沙琦波：為做好科學教育加法貢獻熒熒微光

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對象，獲2022年基礎教育國家級教學成果獎二等獎，著有《創意科學STEAM》《我這樣教初中科學：指向核心素養培養》等。

1993年，是浙江省九年制義務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。回望從教以來的點滴，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”“醇”“化”四境界。從青澀、規范、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”，努力建構指向核心素養的科學教育。

自制教具，為學生建構科學觀念

不論是區域活動，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秀教師分享經驗。起初，她和臺下學生的反應一樣，覺得演示科學實驗是一件十分新奇的事情。看得多了，才漸漸發現，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的學科，要想讓學生深入理解“何為科學”，就應該讓他們在實驗中充分感知抽象概念背后的內容，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律。

如此用心的準備并非一時心血來潮的結果，沙琦波對實驗的重視體現在日常的每一堂課。即便教材中沒有要求演示的內容，她也盡力創造條件帶學生進行探究。不過，一度令她苦惱的是，現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，并向鐵片一側側彎。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。“不做實驗，或許學生也能直接將結論背下來，但單純的記憶過程無法幫助學生建構科學觀念。自制教具的作用就在于能夠清晰呈現復雜現象，讓學生看得清楚、想得明白，讓他們能夠感受自然現象蘊含的科學規律。”沙琦波說道。

深入實踐，探究生活的智慧

2014年，沙琦波調任中小學區級教研員，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，她發現，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呢？”每每向授課教師提問后，沙琦波自己也會陷入思考。她認為，科學這門課程應該讓學生學會科學知識，更應幫助他們獲得了解和探索世界的能力。一些學生畢業后，之所以不能靈活應用科學知識，不是因為學習成績差，也不是因為所處環境缺少相關科學因素，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“初中科學6E實踐作業”，即立足挖掘（Excavation）、探索（Exploration）、經歷（Experience）、延伸（Extension）、迭代（Evolution）、評價（Evaluation）6個環節，對來源于教材、自然、社會的實踐作業重新架構，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在顯示的體積是多少？”有學生回答：“48毫升。”她又問：“為什么二氧化碳和水的總體積變小了？”學生說：“應該是二氧化碳藏到水里面去了。”沙琦波點頭表示贊同，繼續問：“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小；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不只發生在課堂。每年寒暑假期，她都會為學生布置一份實踐作業清單，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絡，小組合作設計能夠凈化校園污水的簡易裝置。學生上交作業后，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、歸納每個裝置的優缺點，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查，之后組織他們去垃圾處理廠了解垃圾分類的價值及垃圾燃燒發電的原理，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；與學生一起參加農忙，學習農民挑選種子的經驗與方法，探索密度和浮力的應用……沙琦波表示，每個學生都應該重視自然和社會這兩本“活教材”，認真鉆研過后，往往會發現許多生活的智慧。

教學“快車道”，助力提升科學思維

在教育信息化快速發展的背景下，沙琦波申報了“指向核心素養的信息技術與科學教學融合的實踐研究”課題。經過閱讀大量案例，她發現部分教師對于信息技術只是“為了應用而應用”，不僅沒能充分挖掘信息技術的使用價值，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“做功改變內能”時，有教師會演示“變色魔術”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；如果還想進一步探究實驗中“做功與溫度的關系”，則可以再利用傳感器精確記錄溫度變化的數據，為學生解釋現象與數據的關系。

信息技術能夠對教育發揮什么樣的作用，關鍵在于使用者如何應用。在沙琦波看來，信息技術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論，忽略了結論得出的過程，這也就跳過了學生概括客觀事物、建構思維模型的環節。”經過總結和提煉，她提出適配不同課型的信息技術應用方法——

新授課應注重過程。可用交互技術、Flash等信息化工具，讓學生以現象為起點，一步步了解得出結論的全過程，實現認知的層層遞進。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聲音高低與物體振動頻率的關系。

復習課應注重連通。可通過在線微課、微課板等平臺幫助學生串聯高頻重難點，建構知識體系，分類、比較各個模型之間的異同。相比于檢查背誦、設置填空題等方式，沙琦波更喜歡嘗試借助信息技術誘發學生動腦思考。帶學生復習“葉片結構與功能”的課堂上，她編制的Flash拼圖游戲，可以讓學生根據各部分“零件”的形狀還原完整的葉片結構，加深對“葉”的整體把握。

實驗課應注重發現。可借助傳感器、同屏技術等，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，沙琦波發現部分學生常在“勻速直線運動二力平衡”圖像的問題上出錯，關于這部分內容，教材中只探究了“靜止狀態下的二力平衡”，并以“物體靜止時得出的結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、數據的測定來源，以及數據與圖像的關系。她覺得，這或許正是問題的癥結所在，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據實時呈現在電腦屏幕上，之后學生就能將這些數據繪成“s-t坐標圖像”。

今年7月，沙琦波主持的《信息技術與教學深度融合：初中科學20年探索》項目榮獲基礎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。