假設(shè)—設(shè)計實驗—獲取證據(jù)—檢驗評價—表達交流”六個環(huán)節(jié)，而假設(shè)的提出和實驗的設(shè)計又是基于之前已有的理論，每一次的檢驗評價和表達交流后往往會產(chǎn)生新的問題。人類對自然的認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)該是學生不了解或不完全了解的，這樣在探究過程中就會出現(xiàn)爭議、反復、波折。

學生經(jīng)歷了這樣的小波折，從而能在活動過程中體會到：一個簡單現(xiàn)象的背后可能有很復雜的原因。進一步探究后，學生還能體會：一個結(jié)果的形成可能是多個因素共同作用的結(jié)果。這樣的探究學習是思維的訓練，思維訓練的結(jié)果是學生在接受信息的同時會思考和判斷，從而思維具有辯證性和批判性。

科學往往會被認可的是結(jié)果，但把這些結(jié)果當作科學本身是不恰當?shù)?，追求科學真諦的過程才是科學最重要的本質(zhì)。本節(jié)課中有三個小目標，分別是：檢索和發(fā)表、制作和測試、二度檢索和分析。這三個小目標逐漸達成的過程是學生經(jīng)歷了“現(xiàn)象—假說—建?！炞C—修正假說”完整的科研過程。多次經(jīng)歷這樣的小科研，學生的科學習慣就會逐步養(yǎng)成，學生的科學思維就會逐步提升。

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