尋找科學課堂中的“科學味

不同學科都有自己獨特的學科特點，語文學科注重語言的品味，數學學科注重思維的嚴密性，科學學科也應該有自己的特點，體現出濃濃的“科學味”。科學課堂教學要體現“科學味”，實質就是要在課堂教學中體現出“科學本質”。“科學本質”是體現科學課程與眾不同的獨特之處，是一堂科學課之所以為科學課的本質之所在。那么，如何在科學課堂中實施突出“科學本質”的教學呢？教師除了要有優良的教學設計能力外，還需要對“科學本質”有深刻的認識與體悟。

“科學本質”到底是什么？不同的哲學流派有著不同的解釋，并非幾句話就能言明。然而需要著重強調的是“科學本質”不僅僅體現在科學知識與其他學科知識有不同之處，更體現在科學方法、科學過程及科學精神有其獨特之處。本文無意也無法羅列所有的科學本質特征，而且，有些能體現科學本質的特性如波普爾所強調的“證偽性”也很難在基礎教育階段的課堂中進行闡述。本文嘗試選擇一些有利于課堂教學設計的、又能體現科學本質的要素，把利用這些要素進行教學設計的課堂以案例的形式呈現出來，進行分析，以期對大家有些許啟發。

一、 尋找證據——科學知識的來源

“科學是以多樣統一的自然界為研究對象的探究活動，是建立在證據和理性思維的基礎上的。”［1］任何科學結論都需要有相應的證據來證實。生物真的是在不斷地進化嗎？馬的化石就是一個強有力的證據；地球真的是圓形的嗎？月食就是一個強有力的證據。科學是一門講究證據的學科，在科學課堂教學中也可用尋找證據的方式來進行教學設計，培養學生養成用證據說話的思維習慣。

案例1《摩擦的利和弊》

在《摩擦的利和弊》教學設計中，教師往往先對摩擦進行分類，然后逐一講解各類摩擦的特點，最后分析增大或減小摩擦的各種方法。整堂課的順序就是教師講解加適當實驗。為突出科學的本質，我們可以要求學生設計實驗尋找證據來設計課堂教學。

引入新課后，讓學生通過尋找證據來研究固、液、氣三者之間的摩擦問題。

（1） 固體之間是否存在摩擦？當手在桌子上向后運動時，會感到有一個力在“拽”著手不讓其運動，這就是證據，但不夠明顯，能否找到一個更易為大家接受的證據？這時可引導學生用毛刷在桌面上運動，毛會發生明顯的彎曲。此實驗不但表明固體間存在摩擦，而且也能說明摩擦力的方向問題。很明顯這個證據較上一證據更能說明問題。

（2）固體與氣體之間、固體與液體之間是否也存在摩擦？科學是講究證據的學科，我們應有足夠的證據來解釋這些問題。證據可以在日常觀察中所得，也可以通過設計實驗而來。

（3）學生提出如和平號空間站碎片穿越大氣層及隕石在大氣中燃燒等證據來說明固體與氣體之間存在著摩擦。這是平時閱讀觀察所得來的證據。對于固體與液體之間的摩擦，可讓學生設計實驗來提供證據。如讓單擺分別在空氣和液體中擺動看哪個單擺先停下來（如圖1），從而得出固體與液體間也存在摩擦。

從教學設計的角度來考慮，上述案例主要是通過尋找證據作為線索來組織課堂教學的。由于需要解釋說明新問題，因此需要以日常現象作為證據，對其進行分析得出其中的科學道理；需要設計新的實驗來獲得新的證據。在分析日常現象、設計實驗的過程中，習得了新知識。這些知識并非因為教材中有才要學習，而是在解決科學問題需要獲得新證據的過程中習得。因此，這些知識對學生而言是具有“意義“的。

可以用尋找證據方式來進行教學設計的教學內容有不少，如在《電阻》一節中，先讓學生猜想電阻大小與哪些因素有關，然后讓學生設計實驗，收集獲取相關證據，最后分析證據弄清各因素之間的邏輯關系。這些課的共同特點是為了證明某項結論，必須用相應的證據來說話。在尋找證據的過程中，學生習得了科學知識，同時也習得了獲取證據的方法、證據的種類等教材中沒有明確指明的“隱性”知識。而分析證據能否支持假說、通過證據歸納推理得出科學結論的能力，更是“灌輸式”教學法所無法培養的能力。

二、 科學對比——尋找對象間的異同

有些現象非常雷同，學生無法辨別其中的細微之處，這時就要用到對比法。對比法就是在分析和綜合的基礎上將各種事物加以比較，確定研究對象之間差異點和共同點、探尋事物之間內在規律的一種思維方法。各種科學現象和過程都可以通過對比來確定其差異點和共同點，為進一步抽象概括做好準備。對比法是認識客觀事物及其變化規律的科學方法之一。

案例2光學復習

在上復習課時，教師往往是先對光學知識作一簡單地羅列，然后再做一些鞏固練習。用這種模式上課的教師其內在的基本假設是：復習就是對知識的再次回憶，遺忘了就由教師進行提醒，再次強化記憶。由此導致越是上復習課，越缺少“科學味”。以下是在光學復習課中利用對比方法進行教學設計的基本思路。

教師先出示兩幅稍有差異的圖片，讓學生仔細觀察，找出兩圖中的不同之處（如幼兒經常玩的找圖中不同點的游戲），從而引導學生了解對比法，即找出不同事物的共同點和不同點。然后在黑板上畫出光的直線傳播、反射和折射的示意圖，師生共同對比直線傳播和反射、直線傳播和折射的異同點，使他們能初步運用對比法來比較各知識點的異同。接著讓學生自己結合光的反射、折射現象和反射定律、折射規律，來對比光的反射和折射這兩部分內容，以列表的形式強調兩者的異同。按照此思路再進行鏡面反射和漫反射的對比、小孔成像和平面鏡成像的對比以及實像和虛像的對比等復習。

上述案例的知識主線是光學基本知識，方法主線則是對比法。在相互對比的過程中，將光的直線傳播、光的發射、光的折射等本來獨立的知識綜合起來了，初步建構起光學的知識結構體系。通過這堂光學復習課，不但鞏固了光學的知識，而且在實踐中應用了“對比”這一科學方法，從而使得學生對“對比”方法的應用做到了然于胸。

當教材中有多個知識點，這些知識之間既有共同之處，又有顯著差異時，我們可以利用對比進行教學設計。如在復習重力、彈力、摩擦力時，我們也可以通過對比的方法，分別對各種力的方向、作用點、大小進行比較，幫助學生建立統一的科學概念和知識結構。

對比僅是眾多科學方法中的一種，分析、綜合、類比、假說等均是科學研究的方法。我們也可以應用這些科學方法來設計課堂，如通過水流與電流、水壓與電壓的類比進行教學設計。教師應熟悉教材的知識體系，了解知識的來源，根據具體的知識選擇不同的科學方法來設計體現科學本質的課堂教學。

三、 建立模型——復雜世界的簡化

在科學發展的歷史中，科學家往往利用模型來進行粗略的理論計算，解釋研究對象的規律，作出科學的猜測。如原子結構模型、遺傳物質DNA分子雙螺旋結構模型、地殼構造的板塊模型等。通過這些模型，能幫助我們更好地認識自然、理解自然。科學模型是一種重要的科學研究方法。以下是以建構模型來進行教學設計的案例。

案例3浮力復習課

在復習浮力知識時，往往要復習浮力的基本概念、浮力測量的方法、物體的沉浮條件、浮力的應用等等。如何把這些知識串聯起來，避免各自為政呢？我們可以利用雞蛋建立模型來組織課堂教學。

（1） 同一個雞蛋放在兩種不同液體中（如圖2①②）。

讓學生分析在這兩個燒杯中雞蛋浮力的大小。根據這個模型，就可以解決密度計測量液體密度的原理及輪船從河里駛向大海中沉浮的情況。

（2） 兩個大小不同雞蛋沉入同種液體中，VA

先讓學生比較兩個雞蛋所受浮力的大小，用了什么原理？這個模型在生活中是否能找到應用實例？根據這個模型，學生就可以來分析湯圓熟了以后能浮起等問題。

（3） 兩個大小不同雞蛋在同種液體中，mA

用此模型可以解決遠洋輪船上裝卸貨物時，船所受浮力大小的變化情況及潛水艇、沉船打撈等情況。

輪船、密度計、潛水艇及沉船打撈等這些千差萬別的事物背后卻有一個共同的知識基礎——浮力。現象各有不同，其本質卻是相同的。本案例中利用一只雞蛋作為模型，把浮力的各個知識串聯了起來，為我們分析浮力問題提供了思考的“樣式”。“經典科學觀”認為科學知識的本質之一就是“普遍性與抽象性”，“任何真正的科學認識都不應停留在某個特定對象或狀態，而應由特殊上升到一般”［2］。通過對具體事物的分析，認清現象中的本質特征和非本質特征，找出事物的共同本質，最后建立模型。在此過程中，學生分析問題的能力得以提高，歸納推理的邏輯思維得以訓練。

除上述浮力模型外，科學教材中還有如分子熱運動、物態變化等內容也可以用建立模型的方法來組織教學。學生在對現象進行必要的簡化，忽略次要因素，以突出主要矛盾的過程中，在模型不斷地建立、演化、修正的過程中體驗知識的建構過程，認識科學的本質。

四、 解決問題——科學方法的應用

波普爾明確認為：“科學開始于問題，而不是開始于觀察”，“正是問題才激勵我們去學習、去發展我們的知識，去試驗，去觀察”［3］。問題與科學天生就是不可分離的。問題與人生也須臾不離。“提出問題并且試圖琢磨其中的機理，是人類最基本的特征之一。而科學史講述的正是不同的個人、團隊和集體是如何對某些最基本的問題尋求解答的過程。例如，人類從何時開始想知道地球是由什么組成，它的形狀是怎樣的？他們如何尋找答案？他們設計了哪些方法來得到結論？這些方法好不好？從哪個環節開始，這種探究變成了科學？這又意味著什么？”［4］

案例4“白盒子的秘密”

這是一堂7年級科學測量一章的復習課，要在一堂課內把長度、體積、質量及科學探究復習一遍有較大的難度。以下呈現的是我們利用了“解決問題”的教學設計思路進行的復習。

（1） 老師手中有一些白盒子，不知道里面裝的是什么，今天我想和同學們一起探究這個白盒子里面到底是什么。學生作出種種猜測。（在實際的探究中，復習科學探究的基本步驟和方法）

（2） 要判斷里面可能是水或牛奶，必須要有證據。教師出示小資料，告訴學生1毫升水及牛奶的質量，學生由此得到啟示，要測出若干毫升的液體，測其質量。（由此來復習液體體積及液體質量的測量）

（3） 出示一正方體小金屬塊，小資料告訴1cm3鐵及銅的質量，要求判斷是何種金屬。（培養學生設計探究方案的能力及復習長度測量及固體質量測量等）

在解決“白盒子”中到底是什么這個問題的過程中，學生完成了各項知識的學習（復習）。這些知識都是圍繞問題的解決展開的，非教材規定、教師硬塞。琳達·達林-哈蒙德認為，基于問題的學習是以探究為基礎的三種“高效學習”方法之一。［5］在這個教學過程中，問題是學習的起點，終點是問題的解決，在起點和終點間的過程則是教學的重點。在解決問題的過程中，學生需要精確表征問題，提出解釋，尋求解決的著力點（科學知識），設計實驗方案等等。學生學到的不僅是知識，更是解決問題的方法。學生為解決問題而獲取知識，反過來，又應用知識來解決問題，高層次思維能力與自主學習能力借此過程得到充分發展。

基于問題的教學設計中，我們需要尋找這樣的“大問題”來設計課堂教學。如《指南針為什么能指南》一節則可以指南針的制作為“大問題”來設計教學。用“大問題”來貫穿教學的始終，引導整個課堂。

要在科學課堂中體現科學本質，提高學生的科學素養，并非一蹴而就的事情。作為教師首先應認清科學的本質，教師自身的科學本質觀必將影響其課堂教學行為。其次教師應具有良好的教學設計能力，能根據科學的本質來設計課堂教學。對科學本質的教育有“隱性”和“顯性”兩條路徑。有研究表明，對科學本質的理解是一種認知性學習結果，應該被“顯性”地教，而不是期望“在科學活動中通過一種滲透過程被同化”。［6］很顯然，上述案例都是教師在對教學內容作出深入分析、正確認識科學本質的基礎上，巧妙地以某一能顯示科學本質的方面來作出的教學設計。這些案例中既有“顯性”的特征，也有“隱性”的地方，將兩者有機地結合起來，值得我們思考、借鑒，以期能開發出更多的能體現“科學本質”的課堂教學案例來。

參考文獻:

［1］ 教育部科學（7～9年級）課程標準修訂項目組. 科學（7～9年級）課程標準，2010.8.

［2］ 鄭毓信. 科學教育哲學 ［M］. 成都：四川教育出版社，2006.5.

［3］ 波普爾. 猜想與反駁［M］. 上海：上海譯文出版社，2005.9.

［4］ 雷·斯潘根貝格， 黛安娜·莫澤. 科學的旅程［M］. 北京：北京大學出版社，2008.11.

［5］ 琳達·達林-哈蒙德，等. 高效學習：我們所知道的理解性教學［M］. 馮銳，等，譯. 上海：華東師范大學出版社，2010.1.

［6］ 宋華強. 從現象到結論——實驗中隱含的科學思維方法探微［J］. 教學月刊·中學版，2009（10）.