在長周期實驗中培育學生核心素養

◇吳 霞（江蘇：南京市將軍山小學）

一、學生科學核心素養與長周期實驗

（一）科學核心素養

核心素養一詞首次出現在2015 年教育部印發的《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中，其中將核心素養定義為：學生在教育過程中，逐漸形成的適應個體終身發展和社會發展需要的必備品格與關鍵能力。隨即培養學生的“科學核心素養”成為科學教育所要實現的目標之一。隨著2022 年版小學科學課程標準的頒布與實施，科學核心素養的概念也得到明確，為“科學觀念”“科學思維”“態度責任”“實踐探究”四個方面。

（二）長周期實驗

科學是一門以實驗為基礎的學科，大部分實驗都能夠在1～2 課時內完成。除此之外，部分實驗需要學生通過長期觀察獲得學習經驗，如植物的種植、月相等，這類實驗被稱為“長周期實驗”。簡而言之，長周期實驗，指完成周期超過規定課時、實驗發展過程緩慢、需要持續研究才能得到結論的實驗。

二、長周期實驗課的低效現狀

通過調查發現，科學教師對長周期實驗課大多泛泛而談，或布置學生課后自主實驗，或在課堂上播放網上找來的照片、視頻等資料。科學教師借用現有的實驗現象，很快就拋出實驗結論。他們選擇枯燥的“聽”或“看”代替學生親自動手實驗，背離了科學課程的目標。這樣會使學生懶于思考，疲于問題，忙于應付教師的安排，利用長周期實驗培養學生核心素養的教學目標難以實現。因此，本文綜合科學課的教學特色，重點分析如何開展長周期實驗并以此來培養學生的科學核心素養。

三、長周期實驗的特點

目前小學科學課堂上長周期實驗存在低效甚至無效的狀況，這與長周期實驗自身的特點有關。

（一）實驗探究周期長

長周期實驗的最典型特點是探究周期長。四年級下冊第二單元《太陽》一課，課標要求學生知道太陽在一天中的高度變化規律和運動軌跡，所以學生要測量太陽一天的高度角變化。三年級下冊第一單元“植物的一生”，課標要求學生能通過種植、觀察、記錄與探究，認識植物的生長過程以及植物各部分的形態與功能，能用圖畫、文字、數據記錄植物的生長過程，樂于探究植物的奧秘，堅持對植物進行照料、觀察、記錄與探究。這需要學生參與番茄種子和黃瓜種子的種植，并記錄種植過程中植物的生長情況。種植實驗從觀察種子到播種、種子發芽、開花、結果，歷時3個月，甚至更長。長周期實驗如何更有效地開展，值得每一位科學教師深思。

（二）實驗探究難度大

學生在長周期實驗的觀察與記錄過程中，容易受到一些客觀因素的影響，因此探究難度大。例如：四年級下冊第二單元《月亮》一課，課標要求學生在同一時間、同一地點連續觀察并記錄一個月的月相。這個長周期觀察實驗存在三個困難：陰雨天月亮不可見；下半月實際可觀察的月相時間都在黎明左右，這與學生作息時間嚴重不符；學生選擇的觀測地點大多都在自家陽臺，不利于觀察和記錄。四年級下冊第二單元《太陽鐘》一課，要求學生觀察陽光下小棒影子的變化，學生需要在一天當中每隔一小時測量一次小棒影子的長度并進行記錄，學生很難在科學課堂上觀察到完整現象。克服長周期實驗遇見的困難，培養學生的科學思維需要科學教師發揮自己的教育智慧。

（三）學生積極性難持續

小學生對于短時間獲得間接知識保持著濃厚的興趣，而在長時間的觀察與記錄過程中，他們的積極性難以保持，所以完成長周期實驗，是一個挑戰。四年級下冊第三單元《養蠶》，剛發下蠶卵時，學生都很興奮，輕輕地用放大鏡觀察，小心翼翼地用紙包好，興致勃勃地為它們“做窩”。但真正能堅持養到蠶蛾產卵的只有少數，很多學生在中途就已經放棄。四年級下冊第四單元《動物的繁殖》，剛開始在辦公室孵小雞、孵鵪鶉時，每天中午都有絡繹不絕的小學生來觀察雞蛋、鵪鶉蛋的變化，而當他們發現每天蛋的變化不是很明顯時，來參觀的便逐漸變少。再后來小雞孵出來了，大家都爭著領養，但養了兩三天后，送回來的有之，不好好照顧的也有之，能夠堅持養下來并做好觀察記錄的少之又少。學生在進行長周期實驗探究的過程中很容易失去一開始的好奇心和積極性，忘記記錄，出現“虎頭蛇尾”的現象，不利于學生科學觀念和態度責任的培養。

四、在長周期實驗中培育學生科學核心素養

作為一名專職科學教師，自從接觸了新教材在科學學科上的教學應用，發現又多了許多長周期實驗課，而又苦于無法找到優秀的教學資源來借鑒學習，尤其是各位同行均不會選擇這類型實驗課作為公開展示課。筆者針對長周期實驗的特殊性，經過多年的實踐探究，根據不同場景和科學課的需求，在完成長周期實驗的基礎上，采取以下策略，幫助學生提高科學核心素養。

（一）重視教學內容，分解實驗周期，幫助學生樹立科學觀念

1.化長為短，精簡實驗內容，提高實驗效率

將部分實驗周期可分解的實驗“化長為短”，例如：植物的一生長周期實驗，按照實驗順序可分解為“探究種子萌發的條件”“研究花”“研究果實”三個相對較短周期實驗。再例如：觀察月相分解為“上半月月相”和“下半月月相”兩個相對較短周期實驗，學生完成上半月月相的觀察與記錄，教師或有條件的家長協助完成下半月月相記錄。明確每個較短周期實驗所要完成的目標，精簡實驗內容，可有效提高實驗效率。

2.建立模型，改進裝置，降低實驗難度

對于部分可利用建模來輔助完成的長周期實驗，要充分利用模型的優勢，降低實驗難度。例如：看月亮這節課很容易被時間和空間限制住，就可以很好地利用月相盒來輔助探究。月相盒可以幫助學生將有關宇宙的抽象思維具體化，了解“日、月、地”三者之間的關系以及形成不同月相的原因。再例如：看星星可以結合信息技術解決時間和空間的問題，利用App“星圖”和投屏設備，在白天、在教室里也能看到星星，極大地增強學生的學習積極性。當然，這類實驗可以借助模型輔助研究，但不能完全依靠模型，更需要學生實地實踐探究，因此需要科學教師精心設計此類長周期觀察實驗的記錄單。

（二）巧借分組搭配，發揮學生家庭優勢，促進有效實踐探究

1.同小區組隊，保證實驗時間與空間

課前對學生的家庭情況進行調查，教師協調學生自主選擇同小區或住得比較近的學生組成課外研究小組，發揮小組的優勢，將科學課的時間延長至課外，將研究的空間由教室拓展至校外。在時間和空間都比較自由的情況下，學生更容易開展長周期實驗實踐探究。

2.流動組長，發揮家長輔助作用，互助合作

對于每個長周期實驗安排流動組長，增強學生主人翁意識，讓每一個學生都有機會監督同小組成員，培養其自主管理能力的同時，發揮家長監督的優勢。借用微信、QQ等線上溝通方式，及時與家長溝通，保證學生安全進行課外探究，互助共贏。

（三）規范記錄方法，持續激發學習興趣，培養學生科學思維

1.明確記錄內容，多種形式參與

實驗記錄是探究活動最重要的一個環節，也是后期進行評價的主要依據。未明確實驗應記錄的內容可能導致學生將注意力放在結果的產生，而忽略實驗過程中資料的收集，可能會錯過培養學生科學思維的契機。例如：在養小雞活動中，對于小雞意外死亡這一現象，學生記錄的內容如果只停留在形式化的層面，那么將無法獲知小雞死亡的可能原因。同時，記錄的目的并不是追求結果，而是希望學生通過活動，培養科學素養。因此教師在指導學生進行記錄時，要明確記錄的內容，以集中學生的精力，這樣也能保證學生的學習興趣，有持續動力進行科學探究，從而實現學生科學素養的提升。

2.定時上交記錄，分享交流成果

對于探究時間超過1 周的實驗，可以指導學生定時上交，當探究小組有了階段性成果后，就可以組織學生進行分享交流。例如：四年級下冊養蠶活動，每節科學課的前3 分鐘都留給學生進行交流，展示各個小組的研究成果，持續刺激學生的積極性，化成果展示為動力，將更多的興趣投入長周期實驗中來，同時促進學生科學思維能力的培養。

（四）優化評價手段，體驗實驗過程，培養科學態度與責任

1.重在參與實驗過程，不以實驗結果為唯一評價手段

科學課程標準提出，評價需要關注每個學生的個體差異，重視學生的學習與發展過程。例如：在記錄月相的實驗中，由于天氣等客觀因素導致記錄不全，可以從科學態度方面來評價學生，淡化實驗結果在評價中的比值，注重培養學生積極參與實驗的科學態度。因此，在指導學生完成長周期實驗的同時，更注重探究過程中資料的統計收集，以過程評價為主、結果評價為輔，避免打擊學生學習積極性，為以后長周期實驗的開展做好鋪墊。

2.小組互評，享受實驗的成果

小組互評，指的是將評價的權力部分交到學生自己及其他學生手中。這樣可以從學生自己的角度分析實驗成果，學生可以更加深刻地意識到其他同學的付出。在互相評價的過程中，學生可以互相學習，取長補短，欣賞他人在長周期實驗中持之以恒的態度，激發學生學習興趣的同時，更能夠培養學生的科學責任心。

法國18 世紀偉大的教育學家盧梭曾經說過：問題不在于告訴他一個真理，而在于教他怎樣去發現真理。小學科學課程把培養學生的科學核心素養放在非常重要的位置，所謂授人以漁。這也是科學教育所要追求的境界。長周期實驗，絕不僅僅是簡單地告訴學生實驗結果，而是在完成長周期實驗的基礎上，教會他們獲取知識的方法。以學生為主體，發揮教師的主導作用，培養學生的科學核心素養，才能教會他們真正的“真理”。