基于科學實踐設計教學

朱鈺

古往今來，對“實踐”進行研究的學者有很多，“實踐”一詞有著諸多的含義。一些學者從哲學的角度對“實踐”進行分析，比較經典的觀點是“主觀見之于客觀，包含客觀對于主觀的必然及主觀對于客觀的必然”，比較通俗的解釋是人們能動地改造和探索現實世界的一切社會性的客觀物質活動。“實踐”一詞在《現代漢語詞典》中的定義為：人們有意識地從事改造自然和改造社會的活動。“實踐”一詞進入科學教育只有近二十年的時間，科學教育工作者在總結了原“科學探究”教學的各種問題后，提出了“科學實踐”。

“科學實踐”由美國于2013年發布的《下一代科學教育標準》中正式提出，并取代了之前的科學探究。美國科羅拉多州生物科學課程研究委員會主任羅杰·拜比教授認為：美國的基礎科學教育改革至今，主要經歷了從科學方法到科學過程，再由科學過程到科學探究的轉變，之所以“探究”會被“實踐”取代，也只是適應了社會和時代發展的需要。北京教育學院生化環境系副教授周玉芝認為：新框架的實踐強調的是“知行合一”，科學不僅僅是理解世界的知識體系，也是建立、拓展和精煉知識的一系列實踐。人們在實踐中獲取與應用知識，同時實踐也需要相關的知識。可以看出，“科學實踐”一詞，強調了學生的學習活動可以是重復的，并且伴隨著對學科概念理解而日趨熟練的過程。科學實踐是知行合一的實踐，是動手和動腦兩者缺一不可的實踐。

2017版《義務教育小學科學課程標準》中， 增加了技術與工程領域的內容，這是小學科學教學的重大變化之一。這一重大變化凸顯了小學科學教學越來越重視學生在學習過程中的親身體驗和經歷，鼓勵他們在做中學、學中思，讓他們在動手的同時還要動腦，這樣的教學思想正是科學探究到科學實踐的升華。

筆者以上海教育出版社《科學與技術》三年級第一學期第六單元《樂器的秘密》中的《自制拉桿笛》一課為例，闡述這一課的教學設計與改進過程，力圖體現在科學實踐指導下的教學設計思考。

仔細研讀教材文本，大膽重構教學活動

《自制拉桿笛》是本單元的第一課，教材以學生感興趣的發聲小樂器為載體，引導他們探索樂器發出聲音的秘密，激發他們的興趣，為后續的學習打下基礎。教材上本課呈現了三個內容，分別是：觀察豎笛的結構，說說各組成部分的作用;自制一個拉桿笛;怎樣使拉桿笛有高低聲調的變化。

在以往的教學經歷中，筆者發現活動一（觀察豎笛的結構）對三年級學生來說顯得尤為陌生，雖然他們很多人都會吹奏豎笛，但是讓他們認識豎笛的結構并把這種認知聯系到拉桿笛上，還顯得很生硬。因此筆者在細研教材后，果斷地把這個教學內容刪除了。

活動二是自制拉桿笛，這個自制活動準確地說是套材部件的組裝，學生只需要按流程圖組裝部件即完成了制作，因此在實際教學中，筆者將教學課題改為《拉桿笛》。雖然是組裝活動，但是這一環節的出錯率卻特別高，究其原因是學生沒有仔細觀察，將笛嘴裝反，導致拉桿笛發不出聲音。如果在這個環節中學生制作不成功，那么后續的學習將無法進行。

活動三是怎樣使拉桿笛有高低聲調的變化，這個活動是制作拉桿笛活動的延續，在實際教學中學生拉動拉桿吹出高低不同的音調并不難，主要難在“能分析出音調高低和笛管內空氣柱的長短有關”這個知識點上。

通過研讀教材文本可以發現，教材呈現的圖片和內容看似簡單，實則極其考驗教師的教學智慧。如何開展契合“科學實踐”的教學呢？經過反復研討，筆者確定了本課的教學思路：讀懂流程圖—組裝調試—探究科學原理—遷移運用。即：在導入環節中教師直接出示拉桿笛;學生觀察拉桿笛由幾部分組成;閱讀制作流程圖，圈畫出制作要點;學生組裝拉桿笛，并吹奏調試;增加新的教學內容，啟發學生用之前所學的知識，制作吸管笛，并改變吸管笛的音調。

根據確定的教學思路，本課以目標為導向，確定了如下教學目標：

閱讀拉桿笛制作流程圖，學會制作拉桿笛，體驗動手制作的快樂，做到仔細觀察、互相合作。

認識到拉桿笛音調變化與拉桿位置的高低有關，在觀察、交流、吹拉桿笛等活動中積極思考、充分表達。

嘗試制作吸管笛，能運用所學的知識改變吸管笛的音調高低，做到大膽猜測、不斷嘗試。

這樣的教學思路注重科學探究與技術工程的緊密結合，注重學生的親身體驗和經歷過程，讓他們不僅動手，還要動腦，在做中學，在學中思，充分體現了“科學實踐”的內涵。

科學落實教學環節，關注學生思維發展

如何讓科學實踐的教學落實到每個教學環節中呢？在研究過程中，筆者結合小學生觀察制作的特點，以問題鏈的方式進行追問，形成在技術工程引導下的有效探究實踐活動，從而達到做思結合，知行合一。具體教學環節建構如下：

1.讀流程圖，制作拉桿笛，關注技術工程中的“閱讀”

流程圖是對產品制作過程的一種重要表達方式，也是一種重要的技術語言，它是運用圖形樣式對產品或者技術對象賦予可視化的描述，具有通俗直觀的特征。閱讀流程圖是本課教學中第一個重點環節，雖然教材中為學生提供了制作拉桿笛的組裝流程圖，但為了保證組裝要點明確，教師重新拍攝了拉桿笛的制作流程圖（如圖1）。

教學導入時，教師先吹奏拉桿笛激發學生興趣并引出課題，同時提出要求：“請同學們帶著兩個問題閱讀拉桿笛的制作流程圖，拉桿笛是由哪些部分組成的？拉桿笛的制作過程是怎樣的？用鉛筆在流程圖上圈畫出認為需要注意的地方。”

閱讀流程圖并不等于簡單地看，學生在看制作流程圖的時候，容易忽視制作步驟中的細節，如部件的結構、安裝的順序等。因此在這個環節，教師要特別強調小組的兩位同學一起閱讀流程圖，閱讀時可以進行討論，重要的部分還要用筆圈出來。這樣可以讓學生在閱讀的同時做到：眼到、口到、手到、心到。果然，在后續的集體交流中，學生發現，拉桿笛由拉桿、笛管、笛嘴三部分組成，還明確了笛嘴有大小頭之分，在組裝時必須是大的一頭插入笛管，且笛嘴的平面要與笛管的氣孔平行等。這一組裝特點正是后續制作的難點，因為以往的教學經驗告訴我們，學生將笛嘴裝反，或者沒有與氣孔平行，致使拉桿笛發不出聲音，影響后續的教學。

為了確保學生已經讀懂拉桿笛的制作流程圖，教師加了一個教學環節——假扮學生，即在實物投影下組裝拉桿笛，讓學生做小老師，及時指出教師在組裝時的錯誤步驟，以達到讓學生充分掌握制作要點的目的。

經過這樣的教學處理，學生幾乎都能在5分鐘內快速準確地組裝好拉桿笛。隨后往拉桿笛氣孔里滴入少許水，經過幾次調試后，學生就能用拉桿笛吹奏出響亮的音調了。

2.玩拉桿笛，探究音調變化，關注科學探究中的“探究”

幼兒生來是好游戲的，他們以游戲為生活，在游戲中，幼兒會不知不覺地投入全身心的精力，獲得身體、道德、智力等方面的發展。中國現代兒童教育之父陳鶴琴先生的這番話道出了人愛玩的天性，也說明玩游戲作為教學手段在小學科學教育中的可行性和必要性。

學生剛剛獲得制作的成就感，還沉浸在吹拉桿笛雜亂吵鬧的情境中，如何讓他們邊思考邊“玩拉桿笛”呢？

這時教師提出了問題：“在玩拉桿笛時，老師發現笛聲有時候音調高，有時候音調低，為什么會出現這種情況呢？”學生有了玩的基礎，很快就回答：“可以通過調節拉桿的位置吹出不同音調的聲音，拉桿位置越低，音調越低;拉桿位置越高，音調越高。”教師繼續提問：“音調的高低和拉桿的位置有著緊密的關系，那神奇的拉桿到底改變了什么呢？”此刻教師出示拉桿笛的剖面圖進一步演示（如圖2），引導學生發現，拉桿位置的改變其實是改變了笛管中空氣柱的長度，空氣柱越短，吹奏的音調越高;空氣柱越長，吹奏的音調越低。

拉桿笛的笛管內部發生了什么變化，是引起學生探究科學原理的興趣點。為了讓學生知其然知其所以然，教師先讓學生玩，玩的同時不僅要感受拉桿笛音調的變化，還要思考音調在怎樣的狀態下會發生變化。對學生來說，在玩的過程中，只是直觀地觀察到了拉桿位置的高低會影響到音調的變化，但這顯然沒有關注到音調變化的科學原理。為了讓學生進一步了解其原理，教師運用剖面圖的形式，將拉桿笛的內部展示出來。這時學生會發現，拉桿位置的高低其實是改變了笛管中空氣柱的長短，當笛管中震動的空氣柱變長，音調低;當笛管中震動的空氣柱變短，則音調高。這樣的探究從表象到實質再到推理分析，讓學生切實地在玩中學、在玩中思。

3.遷移運用，自制吸管笛，關注科學實踐中的“思維”

“遷移”原本是教育心理學上的一個專用名詞，指一種學習對另一種學習的影響。教師在教學中所期望的是指已經獲得的知識、技能以及學習方法、學習態度等對學習新知識、新技能的影響，確切地說是從一種學習中獲得的經驗對其他學習的影響。對于技術工程來說，其目的并不是僅僅要求學生掌握一定的知識、技能，還在于運用已有知識、技能解決實際問題。學生能否將學到的知識技能成功地遷移到新的情境、新的內容中，成為衡量他們的能力是否得到發展的重要標志。

在《拉桿笛》教學中，教師加入了“自制吸管笛”教學環節，這一環節的設計是教學的點睛之筆，即用一根常見的塑料吸管吹出聲音，并且能改變音調。教師出示一頭剪成扁平三角的常用吸管，當場示范吹奏，吸管發出了音調很低的“咘”聲，這個新奇又好玩的演示一下子就吸引了學生的注意力，讓他們立刻投入自制一個可以吹出聲音的“吸管笛”的活動中。學生成功制作吸管笛后，教師用一串問題鏈，開啟了學生深入探索的思維。

師：這根吸管笛的音調那么低，有什么辦法可以讓它音調變高嗎？想一想，能不能用之前所學的拉桿笛的知識來解決呢？

（對三年級學生來說，這個問題頗具挑戰性。）

生：給吸管裝個“拉桿”。

（顯然，對學生而言，直觀的事物更容易模仿，但這并不是教學的真正意圖。）

師：通過觀察剖面圖，你們知道拉桿笛音調的改變和什么有關嗎？

生：和笛管中空氣柱的長短有關。

師：那么有沒有更簡單的辦法改變吸管笛中空氣柱的長短呢？

生：把吸管笛折去一半。

師：你怎么會想到把吸管折去一半呢？說說你的道理。

生：把吸管折去一半，吸管里的空氣柱就變短了。

師：你想到讓吸管里的空氣柱變短，這個想法很好，可是當吸管折起來，空氣吹不出去，吸管沒有辦法發出聲音了呀？

生：我覺得應該把吸管剪掉一段，而不是折起來。

師：你為什么想到要把吸管剪去一段呢？說說你的道理。

生：吸管剪掉后變短，里面的空氣柱也變短了，吹奏的音調就會高了。

師：你這個想法有一定的道理，方法也簡單易操作，那同學們試試吧！

通過這段對話可以看出，在教師的啟發下，學生經歷了“從問題中提取信息—回顧相關的知識—應用知識解決問題”這樣一個思維過程，最終他們將所學知識靈活遷移到吸管笛上，剪出長短不同的吸管笛，吹出了音調高低不同的聲音（如圖3）。“自制吸管笛”材料易得，操作簡便，有趣好玩，更重要的是它讓學生遷移運用了之前所學的科學知識，同時還進一步關注了學生的思維發展。

基于“科學實踐”的教學啟示

1.遵循認知規律，有效遷移運用，為學生提供更多的思考空間

從科學發展史看，人類對科學知識的探究過程有相對固定的模式，這符合人類的認知規律，其過程為：定性研究—定量探究—科學發現（找出規律）—應用實踐—技術創新。符合認知規律的有效探究體驗和實踐經歷是教學的基礎，在小學科學學習中，學生系統地學習科學知識，掌握實踐技能，是一個有規律的過程，通常是由舊知導向新知，也可稱之為“以舊帶新”。新知和舊知之間有共同因素是遷移的基本條件，新舊知識之間共同因素越多，越有利于遷移，但遷移并不是憑空產生的，而是在科學實踐中逐漸培養出來的，溫故知新、舉一反三、觸類旁通等就是強調這一點。教師要善于發現更多富有價值的科學實踐點，為學生提供更廣闊的思考空間。

2.理解科學實踐，抓住各種契機，倡導動手動腦的教學

科學教學的目的不是灌輸給學生科學概念，而是要幫助他們在學習各種科學知識和技能的同時，能夠解決實際問題。科學實踐雖然是近幾年提出的教學理念，但是卻符合“實踐出真知”“用實踐來檢驗真理”等從實踐中學習的理念。在科學實踐背景下，動手、動腦在教學中的滲透與應用得到了拓展，不再局限于服務單一的實驗教學或者技術操作，而是服務于教學內容乃至相關課程的整體設計。科學實踐背景下的教學，需要教師深入研讀課程標準、教學內容和理解教材的編寫意圖，設計問題鏈啟發學生的深度思考，充分挖掘符合他們年齡特點的學習活動，讓他們親歷科學實踐的全過程。