創造力與多樣性：基于探究的科學教育的有力工具

　　我叫Hans Persson，是瑞典首都斯德哥爾摩市的1名教師、教師培訓者和作者。2012年4月，受中國科協青少年科技中心和“做中學”科學教育改革實驗項目教學中心的邀請，我在中國南京和上海開展了教師培訓。南京的培訓是在東南大學進行的，40位參訓教師來自中國各地；上海的培訓是在上海市靜安區教育學院進行的，有30位上海教師參加。
　　培訓的目的是鼓勵教師發展基于探究的科學教育，讓他們的課堂更加豐富多彩。我把自己對創造力和探究的想法塞進2個很大很大的旅行箱，帶著它們萬里迢迢飛到中國。培訓之后，教師們陸續通過電子郵件告訴我他們和學生是如何使用我裝在旅行箱里的想法的，以及他們的教學發生了怎樣的變化。能得到如此積極的反饋，完全出乎我的意料。
　　在這篇文章里，我將給出我在培訓中呈現的一些觀點和具體活動。培訓是圍繞瑞典各地和其他國家的課堂案例展開的。我使用了真實的照片和視頻剪輯，并給每位教師發了！份文檔，這些資料都能對教師有所啟迪。
　　培訓是從這些問題開始的：
　　怎樣提高和保持學生的科學興趣？
　　有沒有區別于傳統教學的科學起點？
　　怎樣讓創造力與多樣性成為科學課堂的有力工具？
　　怎樣運用科學探究史和科學故事傳達科學的本質?
　　培訓的大致框架如下：
　　第1天(1)引入(上午，3小時)
　　(2)參與式培訓(下午，3小時)
　　第2天
　　更多的案例、結論(3小時)
　　作為引入，第1天的培訓是從被我稱為“科學起點”的活動開始的。我盡可能地展示了區別于傳統教學途徑的案例，它們另辟蹊徑，令人振奮。我介紹了自己早先發表在《中國科技教育》雜志中的文章《瑞典科學教學中的創新方法》(見我刊2001年第4期6-9頁——編者注)里的一些想法。
　　首先是“神奇的水桶”。下面我簡要描述一下怎樣制作和使用這個水桶。我在1個水桶的頂部安裝1個漏斗，在側面插1段軟管。當我從漏斗倒入1種無色液體時，軟管中就流出無色液體。但是，當我從漏斗倒入1種紅色或綠色的液體時，軟管中仍然流出無色液體，這使每個人都感到驚訝。然后，我給學生1張白紙和一些蠟筆，請學生將他們所設想的水桶內部構造畫出來。
　　如果你這么做，會得到很多驚喜，因為孩子們會告訴你各種各樣非常有趣的答案。如果你認真對待這些答案，這個活動的意義就體現出來了。如果你能提供與學生一起交流和探究這些想法的機會，你就會發現它們中的很多都是可行的。這個活動的目的不是找出唯一的正確答案。
　　在培訓中，我分享了孩子們的繪畫作品，這些圖畫反映了他們對水桶的豐富設想(過濾、沉浮、磁體、發動機、化學反應等)。
　　圖1——圖3是參加培訓的中國教師提供給我的他們在教學中使用這個“神奇水桶”的一些照片。
　　那么，我為什么說這個神奇的水桶可以勾勒出科學的本質呢？
　　水桶讓你通過探究來解決有意義的問題，而且你實際上是在嘗試弄清事物是怎樣運作的。
　　你可以有不同的想法，正如真正的科學家那樣。
　　這個活動可以展示科學家是怎樣作出假設和預測，怎樣仔細觀察和得出結論的。
　　同樣顯而易見的是，水桶能讓你深入了解學生的前概念和他們的想法。你還會發現，水桶能使班級中潛藏的天賦綻放出來。
　　你可以看到，當我在培訓的最后打開神奇的水桶時，每個人都十分好奇(圖4)。
　　當然，我們也用到了“冰球”。這個簡單而令人驚艷的東西總能成為科學探究的良好起點。
　　1個最常見的問題是“這個冰球在水里會浮起來嗎?”為了給回答這個問題提供更豐富的背景，我演示了怎樣將冰浮干水的原因表演出來。在固態水中，6個水分子形成1個圈，就像圖6中那樣。與液態水相比，這樣排列的水分子需要占據更大的空間?？梢姡虘B水比液態水密度小。因而冰在水中會浮起來。
　　接著，我們通過1個活動——這是我最常做的探究活動之一——更深入地挖掘了“浮與沉”的概念。首先我問孩子們，如果我們將水、食用油和糖漿倒進1個剪去瓶口的塑料瓶，會發生什么。接著，我們開始實驗——先倒油，再倒糖漿，最后倒水。實驗結果總是會讓孩子們非常驚訝。
　　最后，我還要向這個塑料瓶里丟1個金屬螺釘、1段意大利面、1截蠟燭、1塊土豆和1塊蘋果——多么好看又有意義的探究!
　　第1天第2部分教學策略的多樣性
　　在“引入”部分之后，我開始了第1天的第2部分——探討多樣的教學策略對于滿足課堂中不同學習者需要的重要性。為了更形象地說明這一點，我將教師比喻成富有創造力的畫家。畫家有1塊色彩斑斕的調色板，他從中挑選合適的顏色。教師也有1塊“教學策略調色板”，在設計課程時，他可以從調色板上選擇所需的教學策略。多年的教師和教師培訓者的經驗告訴我，使用多樣的教學策略是非常重要的，這不僅可以提高學生的科學興趣，也有助干保持學生和教師自己的科學興趣。
　　如果在設計課程時能意識到這一點，你的教學方法就會更加豐富。令我感到十分欣慰的是，這在新的瑞典課程中也得到了強調——“學生能思考不同的工作途徑和方法?！?br/>　　調色板上的第1種色彩是“實驗”，這種方法與科學及科學工作有著緊密的聯系。我們必須認識到，這種方法本身也包括多種方式：可以是神奇水桶那樣的演示實驗；可以是個人或小組實驗；也可以是家庭實驗……在本文的稍后部分，我會給出相應的例子，但是現在我想先討論幾個值得思考的問題：誰發明了實驗這種研究策略?它是怎么開始的?誰是第1個做實驗的人?
　　說到第1批科學家時，我們通常會聯想到古希臘哲學家。從“哲學家”這個稱謂，我們就可以知道他們的確進行了許多觀察與思辨。但他們的方法并不是真正的探究，他們并沒有像現代科學家那樣做實驗。盡管如此，他們仍然提出了具有巨大影響力的理論，例如影響了人類社會近2000年的“四元素說”。
　　在威廉。吉爾伯特(William Gilbert，1544—1603)1600年發表的著作《論磁石》(DeMagzlete)中，你可以找到今天我們在世界各地的課堂中所做的這種科學實驗的1個重要開端。比如，這本書記載了吉爾伯特的1個發現：他用實驗說明了“整個地球是1個巨大的磁體”。吉爾伯特的書和他通過實驗探究事物運作規律的方法對意大利科學家伽利略，伽利雷(GalileoGalilei，1564—1642)產生了巨大的影響。
　　在伽利略所做的第l批實驗中，有1個研究小球沿木制軌道運動規律的實驗。他測量了小球沿軌道向下運動不同長度所花費的時間，也研究了軌道傾角對結果的影響。
　　在使用伽利略的這個斜面實驗時，我可以談論它的起源，將它作為科學史的1個重要部分。但是，我也可以將它用作所有其他實驗和研究的一個模型，這被我稱為“模型實驗”。于是，我復制了這個軌道，把它用于在中國的培訓中，我們很好地討論了“當你開展實驗的時候，你需要做些什么”。
　　為了記錄實驗過程，我使用了即時貼，并在白板上設計了這樣的表格(圖9)。
　　在實驗時，你需要測量一些量，因而這個表格的右邊顯示的是“我們測量的”。在這個案例中，我們測量的是小球運動的時間。在實驗時，你還會改變一些量，因而這個表格的左邊部分顯示的是“我們改變的”。在這個案例中，我們改變的是“長度”。當然，你可以改變的量還有很多，比如軌道的傾角、小球的材質等。為了得到有意義的結果，我們每次只能改變1個量——這個活動為我們指出這一點提供了非常奸的契機。你可以按照下面的方式開展伽利略的軌道實驗。
　　。需要的材料
　　3米長的軌道(可以用木材制作，也可以用管道隔熱套來制作)、金屬小球、秒表(或具有秒表功能的手機)。
　　，實驗過程
　　分別從1米、2米和3米長度處釋放小球，別忘記先說說大家認為會發生什么結果。
　　讓盡可能多的學生測量時間，并保證每次釋放小球的是同一個人一一他在釋放小球時要提醒大家“各就各位—預備——開始!”
　　在即時貼上記錄結果。將寫著“時間”的即時貼移動到y軸旁，將寫著“長度”的即時貼移動到X軸旁。你可以很容易地將其他即時貼移動到相應的位置，然后得到1張漂亮的圖表(圖10)。
　　這樣，你就可以將實驗結果一覽無余，還可以討論許多科學問題：
　　，如果小球滾1米需要1秒，為什么滾2米并不需要2秒呢？
　　改變軌道傾角有什么影響？
　　如果我們做1個20米長的軌道，能看到什么現象?小球會滾得越來越快嗎?
　　我舉了1個例子來說明有意義的家庭實驗我請學生們解決這樣1個問題——溫度對球的彈跳有什么影響。
　　我告訴學生，他們將有1周的時間在家中完成這個實驗。家庭實驗有一些獨特的優勢，比如：
　　你使用的是日常器材，你把科學帶到了日常環境中。
　　每個學生都有動腦和動手的機會。
　　家長也參與到學習過程中。
　　在學生開始回家“動手”之前，他們必須思考這些問題：
　　我能使用哪種球？
　　我怎樣加熱球？
　　我怎樣冷卻球？
　　我怎樣測量？
　　為什么球的彈跳能力增強了?
　　怎樣記錄你的實驗過程和結果?對，你又可以使用即時貼策略了，它非常容易做。這一次，“我們測量的”是高度，“我們改變的”是溫度——熱、室溫、冷。
　　“彈球”實驗是我最喜歡的實驗之一，因為孩子們會把很多很有創意的記錄帶到課堂上來，讓我感到驚喜。當然，這個實驗也為我提供了1個很好的機會去談論空氣、氣壓，以及為什么球變熱后彈得更高。
　　我在培訓中還分享了1個活動，這個活動要解答的問題是“你能在1元硬幣上滴多少滴水”。許多教師都喜歡這個活動，因為它不僅有意義，能激發學生的興趣，而且容易做。
　　需要的材料
　　滴管、水、1元硬幣。
　　實驗過程
　　你首先要問學生“你能在1元硬幣上滴多少滴水”。學生通常會回答三四滴，極少有學生會說到10滴以上。想象一下，當看到表面張力使水滴們在硬幣上積聚成1個巨大的“水堆”時，學生們會多么驚奇!在瑞典，我曾經見過1位老師成功地在與1元人民幣差不多的硬幣上滴了140滴水。
　　如果你還想繼續與表面張力相關的活動，你可以在水中加一些洗滌劑再試一試。
　　需要的材料
　　2段直徑0.5英寸的PVC電纜管、1段PVC彎管、1段厚木板、膠帶、1個空塑料瓶、紙。
　　活動過程
　　將電纜管固定在厚木板上。用寬膠帶將塑料瓶固定在電纜管的一端。用紙做成與電纜管相適應的小火箭。
　　到戶外去，猛踩塑料瓶，火箭發射了!
　　如果你正在尋找1個確實能提高學生科技興趣的活動，那么，這就是你需要的東西。它蘊含了許多關于空氣和氣壓的知識。它很有創意，而且實在是太有趣了。
　　教學策略之故事
　　我繼續闡述我的“調色板理論”——教學策略的多樣性。這次我強調的是將讀故事和講故事作為1種科學學習方法的重要性。當然，將從報刊或互聯網上獲得的信息主題告訴學生是這種策略的實施方法之一。但是，我認為科學史中的故事是1個非常有用的資源。當教師想要談一談科學本質的時候，這些故事和事件常常會很有幫助。科學故事并不只是1張大胡子的照片和他的生卒年份，我想更重要的是講一講世界各地的人們在不同的歷史時期是如何思考問題的?？茖W教育非常需要這樣1個全球化和關注全人類的視角。
　　在這些故事中，有1個故事講述了第1塊磁石是如何被發現的。在培訓中我講了很久很久以前1個牧羊人丟了小羊的故事。當這個牧羊人到1個山洞里找它的小羊時，他的牧羊棒被山洞頂部的1種看不見的力量吸引住了。這個牧羊棒的手柄是鐵做的。于是，牧羊人跑回他所住的村子，召集了村民來調查山洞里的秘密。人們來到山洞，從洞頂敲下幾塊石頭，發現這些石頭可以吸引鐵做的東西。第1塊磁石就這樣被發現了。這個故事的發生地靠近1個叫Magnesia的村莊，在現在的土耳其境內。
　　開始時，這些石頭被用于治療疾病。因為這種神奇的石頭有1種看不見的吸引力，很多人都以為只要用它接觸身體，它就能吸走讓人生病的東西。這種奇特的想法甚王在今天仍十分廣泛地存在著。
　　另一種切實有效的使用磁石的方法是中國人發明的。當你將磁石用一根線懸掛起來，它總是指向相同的方向。你一定知道，這項發明就是指南針。
　　大約10年前，我出版過1本書，專門講述這樣的科學歷史故事和事件。這奉書叫《科學好奇心》。2000年，我因為這本書獲得了Carl von Linneus獎章，這是瑞典的1個文學類大獎。
　　調色板上的另一種顏色是“表演”。你可以表演科學史中的不同場景，也可以表演日常生活中有意義的科學內容。我在科學教學中用得最多的是通過表演闡明不同的基本科學概念。其中的一個例子是前文提到的關于固體、液體和氣體的表演。
　　我也表演了電動機是怎樣工作的。在做這個表演時，我需要將自己用1根3米長的電線繞起來——這樣我就是1個“線圈”了。接著，我在地上放2張A4紙，一張紙上寫著加號，另一張上寫著減號——它們代表電源的正負極。我的雙腳分別踩在這2張紙上——這表示我這個線圈連接著電源的兩極了?，F在我告訴學生自己身上的電線里有電流了，這使我升級為1個“電磁鐵”。為了更加具體和形象，我做了2只“手套”，戴在自己手上。用A4紙就可以做成這樣的“手套”，每只“手套”的一面涂成紅色，另一面涂成白色。我張開手臂面向觀眾，使觀眾看到一只“手套”的紅色面和另一只“手套”的白色面。我轉過180度，雙腳互換了“電極”。現在我是背對著觀眾的電磁鐵了。觀眾可以看到我的2只“手套”的背面——仍然是一紅一白。我再轉180度，面向觀眾，“手套”還是一紅一白，并且在觀眾看來紅色和白色始終出現在“電磁鐵”轉軸的同一側。
　　我請穿紅色襯衫或夾克的助手站在觀眾看到“紅手套”的一邊，穿白襯衫或白夾克的助手站在觀眾看到“白手套”的一邊。他們代表我旁邊的永磁體。當然，穿紅衣服的人是紅色一極對著我的磁體，穿白衣服的人是白色一極對著我的磁體。由于永磁體的紅色極對著我的紅色極，永磁體的白色極對著我的白色極，我就被推得轉了起來。轉過180度后，仍然是同極相對，因而只要電源為我供電，我就會一直被推著轉動。這就是電動機的工作原理。
　　在我以前的文章里，我向大家展示過怎樣讓學生“制作1朵花”。這只是調色板上的最后1種色彩“制作模型”的1個例子。這種策略要求完成真實的任務，解決有意義的問題，而不僅僅是像做填空題那樣紙上談兵。這樣，你才能真正得到創造的機會和提出自己的觀點與創意。我之所以采用這種方法，是因為我的一些高年級學生常常抱怨課堂中的科學太抽象了。這種現象是眾所周知的，研究表明，它廣泛存在干世界各地，而不僅僅發生在我的學生身上。為了讓科學內容更具體、科學學習過程更有創造性，我使用了許多建模活動來體現科學概念。我第1次實踐這種方法是在孩子們學習人體時。我們試著制作了人類的身體，所以你可以稱之為制作人體模型。
　　我們用石膏、布、尼龍搭扣及其他可用的材料制作模型，用它來解釋人體外部和內部分別是什么樣子的。這些模型會被展覽和供其他學生使用。這樣，我們得到了許多幽默和富有想象力的反饋。很明顯，學生們對于他們的作品非常自豪，這也是這種教學方法的成果之一。它使科學成為兼具創造性和美感的經歷
　　培訓以“結論和教學的轉變”收尾。圖14可以簡明地總結培訓的主旨，它更注重創造力的教學方式，它區別干傳統的教學，而且是1個循環的過程。
　　(1)如果真的有需要研究的東西，你就會開始想象和思考。
　　(2)如果不止有1個正確答案，提出自己的想法吧，這很有意義。
　　(3)交流和分享自己的觀點通常是非常有趣的。
　　(4)當你分享自己的觀點和發明時，你將會發現新的研究對象。
　　(5)如果真的有需要研究的東西……
　　在瑞典的新課程中，你也可以找到這種必要的轉變。新課程的總體目標與方針部分指出，教學應當發展兒童的理解，以使他們——“能創造性地解決問題和將想法轉化為實踐。”
　　在我收拾行李返回瑞典之前，我還向南京和上海的老師們展示了怎樣將音樂應用到科學教學中。音樂已經成為我生活的一部分，因而我總是在教室里放1把吉他。在學習科學或數學課題時，我時常會請孩子們寫一些關于我們所學內容的小詩。下面是由11歲的小學生作詞的關于磁體間引力的歌。當然，我演唱了這首歌，以它作為培訓的尾聲。并且在上海的培訓中，我的翻譯陳或為這首歌寫了精彩的中文歌詞，每位老師都參加了演唱。多么美好的回憶啊!
　　不管天空是晴還是雨
　　磁鐵們總是粘在一起
　　紅衣裳藍衣裳
　　它們穿情侶裝
　　愛情甜蜜燃燒在心理
　　能被邀請到中國講課是我的榮幸。這2場培訓的順利進行離不開許多人的支持——葉兆寧教授和她的包括陳或、趙冰蕾在內的團隊，上海的曹堅紅老師，當然還有中國科學技術協會，請允許我在這里對他們表達我真誠的感謝。我還要感謝參與培訓的所有老師，你們真的很棒。我期待著自己再次獲得這樣的機