沙琦波，浙江省寧波市四眼碶中學初中科學教師，正高級教師、浙江省特級教師，全國自制教具能手、教育部新時代中小學名師名校長培養(yǎng)對象，獲2022年基礎(chǔ)教育國家級教學成果獎二等獎，著有《創(chuàng)意科學STEAM》《我這樣教初中科學：指向核心素養(yǎng)培養(yǎng)》等。

1993年，是浙江省九年制義務(wù)教育課程體系改革全面鋪開的第一年，物理、化學、生物等學科統(tǒng)一整合為“科學”。彼時，沙琦波剛剛升入初中，她自覺是一個幸運的人，學生時代遇到的教師與過往的學習經(jīng)歷讓她自那時起就懷有教書育人的理想。10年后，沙琦波如愿以償，成為一名初中科學教師?；赝麖慕桃詠淼狞c滴，她覺得自己從新手教師成長至今所走過的歷程，正契合朱光潛先生談練字時提出的“疵”“穩(wěn)”“醇”“化”四境界。從青澀、規(guī)范、成熟，到形成自己的風格與體會，每一階段，她都堅持讓學生“動手動腦學科學”，努力建構(gòu)指向核心素養(yǎng)的科學教育。

自制教具，為學生建構(gòu)科學觀念

不論是區(qū)域活動，還是市級公開培訓，抑或省里組織的交流活動，剛踏上講臺的那段時間，沙琦波總是盡可能抓住一切機會聆聽優(yōu)秀教師分享經(jīng)驗。起初，她和臺下學生的反應(yīng)一樣，覺得演示科學實驗是一件十分新奇的事情?？吹枚嗔耍艥u漸發(fā)現(xiàn)，許多出彩的課堂都有注重實驗的共同點。

此后，沙琦波開始邊模仿邊探索。她認為，學好科學的第一步是認識科學，教材中涉及的每一個概念都是學生從某個特定角度認識科學的起點。而初中科學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，要想讓學生深入理解“何為科學”，就應(yīng)該讓他們在實驗中充分感知抽象概念背后的內(nèi)容，從而形成對一切客觀事物的總體認識。

于是，沙琦波成了學校里往實驗室跑得最勤的教師，經(jīng)常請實驗員幫忙準備實驗器械和材料。如果實驗室沒有，她就去校外搜羅。教授《綠色開花植物的營養(yǎng)器官——葉》一課前，沙琦波為尋找各類帶葉植物詢問了很多人，還幾乎跑遍了寧波大大小小的花鳥市場。講單葉和復(fù)葉時，她就拿出幾株新鮮的月季和垂絲海棠，帶學生一起用顯微鏡觀察兩者葉片的區(qū)別；講葉的著生方式時，她又掏出幾枝日本晚櫻、黃楊和夾竹桃，讓學生分析它們著生在樹枝上的葉柄有哪些排列規(guī)律。

如此用心的準備并非一時心血來潮的結(jié)果，沙琦波對實驗的重視體現(xiàn)在日常的每一堂課。即便教材中沒有要求演示的內(nèi)容，她也盡力創(chuàng)造條件帶學生進行探究。不過，一度令她苦惱的是，現(xiàn)成的教學儀器難以滿足多樣化的教學需要，有時即便去校外也難以找到理想的儀器模型。直到2006年，一次自制教具評比的參賽經(jīng)歷為她叩開了解決這個問題的一扇門。

評比初選階段，沙琦波用塑料瓶、氣球和橡皮膜做了一個模擬人體呼吸的裝置，用以演示膈肌運動引發(fā)呼吸的原理和過程。一番簡單操作后，臺下的學生馬上理解了，使她備受鼓舞。此后，每當找不到合適的儀器模型，她便嘗試自己制作或改良教具。以科學教材“植物向光性”一課為例，為讓學生了解植物胚芽向光彎曲生長的原理，沙琦波設(shè)計了一個類比實驗。她找來兩條大小、形狀相同的鐵片和銅片，緊緊地將它們鉚合在一起。加熱后，由于相同條件下，銅受熱后的膨脹速度更快，很快超過了鐵片的長度，并向鐵片一側(cè)側(cè)彎。通過觀察實驗，不少學生一下子理解了胚芽細胞向光生長的過程?！安蛔鰧嶒灒蛟S學生也能直接將結(jié)論背下來，但單純的記憶過程無法幫助學生建構(gòu)科學觀念。自制教具的作用就在于能夠清晰呈現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)象，讓學生看得清楚、想得明白，讓他們能夠感受自然現(xiàn)象蘊含的科學規(guī)律?！鄙崇ㄕf道。

深入實踐，探究生活的智慧

2014年，沙琦波調(diào)任中小學區(qū)級教研員，負責中小學科學及綜合實踐課程的教研工作。因為兼顧的學科與學段較多，她的視野變得愈加寬廣。站在新的視角，沙琦波看過許多科學課堂，她發(fā)現(xiàn)，很多教師注重學生的動手實踐，不過，他們的目標往往在于讓學生熟練掌握教材中的操作技能。“可是將來有多少學生會在實驗室操作科學教材里的實驗?zāi)?？”每每向授課教師提問后，沙琦波自己也會陷入思考。她認為，科學這門課程應(yīng)該讓學生學會科學知識，更應(yīng)幫助他們獲得了解和探索世界的能力。一些學生畢業(yè)后，之所以不能靈活應(yīng)用科學知識，不是因為學習成績差，也不是因為所處環(huán)境缺少相關(guān)科學因素，而是他們僅掌握了實驗室里的“死知識”，沒有生長出自主探究的能力。這樣一來，一旦脫離熟悉的問題和情境，學生就會因為“沒學過”而不知所措。

2018年，沙琦波帶著新的思考回到了學校。她提出建構(gòu)“初中科學6E實踐作業(yè)”，即立足挖掘（Excavation）、探索（Exploration）、經(jīng)歷（Experience）、延伸（Extension）、迭代（Evolution）、評價（Evaluation）6個環(huán)節(jié)，對來源于教材、自然、社會的實踐作業(yè)重新架構(gòu)，幫助學生學會“為什么思考”“怎樣思考”。

講到二氧化碳的物理性質(zhì)時，沙琦波帶學生來到實驗室，她為每個人準備了兩個空針筒，請他們分別吸取30毫升的水和二氧化碳，再將吸取的二氧化碳全部注入吸有水的針筒。靜置一分鐘后，她提問：“吸有水和二氧化碳的針筒現(xiàn)在顯示的體積是多少？”有學生回答：“48毫升?！彼謫枺骸盀槭裁炊趸己退目傮w積變小了？”學生說：“應(yīng)該是二氧化碳藏到水里面去了?！鄙崇c頭表示贊同，繼續(xù)問：“那為什么會是48毫升呢？”之后學生便開始討論，有人說可能部分二氧化碳還沒有溶解，幾分鐘后體積可能就會變得更??；有人說集氣瓶中的二氧化碳純度不足，混入了其他不能溶于水的氣體；還有人說吸取的水中有溶解的二氧化碳，目前溶解度已接近飽和……在沙琦波看來，用一瓶汽水就能為學生講清二氧化碳溶于水的道理，之所以要花費這么多時間，是為了讓學生能夠結(jié)合實際提出問題與猜想，學著分析標準答案之外的多種可能。

沙琦波對學生探究能力的培養(yǎng)不只發(fā)生在課堂。每年寒暑假期，她都會為學生布置一份實踐作業(yè)清單，比如參觀附近的自來水廠和污水處理廠，讓他們了解凈化污水的整套流程，再借助所學知識與網(wǎng)絡(luò)，小組合作設(shè)計能夠凈化校園污水的簡易裝置。學生上交作業(yè)后，沙琦波還會讓他們進行全班展示，請其他小組進行打分，共同總結(jié)、歸納每個裝置的優(yōu)缺點，并對原有裝置加以改進。又如，請學生做好垃圾分類的背景調(diào)查，之后組織他們?nèi)ダ幚韽S了解垃圾分類的價值及垃圾燃燒發(fā)電的原理，并在民間尋找、驗證“變廢為寶”的方法。周末空閑時，她還會帶學生走進田野，觀察不同植物的花與果實的特點，看植物對光照的刺激會有哪些反應(yīng)；與學生一起參加農(nóng)忙，學習農(nóng)民挑選種子的經(jīng)驗與方法，探索密度和浮力的應(yīng)用……沙琦波表示，每個學生都應(yīng)該重視自然和社會這兩本“活教材”，認真鉆研過后，往往會發(fā)現(xiàn)許多生活的智慧。

教學“快車道”，助力提升科學思維

在教育信息化快速發(fā)展的背景下，沙琦波申報了“指向核心素養(yǎng)的信息技術(shù)與科學教學融合的實踐研究”課題。經(jīng)過閱讀大量案例，她發(fā)現(xiàn)部分教師對于信息技術(shù)只是“為了應(yīng)用而應(yīng)用”，不僅沒能充分挖掘信息技術(shù)的使用價值，還給日常教學帶來了負擔。沙琦波認為，信息技術(shù)有多種形式，如果教師不加篩選地利用，課程反而會被工具所綁架；只有按需取用，才可以進入教學的“快車道”。

她指著工位上的傳感器舉了一個例子——探究“做功改變內(nèi)能”時，有教師會演示“變色魔術(shù)”實驗，如果只是想讓學生通過觀察紙團顏色變化理解氣體做功的過程，只需借助感溫變色紙團與帶活塞的針筒即可實現(xiàn)；如果還想進一步探究實驗中“做功與溫度的關(guān)系”，則可以再利用傳感器精確記錄溫度變化的數(shù)據(jù)，為學生解釋現(xiàn)象與數(shù)據(jù)的關(guān)系。

信息技術(shù)能夠?qū)逃l(fā)揮什么樣的作用，關(guān)鍵在于使用者如何應(yīng)用。在沙琦波看來，信息技術(shù)融合科學教育真正需要解決的問題，是有效幫助學生樹立科學思維。“之前由于技術(shù)限制，部分實驗難以在課堂上操作，不少教師便直接讓學生掌握結(jié)論，忽略了結(jié)論得出的過程，這也就跳過了學生概括客觀事物、建構(gòu)思維模型的環(huán)節(jié)。”經(jīng)過總結(jié)和提煉，她提出適配不同課型的信息技術(shù)應(yīng)用方法——

新授課應(yīng)注重過程?？捎媒换ゼ夹g(shù)、Flash等信息化工具，讓學生以現(xiàn)象為起點，一步步了解得出結(jié)論的全過程，實現(xiàn)認知的層層遞進。沙琦波舉例，在探究實驗“影響聲音高低的因素”中，教師可以連接電腦與振動頻率傳感器，讓學生一邊傾聽不同樂器發(fā)出的聲音，一邊觀察電腦屏幕上的波紋線，通過對比，學生就可以自主總結(jié)聲音高低與物體振動頻率的關(guān)系。

復(fù)習課應(yīng)注重連通?？赏ㄟ^在線微課、微課板等平臺幫助學生串聯(lián)高頻重難點，建構(gòu)知識體系，分類、比較各個模型之間的異同。相比于檢查背誦、設(shè)置填空題等方式，沙琦波更喜歡嘗試借助信息技術(shù)誘發(fā)學生動腦思考。帶學生復(fù)習“葉片結(jié)構(gòu)與功能”的課堂上，她編制的Flash拼圖游戲，可以讓學生根據(jù)各部分“零件”的形狀還原完整的葉片結(jié)構(gòu)，加深對“葉”的整體把握。

實驗課應(yīng)注重發(fā)現(xiàn)?？山柚鷤鞲衅鳌⑼良夹g(shù)等，讓學生直觀地感受物體的變化過程，從不同角度觀察、思考問題。一次，沙琦波發(fā)現(xiàn)部分學生常在“勻速直線運動二力平衡”圖像的問題上出錯，關(guān)于這部分內(nèi)容，教材中只探究了“靜止狀態(tài)下的二力平衡”，并以“物體靜止時得出的結(jié)論同樣適用于物體做勻速直線運動時的情形”一句帶過，省略了實驗的具體過程、數(shù)據(jù)的測定來源，以及數(shù)據(jù)與圖像的關(guān)系。她覺得，這或許正是問題的癥結(jié)所在，于是拿來馬達和鉤碼，讓物體帶著鉤碼分別做向上和向下的勻速直線運動，再連接力傳感器與光電門，將隨時間變化測定的拉力數(shù)據(jù)實時呈現(xiàn)在電腦屏幕上，之后學生就能將這些數(shù)據(jù)繪成“s-t坐標圖像”。

今年7月，沙琦波主持的《信息技術(shù)與教學深度融合：初中科學20年探索》項目榮獲基礎(chǔ)教育國家級教學成果二等獎。她真誠地希望，每一名科學教師都能為指向核心素養(yǎng)的科學教育書寫美好未來，為教育“雙減”中做好科學教育加法貢獻熒熒微光。