李健

認識科學本質是學生發(fā)展科學核心素養(yǎng)的重要方面。小學科學教師對科學本質有深刻理解，有助于幫助學生在學習過程中理解科學本質，提升科學素養(yǎng)，發(fā)揮學科育人的價值。在實際教學中，如何幫助學生認識科學本質，落實課程標準對發(fā)展學生科學學科核心素養(yǎng)的要求，需要我們加深對科學本質的理解，對教學路徑、策略進行深入思考與審視。

認識科學本質

什么是科學本質？我國研究者根據哲學上對“本質”的定義，認為科學本質是指科學本身所固有的、決定科學性質、面貌和發(fā)展的根本屬性。美國科學促進協會在《面向全體美國人的科學》一書中，將科學本質觀概括為科學世界觀、科學探究觀、科學事業(yè)觀三個基本維度。從系統論視角將三個基本維度對應為：科學知識的本質、科學研究的本質和科學的社會建制問題三個方面。

關于科學知識的本質，需要理解科學知識的確定性和相對真理性，知道科學知識是對自然事物及現象基于證據的解釋，并且在新發(fā)現的證據下可以不斷修正完善，也能用于對未知現象的預測。

關于科學探究的本質，需要認識到科學探究是可以采取不同的、可以重復的實證方法，結合批判性、創(chuàng)造性、直覺、想象等邏輯與非邏輯思維進行科學發(fā)現的過程。有研究者認為，科學探究的過程比科學的結論更有用，因為科學結論是暫時的、個體的，只有科學方法是可以遷移的。

關于科學的社會建制問題，《面向全體美國人的科學》一書指出：“科學是一項復雜的社會活動，科學由學科內容組成、由不同機構研究，科學研究中有著普遍接受的道德規(guī)范，科學家在參與公共事務時既是科學家也是公民?！?我們需要建立對科學與技術、科學與社會等關系的認識。

科學本質觀視角下的小學科學教學，教師不是以教會學生確定性的科學常識為目的，而是要提供條件和創(chuàng)設情境，讓學生在真實環(huán)境中，獲取對周圍事物及現象更多的直接經驗，激發(fā)他們在探究過程中產生好奇，并提出問題，同時引導他們使用多種科學探究方法，獲得對世界的解釋及探究的方法，促進探索自然世界更深層興趣的產生。有關科學本質的課堂教學方法一般認為有科學探究法和科學歷史法。

本文以《電和磁》一課為例，結合科學探究法和科學歷史法，探索在具體課例中促進學生理解科學本質，幫助他們發(fā)展核心素養(yǎng)的路徑和策略。

體現科學本質的教學

環(huán)節(jié)一：以科學歷史聚焦問題

導入：人類今天的生活已經離不開電能，但是人類大量使用電能卻不到200年。這一切，源自1820年科學家奧斯特在實驗中用電路靠近指南針時的一個偉大發(fā)現。讓我們看看這是怎樣的一個發(fā)現。

科學家是兒童的榜樣。以人類生活離不開電能進行引入，呈現科學家奧斯特及其發(fā)現的重要性，可以調動兒童與生俱來的好奇心和求知欲。

教師選擇與教學內容相關的科學歷史事件作為背景材料呈現給學生，使他們的未知與已知產生認知失衡，激發(fā)他們的探究興趣，促使他們產生了學習動機。

環(huán)節(jié)二：以科學現象形成假設并驗證

探究1：觀察實驗現象，提出科學問題。

操作：連接電路，靠近靜止的指南針，觀察指南針有什么變化，斷開電路再觀察指南針有什么變化。重復操作與觀察，思考奧斯特當年究竟觀察到了什么現象。

思考：交流觀察到的現象。由這些現象能提出什么科學問題？你對這個問題有什么解釋？

電和磁是學生已經有所理解的能量知識，200年前的科學家也力圖探尋這兩種能量之間的關系。教學中通過通電導線能讓指南針動起來這個活動，教師引導學生聚焦于這個新奇的科學現象，并與已有認知產生沖突，這與科學家當年觀察與思考如出一轍，激發(fā)了學生探索電與磁關系的學習動機。教學中，教師注重引導學生根據現象做出解釋，深入思考現象與什么事物有聯系，有怎樣的聯系，從而形成學生自己的推測：通電導線產生磁或通電導線變成鐵一樣的材料。

學習的過程，可以看作是一個試圖解決我們已經知道的與我們想知道的之間的不協調過程。教學中教師通過真實的情境再次有效地制造了認知沖突，這個情境中的兩個對比現象，有利于引導學生產生科學問題：通電導線為什么能讓指南針偏轉？學生對這個問題充滿了好奇。教師鼓勵學生基于對磁的理解，有根據地大膽想象，為他們提出假說搭建“腳手架”。學生從現象中提出科學問題，借助已有認知，通過分析論證產生兩種科學假說。這樣教學，讓學生經歷并理解科學探究中科學問題及假說的產生過程，使他們對科學問題與科學假說有了初步的理解。

探究2：設計并驗證實驗。

思考：通電導線產生磁或通電導線變成鐵一樣的材料，這是我們對問題的推測性回答，該如何驗證我們的假設？

教師引導學生參與設計驗證實驗，基于對磁的認識，分析論證驗證假說的方法：如果是產生磁，應該也有兩個磁極，靠近指南針應該有兩種現象，可吸引，也可排斥;如果是變成像鐵那樣的材料，靠近指南針應該只有一種現象，即只能被吸引。

實驗：教師協助學生將導線繞成線圈裝置，為他們的實驗搭建腳手架，有利于學生觀察、推測可能出現的現象。

學生分組實驗，觀察并記錄通電線圈靠近指南針的情況：用通電線圈的兩端分別靠近指南針一端，或用通電線圈一端分別靠近指南針的兩極。

探究活動過程是學生自主建構的過程。對學生而言，他們往往容易滿足動手實踐的樂趣，忽視探究過程中的目標，對解決問題需要收集相關證據以及分析證據的邏輯關系往往認識不清，導致活動后無法形成新的認知。所以，教師引導學生參與設計實驗的過程中，要特別關注所設計的活動及使用材料的結構性，讓他們明確實驗的目的和解決問題需要收集的證據，初步建立觀點與證據之間要協調一致的意識。

動手是學生喜歡的學習方式之一，但是他們往往容易被材料、被操作過程等其他因素干擾而失去目標，偏離研究的主題。這個教學環(huán)節(jié)中，教師要引導學生參與論證與設計驗證實驗，建立實驗與假說之間的緊密聯系，觀察什么現象、現象反映什么結論，邏輯關系清楚，目標明確。這個環(huán)節(jié)也幫助學生經歷并認識到：科學探究是嚴密的邏輯思維與實證方法的結合，假說是否正確，需要觀察及實驗的驗證，這樣就將科學探究本質的教育融入具體的教學活動中。

環(huán)節(jié)三：以實驗證據解釋現象

解釋：在實驗中觀察到什么現象？能解釋通電導線讓指南針動起來的現象嗎？

學生通過實驗，用各種方法收集到解釋假設的證據，繼而開展交流論證。學生以小組為單位，根據獲取的信息，對提出的假說進行證據支持下的解釋，并與其他小組的分析解釋進行“碰撞”，確認或修正、完善自己小組的解釋。

在前面的探究活動中，學生把所觀察到的現象與已有認知相結合，可以使解釋推理時有理（能與磁鐵發(fā)生作用的情況只有兩種：吸引像鐵一類物質的屬性和磁與磁之間同極相斥、異極相吸的屬性）、有據（實際現象是通電導線與指南針一端相吸引，與另一端相排斥），證實了通電導線產生磁。

有研究者認為，科學本質的顯性化課程設計需要強調基于證據的科學推理及其在科學理論建構中的關鍵作用。教學中，學生的解釋有理有據，他們會意識到自己的觀點需要證據支持。這樣教學，可以培養(yǎng)學生的證據意識。本課教學從科學假說的形成、基于假說的實驗設計與證據收集，到解釋現象產生的原因、形成科學發(fā)現的整個過程都凸顯了科學推理，對學生理解科學探究本質起到了較好的促進作用。

環(huán)節(jié)四：以科學歷史延伸問題

談話：奧斯特發(fā)現通電導線會使磁針發(fā)生偏轉現象以后，他又進行了三個月的實驗和研究，終于證實了電能夠產生磁。同學們也經歷了這一偉大發(fā)現的誕生過程，這一發(fā)現為人類從此大規(guī)模地開發(fā)和利用電能打開了大門。

教師引導學生回顧體驗科學家進行科學探究的過程，分享成功的喜悅。

延伸：我們研究發(fā)現電可以產生磁。請大家思考，關于電產生磁這種能量，你有什么新問題？

本課是研究電磁現象的初始課。在以前的學習中，學生對磁及其屬性已經獲得了相關的認識，此時讓他們對電產生磁這種特殊的能量進行思考，既能滿足他們的好奇心，也有助于他們對電磁這種能量提出新的探究性問題，從而促進他們開展科學探究活動，幫助他們系統、全面地獲得電磁能量的知識。

教學從引入問題開始，到問題解決結束，將科學知識的背景、與科學本質相關的學習任務進行了有機結合。教學設計與實施，生動地展現了科學發(fā)展過程的真實情景及其社會影響，彰顯了科學發(fā)展過程中所蘊含的科學本質要素。

促進學生理解科學本質的教學應當幫助他們在探究周圍世界的過程中，激發(fā)探究興趣和提出新問題。本課教學不以問題解決作為終點，而是以產生新的科學問題為目的。通過引導學生提問，評估他們對電磁現象的理解，體現了單元起始課對激發(fā)學生持續(xù)、連貫地參與科學探究的重要價值。

對體現科學本質教學的思考

隨著《義務教育小學科學課程標準》的頒布，如何引導學生認識科學本質，越來越受到廣大科學教師的重視。與科學本質相關的課程資源開發(fā)、教師對科學本質的理解、在課堂教學中凸顯科學本質是促進學生科學本質觀發(fā)展的重要路徑。

1.挖掘科學史資源，教學設計關注科學本質的顯性體現

重視科學史資源，把科學的思想觀念、典型事例、演變發(fā)展過程融入科學課程與教學之中，已成為當代科學教育改革與發(fā)展的一大特點。發(fā)揮科學史在小學科學教學中的作用，使學生在受到科學方法、科學精神、科學態(tài)度和人文精神等方面的陶冶中，提升創(chuàng)新精神和實踐能力，進而提升科學素養(yǎng)，已在目前的小學科學教材和教學設計中，逐漸受到關注，但相關的課程內容并不多見。我們應當挖掘適合兒童理解科學本質的科學史事件，把它們作為教學資源，將事件的發(fā)展過程融入科學教學設計中，將難以認識和內化的科學本質在課堂教學過程中顯性化實施，促進學生認識科學本質。

2.提升教師對科學本質的深刻理解

有研究者認為，教師對教學本質的認識，顯著地影響著課堂教學內容的選擇、目標的確立、過程的設計及教學方法的決策，進而使課堂教學影響學生對知識的理解。還有研究者根據對我國科學教師的調查分析發(fā)現：目前應該從我國的傳統文化與科學性質關系的角度，以教學實踐中的實際問題為出發(fā)點，對科學教師進行“科學性質”的培訓。這些研究表明，關注教師個人的科學認知系統發(fā)展是實現科學本質教學的重要路徑之一。通過各種培訓，促進科學教師對科學本質的深刻理解是解決科學教學體現科學本質觀的重要策略。

3.轉變教學方式，幫助學生理解科學本質

教無定法，貴在得法。在本課教學中，教師仍然有“講科學”“教科學”的問題。事實上，即使課講得很好，許多學生實際理解的東西也比我們認為他們理解的東西要少。教師要積極轉變教學方式，以學生為中心，以學習為中心，在科學教學中運用關注學生學習的教學方法，努力實現“課堂革命”。教師要幫助學生從自然界的問題開始，采取小組合作學習的方式讓他們積極參與，引導他們把注意力放在收集和使用證據上，教師要把求知與發(fā)現的過程結合起來，幫助學生理解科學本質，發(fā)展科學核心素養(yǎng)。

（本文系“新科學課程提升小學生創(chuàng)造力的實踐研究”課題研究成果之一，課題批準號：2017-WT-08。）

重慶市北碚區(qū)教師進修學院（400700）？？