工作坊教學模式在初中科學教學中的應用
——以“地球的繞日運動”為例

李君玉

（金華市第四中學，浙江金華 321000）

初中科學教育的目標是培養與提升學生的科學素養，而工作坊教學模式是一種參與式、體驗式、互動式的教學組織模式，對于激發學生科學探究的興趣，培養學生科學研究的基本思想、方法與技能，提升學生的科學素養，不僅是可能的，而且是有效的。

一、初中科學教學的核心與現狀

科學教育的核心是培養與提升學生的科學素養，包括激發學生對科學的興趣，學習科學研究的基本思想、方法，培養學生嚴謹的科學研究態度，提升學生科學研究的綜合能力。通過實驗觀察，學生能夠提出有價值的科學問題，并圍繞科學問題，結合自己的觀察提出猜想和形成假設，在此基礎上設計實驗方案，進行實驗探究，總結實驗現象背后的科學規律，并能夠對已有的或自己總結的科學規律進行檢驗與評價。如何在現有《科學》教材的基礎上，結合初中學生的生理與心理特點，通過初中科學課程的教與學，實現培養與提升學生科學素養的目標呢？

目前的中學教學仍然采用傳統的教學方法，即以教師唱獨角戲、填鴨式講授方式為主，學生被動地接受知識，無法進行自主的科學探究，不能發揮中學生在學習過程中的主動性與創造性，更談不上形成“以學生為中心的教與學”。初中生處于青春期階段，其思維從以具體的形象思維為主發展到以抽象邏輯思維為主，思維活躍，富于想象力與創造力，同時具備了較好的知識歸納總結與表達能力。另一方面，相比傳統的物理、化學、生物等分學科單獨設置的課程，初中科學課程的教學內容設置更加貼近生活，更能夠激發學生學習的興趣，相應知識的深度與難度也相對較低。因此，從思維特點、教材知識體系與內容來看，初中生完全具備了在教師的引導下主動參與探究科學問題的能力。筆者嘗試在科學教學過程中采用工作坊模式的教學方法，通過師生共同探索相關科學問題，充分發揮學生的學習主動性、創造性。學生提出問題，并在老師的指導下分析問題，解決問題，獲取科學規律與知識，取得了良好的教學效果。

二、工作坊教學模式在科學教學中的應用

工作坊教學模式建立在著名社會心理學家庫爾特·勒溫的“團體動力學”理論上，其主要觀點是“團體是由個體組成的不可分割的單位，通過引起團體變化而改變其個體要比直接改變個體容易得多”。它是一種參與式、體驗式、互動式的教學組織模式：通常由5～10名學生組成一個小團隊，成員在教師的指導之下，通過課前預習與研究、課堂討論、短時演講、教師點評、引申引導等多種方式共同探討某一主題。與傳統教學模式不同，工作坊將主題與互動相結合，教學相長，鼓勵參與，創新及建設性地解決問題。學生在參與過程中能夠相互對話溝通，共同思考，提出方案，討論實施，并通過團體內人際交互作用，反省自己，深化認識，培養提出問題、分析問題、解決問題的創新能力與團隊協作的綜合能力。

工作坊教學模式綜合了參與式、啟發式、探究式、討論式等多種教學方法的優勢，能夠較好適應社會對高素質、綜合性人才培養的需求，在國內外高校課堂教學中逐漸推廣應用，并被廣大師生接受，在教學實踐中取得了較大的成功。但是，工作坊教學模式在初中科學教學應用中鮮有報道。筆者結合近年來在科學課程教學中的實踐，以“地球的繞日運動”教學為例，談談工作坊教學模式在初中科學教育中的應用。

1.課前觀測實驗

“地球的繞日運動”知識內容主要介紹了太陽高度角的概念，學生了解一天之中太陽高度角的變化，了解太陽高度角的季節差異以及正午太陽高度角的緯度分布規律，掌握地球上太陽直射點的移動情況等知識；學習通過觀測桿影變化情況推測地球自轉、公轉的科學研究方法與技能，并學會應用相關知識解釋生活中常見現象。

為發揮學生學習的主動性與創造性，讓學生主動參與到教學過程中，筆者將學生分為五組，每組約十人；在操場分別立五根1～5米的木桿。在講“地球的繞日運動”教學內容的前一周，讓學生分組測量不同時間段木桿影子的長度、桿子與影子頂端的距離、影桿連線與地面的夾角，并注明影子的指向。注意，這里觀測時間根據學生實際上下課情況可以靈活安排，但是中午12點的數據一定要準時去記錄，并提醒學生特別關注中午12點的影長。相關記錄數據表的設計如表1所示。同時，教師先預設3個小問題：影子長度？影子的方向？太陽高度與時間有什么關系？通過預設的小問題，引導學生通過實驗觀測與課前小組討論，總結影長、影子方向、太陽高度與時間的關系。

表1 影子隨時間變化測量關系

2.課堂匯報討論

在課堂教學過程中，學生分組將其觀測結果進行匯報，其他小組可以隨機提問，學生間開展相互討論。教師在學生討論的基礎上，鼓勵學生的創造性工作，肯定做得比較好的預習小組，同時指出學生在某些方面的問題。

通常，學生通過實驗觀測，能夠得到以下兩個結論：同一地點、同一天的不同時刻太陽高度不同；早晚時間，太陽高度低，影子長；中午時間，太陽高度高，影子短。教師在肯定學生成績的同時，引導學生關注影桿連線夾角與太陽高度的關系，以及隨時間變化的關系，讓學生發現在觀測中測量的桿影連線夾角可以作為衡量太陽高度的指標，引導學生自己提出太陽高度角概念，即太陽光與地面的交角，稱為太陽高度角。這是一個衡量太陽高度的重要指標。注意，這里引導學生結合自己研究的問題引入合適的概念，這是科學研究中非常重要的能力之一。

在此基礎上，學生討論正午12點的影長與其他時段影長的區別，發現此時影長最短，接近于零。此時，教師給出太陽照射地球的示意圖（圖1），引導學生發現地球不同緯度太陽入射角不同，引出直射與太陽直射點的概念，即某些地方正午會受到太陽光的垂直照射，簡稱直射。相應地，地表受到太陽垂直照射的點即為太陽直射點，直射點的正午太陽高度為90°，桿子影長為零。太陽高度隨著太陽直射點向南北兩側遞減，影子也越來越長；同一時間，中高緯度地區，緯度越大，太陽高度越小，桿影越長。為什么桿子影長隨時間發生變化？這是由于地球在自轉，在同一緯度處（金華市的緯度為29.12°），隨著地球的自轉，桿子與太陽光形成的夾角不斷變化，即太陽高度角不斷變化。

圖1 太陽直射點示意圖

3.課堂模擬實驗

在前一天內桿影長度與太陽高度角變化規律探究學習的基礎上，教師讓學生結合春夏秋冬晝夜時長的變化經驗，思考一年內桿影長度、太陽高度角如何變化，通過學生分組討論，提出可能的推測。然后仍將學生分成五組，每組一只地球儀，一只激光燈和彩筆，進行地球公轉和太陽直射點變化規律的模擬實驗。

在實驗過程中，用激光筆發射的激光模擬太陽光，學生持地球儀圍繞激光筆模擬地球公轉，激光筆光束亦跟隨地球儀同步轉動，激光照在地球儀上的亮點即為一個太陽直射點，用彩筆標明。如此轉動一周后，將地球儀上的點用光滑的曲線連接，即獲得了一年內太陽直射點的變化范圍，在北緯23.5°～南緯23.5°范圍內。注意，實驗過程中激光筆的起始照射點在地球儀的赤道上。

通過上述模擬實驗，結合地球自轉與公轉示意圖，學生將春分、夏至、秋分、冬至的劃分與太陽直射點變化規律對應。

圖2 地球的自轉與公轉示意圖

結合地球公轉模擬實驗與示意圖，學生討論，總結地球不同地區晝夜的變化規律，最后教師與學生一起進行歸納整理如下：

地球公轉過程中，地軸呈傾斜狀態，地軸的北端始終指向北極星附近。因此，不同季節晝夜時間不等長。赤道全年晝夜等長；春分日，秋分日，太陽直射赤道，全球晝夜等長，南北極圈內無極晝極夜現象；北半球其他地區從春分日到秋分日，太陽直射點在北半球，晝長夜短，夏至日晝最長夜最短，北極圈內發生極晝現象，夏至日時北極圈及其以北地區都發生極晝；從秋分日到來年春分日，太陽直射點在南半球，晝短夜長，冬至日晝最短夜最長，北極圈以內發生極夜現象，冬至日北極圈及其以北地區都發生極夜；南半球正好相反；太陽直射點由南回歸線北上，北半球晝變長夜變短；太陽直射點由北回歸線南下，北半球晝變短夜變長，一年中太陽直射點在南北回歸線之間往返移動；緯度越高，晝夜變化越大。

4.課后思考題討論鞏固與應用知識

為鞏固學生課內所學知識，并學會應用知識解決生活中的實際問題，教師應在課堂教學后，給出相關的課后思考題。例如，筆者就“地球的繞日運動”課后留的思考題為：

問題1：一天中太陽高度與桿影早中晚如何變化？為什么？

問題2：金華的緯度是多少？一個月、一年內，中午12點太陽高度與桿影會怎么變化？

教師通過思考題，讓學生總結課堂所學，并引導學生應用課堂所學的知識與方法解決生活中實際遇到的問題。教師通過作業的反饋了解學生學習的情況，必要時可以組織相應的小組討論與課堂分享來加深學生對該部分知識的理解，真正學以致用。

三、工作坊教學模式的效果與思考

通過以上分析發現，工作坊教學模式對初中科學教學有著非常重要的作用，主要表現為以下幾個方面：

1.形成了以學生為中心的教與學

工作坊教學模式在科學教學中的應用改變了傳統教學模式過于注重知識傳授的教學模式，充分發揮學生學習的積極性，讓學生主動參與到教學過程中；同時，也改變了學生被動學習、死記硬背、機械訓練的學習方式，通過課前預習或者觀測實驗自主學習、自主探究與合作學習、課堂討論與互相啟迪，形成了以學生為中心的教與學。

2.培養與提升了學生的科學素養

學生在實驗觀測、小組討論、思考問題、總結規律的過程中學習了《科學》教材規定的知識與技能，同時激發了學習興趣，掌握了初步的天文觀測研究的思想、方法與技能，培養與提升了科學素養；并且在工作坊教學過程中，學生學會學習、合作與做人。通過課后思考題及相關拓展延伸，學生能夠學以致用，用探索到的科學規律思考并解釋生活中的常見現象。

盡管筆者應用工作坊教學模式在科學教學中取得了較好的效果，但是也發現一些問題，主要表現為課堂教學時間有限，可能存在課堂小組討論效率不高的情況。針對這一問題，筆者通過精心備課，結合往屆學生經常出現的知識理解障礙問題，對每堂課教學內容反復凝練，提煉出2～3個核心問題，并就學生可能給出的討論結果給出解釋。這樣就增加了教師對課堂討論的控制能力，并能夠及時有效解答學生提出的問題，從而提高了課堂討論的效率，同時也提高了教師的備課與課堂教學水平。另一方面，可以在課程結束后，讓學生提交整個課程的實驗記錄與小組討論結果及對本次課程的感想與體會，以便教師及時了解學生學習情況，并為以后優化工作坊教學模式提供參考。