讓學生多實踐

美國《K-12年級科學教育框架：實踐、跨學科概念和核心概念》一書，其中一個很搶眼的關鍵詞是“實踐”，而不是之前強調的“探究”。劉默耕老師很早就提出要讓孩子真刀真槍地搞科學，其實講的就是要注重科學實踐。注重科學實踐的課堂教學，應最大可能地讓孩子們體驗到類似科學家的研究過程，包括類似科學家的工作程序、思維方式、工作方式等?？茖W研究是一個多樣性方法的集合，科學課堂教學應力爭多層次、多角度、多維度地為學生提供科學實踐的機會。

在教學《輪軸》一課時，我們嘗試采用三種教學策略，設計了三個層次，期望通過邏輯推理、游戲體驗、數據驗證等手段，讓學生多實踐，從而順利地建構輪軸概念。

一、知識遷移，邏輯推理

歷史上很多重大發現都源于推理，推理在科學研究中占據重要地位。愛因斯坦認為，伽利略的發現以及他所應用的科學推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一。我國古代也有“以其所知，喻其不知，使其知之”的說法。動手是科學實踐，邏輯推理也是科學實踐。教師要讓學生親歷類似科學研究的過程，必須創造條件讓學生學會知識遷移，學會邏輯推理。

基于這樣的理念，《輪軸》一課上課伊始，教師便煞費苦心地創設情境，以期讓學生親歷這樣的過程。

師：上節課我們學習了杠桿，今天我帶來1根杠桿，現在要用它提起重物（演示），請找到杠桿上的支點、動力點、阻力點，并說說它是省力的還是費力的？

生：支點在滾筒中間位置，動力點是手把住的地方，阻力點是掛鉤碼的地方。這是省力杠桿，因為支點到動力點的距離大于支點到阻力點的距離。

師：現在，我想讓鉤碼離開桌面繼續上升。（單手轉動杠桿提重物）你們看有什么問題嗎？是的，我的手被擋住了，誰能想辦法讓它繼續上升？

（讓學生大膽說出自己的辦法。）

師：剛才這位同學提到再加1根杠桿，我試一試。（教師一試，真的提起來了）好主意！可是提升一小段后又被擋住了，我還想繼續提高重物怎么辦？

（學生提出，可以再加1根，以此類推，由2根杠桿加到4根。）

師：雖然4根杠桿很容易使鉤碼連續上升，可是我兩個手撥動的距離很大，要想距離小點、再小點、再小點，該怎么辦？

（學生提出，可以加杠桿，加到6根、8根。教師出示課件：由2根到4根，再到6根、8根，最后變成圓形。）

師：這有個鐵環，我把它固定在杠桿上，這樣確實能連續提起鉤碼了。這個裝置太神奇了，你能給他取個名字嗎？

生：輪軸。因為它由輪和軸組成，輪帶動軸一起轉動。

師：剛才這個輪軸是由多個杠桿變形成的，你能在輪軸上找到支點、動力點、阻力點嗎？

（學生回答，略。）

師：你能根據杠桿的原理推測出使用輪軸是省力還是費力嗎？

生：是省力的。因為支點到動力點的距離大于支點到阻力點的距離。

……

科學教學的核心目標是培養學生的科學思維能力，其中很重要的一點是讓學生學習用證據和推理說話。這里，教師先引導學生復習杠桿知識，調用學生前概念，為知識遷移打下基礎。然后創設了“如何讓鉤碼連續上升”的問題情境，在問題的驅動下，師生一起共同組裝模型，完成了由杠桿到輪軸的演變?，F場組裝的輪軸模型、動態的課件激發了學生的探究熱情，他們很容易認識到“輪軸就是一個連續轉動的、變形的杠桿”。有了前面杠桿知識的鋪墊，學生順利地推測出了輪軸的作用。在這個過程中，學生參與度高、思維活躍，很好地培養了學生的邏輯推理能力。

二、游戲體驗，親自感受

小學生有意注意的時間短，以形象思維為主，并且其外部學習動機占據主導地位，內部學習動機還處在不斷發展的過程中。注重科學實踐的課堂必須適合兒童特點，尊重學生的年齡差異，迎合孩子的心理特點。

教師在本節課教學中先后設計了掰手腕、吊重物兩個游戲，其目的就是讓學生在“玩”中、在“游戲”中去體驗、去感受。

游戲：掰手腕（安排在正式上課之前）

師：上課前，我們先做一個比力氣的游戲，叫掰手腕。

（老師請學生推薦一位力氣最大的同學，并請有勇氣挑戰他的同學一起到前面掰手腕，結果力氣大的同學獲勝。）

師：一局過癮嗎？我們再來一局。我這里有一個道具水桶，水桶上有一個標志，力氣大的握住水桶口，力氣小的同學握住水桶桶身，分別沿順時針和逆時針兩個方向轉動水桶，標志轉到哪個方向，朝這個方向用力的同學就贏。

（力氣小的同學輕而易舉就獲勝了。）

師：在剛才的課前游戲中，為什么力氣小的同學能夠反敗為勝呢？我相信通過這節課的學習，同學們就能知道其中的秘密了。

這個小游戲讓緊張的上課氣氛一下子舒緩下來，學生和聽課教師都投入到游戲中。更重要的是，情境中內含本節課的核心問題，制造了矛盾沖突，激發了學生的探究欲望，為后續研究做好了鋪墊。

游戲：吊重物（安排在學生推測輪軸作用之后）

師：剛才我們推測了輪軸可以省力，是不是這樣呢？我們做個小游戲體驗一下。大家看，這把螺絲刀也是輪軸。找一找，哪是輪？哪是軸？

（學生找出輪和軸。）

師：我們現在利用這個輪軸來做一個吊重物的游戲。游戲有兩種玩法：第一種玩法，把鉤碼通過細繩掛在軸上，單手轉動輪，把鉤碼吊起來；第二種玩法，把鉤碼通過細繩掛在輪上，單手轉動軸，把鉤碼吊起來。

（教師出示活動要求：每次用同一只手單手轉動；每位同學每種玩法都要玩一次，在玩的過程中體會有什么不同感受。）

師：有什么發現？

生：第一種玩法比較省力。

生：用輪帶動軸更省力。

……

師：我們通過自己的體驗發現：力作用在輪上，輪帶動軸省力。

小學階段尤其是低年級學生應該多采用游戲、魔術等策略，因為游戲更受學生歡迎，教學中引入游戲不僅有利于調動學生的學習興趣，更有利于讓學生經歷由感性到理性的科學研究過程。

三、實驗探究，數據驗證

動手做實驗是教師常用、學生喜歡的科學實踐形式，但就是這樣一種常用的方法，很多教師不僅在理解層面上較膚淺，而且在操作層面上做的也不到位。仔細想想，過去的確有教師把實驗課上成了“手工課”，教師準備材料，講解實驗步驟、注意事項，學生完成制作或實驗，展示自己的成果等。雖然過程中也讓學生設計實驗方案，讓學生交流，但由于教師認識不到位，不了解科學實踐的內涵，導致學生做的、說的都是淺嘗輒止。

有研究表明，學生動手親歷探究只是科學實踐操作層面的，科學實踐不僅包括操作性探究，還應該包括理論性探究、社會性探究。換個說法，科學的精髓是論證的過程，科學教學中，教師應以理論性探究為主導，幫助學生越來越自如、自發地運用科學證據和推理，建構和不斷改進自己的科學理論。

《輪軸》一課，為了讓學生驗證感受是否科學，教師設計讓他們做了“輪軸省力，輪越大越省力”兩個實驗活動，這兩個活動是教材上沒有安排的。增加這樣的活動，主要目的是培養學生的“證據”意識，讓學生學會運用數據證明自己的假設。同以往實驗不同的是，我們更關注學生建構實驗模型論證觀點的過程，讓學生明白動手做實驗就是在尋找新的證據，就是在證據基礎上檢驗自己的解釋。

實驗一：認識輪軸省力

師：剛才同學們在做游戲時，感覺用輪帶動軸時更省力一些，你們的感覺可靠嗎？由此我們就可以得出科學結論，你覺得可以嗎？

生：感覺不可靠，別人是不會信服的。

……

師：那要怎樣檢驗這個想法？還需要尋找哪些證據？怎樣著手收集這樣的證據？

生：還需要做實驗，用數據證明。

師：小組先討論一下，這個實驗應該怎樣做。為了保證數據有說服力，還要思考做實驗時應該注意哪些事項，形成一個初步方案。老師也為大家準備了一些材料，看能不能幫到你們。

（教師準備的材料有輪軸模型、鉤碼、線繩、彈簧測力計、實驗記錄單等。學生先分組設計，再全班交流，共同完善實驗方案。）

生：先組裝好輪軸，軸上繞上線，掛上鉤碼。輪上繞上線，掛在彈簧測力計上，拉動測力計讀數。

生：一次數據不充足，應該多做幾次，最少3次。

生：使用測力計時要先檢查指針是否指在0處，要慢慢拉動，等平穩后讀數。

生：一個人操作不了，小組成員要分好工，要合作。

生：應先用彈簧測力計測出直接拉動鉤碼所用的力，再測在輪上拉起鉤碼所用的力，然后對兩次數據進行比較。

師：那你覺得看到什么樣的數據就會證明我們的觀點？

生：輪上拉比直接提起數值小。

……

師：在大家的共同努力下，我們的實驗方案逐步完善了。我建議大家，可以按照箭頭方向繞線，向上拉動測力計時更方便讀數。實驗中，還要把實驗數據記錄在實驗記錄單上，便于交流。

（學生分組實驗，之后介紹實驗數據及結論，如下圖所示。）

師：通過對比實驗數據，我們發現：力作用在輪上，輪帶動軸轉動省力。我們在使用螺絲刀擰螺絲釘時，就是輪帶動軸轉動，所以很容易把螺絲釘擰動。

實驗二：探究輪越大越省力的規律

師：老師這還有一把螺絲刀，跟剛才的相比，有什么區別？

生：輪更大了。

師：為什么要把輪做的更大？

生：為了更省力。

師：那要進一步證明輪是不是越大越省力還需要尋找哪些證據？怎樣著手收集這樣的證據？

生：跟前面一樣，做個實驗證明。把剛才的輪軸換成現在的輪軸，然后進行比較。

生：做這個實驗，只能改變輪大小這一個條件，其他條件不能改變。其他注意事項跟實驗一相同。

生：要保證軸不變。

生：可以與實驗一比較做，每次鉤碼的個數與實驗一保持不變，這樣省時高效。

師：你覺得獲得什么樣的數據就可以證明我們的觀點是正確的呢？

生：第二次的數據比第一次的小。

……

（學生分組實驗，之后介紹實驗數據及結論，如下圖所示。）

師：大家的發現是軸不變，輪越大，越省力。既然輪越大越省力，我們把螺絲刀的刀柄做得特別大，可以嗎？

生：不可以，輪太大了不方便。

師：生活中，我們在使用輪軸的時候，不但為了要省力，還要方便。大家想一想，生活中還有哪些地方用到了輪軸呢？帶給我們哪些方便？

（學生舉例。還有學生解釋課前游戲：為什么力氣小的同學在擰水桶游戲中能“反敗為勝”？）

師：這節課我們不僅認識了輪軸，還知道力作用在輪上，輪帶動軸轉省力；軸不變，輪越大越省力。此外，我們還學習了運用比較推理、運用親身體驗、運用實驗數據論證自己觀點的科學方法。實際上輪軸的奧秘還有很多，我們以后繼續研究。

“動手”是由“動腦”驅動，是為“動腦”服務的。通過上面的教學我們可以發現，教師在課堂上不再盲目讓學生動手去做，而是用大量時間讓孩子思考“需要尋找哪些證據”“怎樣收集這樣的證據”“獲得什么樣的數據證明觀點”，學生在課堂中反復經歷這樣的思考過程，體現了科學課最本真的味道。

當然，重視科學實踐并不是標新立異，只是為了讓課堂上科學的味道更醇厚，更原汁原味。這就要求教師在課堂上根據教學內容和學生實際情況，靈活選擇恰當的教學策略，有效促進學生科學素養的提升。