探尋科學本質提升科學素養

李偉明

國務院頒布的《全民科學素質行動計劃綱要實施方案（2016—2020年）》明確提出：“初步認識科學本質”將成為我國未成年人科學素質教育的主要任務。《義務教育小學科學課程標準（2017年版）》也指出：培養學生的科學素養，要引導學生認識科學本質。小學開展科學教育的本質不是讓學生記住具體的事實性知識，而是讓學生理解具體的事實性知識背后的深層次思想。因此，作為小學科學教師，應發掘隱藏在事實性知識背后的觀念，從“科學知識為本”的教學走向“寄科學本質于探究活動”的教學，從而培養學生科學本質觀，提升學生的科學素養。本文以教科版五年級下冊“誰先迎來黎明”一課為例，談談筆者的做法。

一、結構材料，在探究中彰顯科學本質

不同的科學探究活動有不同的局限，因受時空的限制，學生無法對地球與宇宙的相關知識進行直接探究，只能通過模擬實驗。教師根據學生原有的知識經驗和生活經驗基礎，用與事實相仿的結構性材料讓學生進行模擬實驗。作為科學教師，應在科學探究中選擇合適的有結構的材料，引導學生開展完整的或部分的探究，降低模擬實驗的難度，減少不可控因素的影響，從而探尋科學本質。

例如：執教“誰先迎來黎明”一課。通過微信兩地連線，學生提出探究問題：“北京和烏魯木齊誰先迎來黎明？”學生知曉無法將地球和太陽請到課堂上進行實驗，進而提出新問題：“怎么進行實驗？”學生根據自己的生活經驗，提出用地球儀模擬地球和用手電筒模擬太陽的模擬實驗需求。初次討論如何進行模擬實驗時，學生發現模擬實驗需要注意的事項。如：手電筒保持不動；地球儀要緩慢地轉動；需要調節燈光和地球儀之間的距離，光照亮半個地球即可；實驗前，讓兩個城市先處于背光處；站在晝夜分界線上觀察；等等。為了讓所有學生都能參與到模擬實驗的觀察中，筆者選擇了本校學生設計的科技創新作品作為模擬實驗的材料。此模擬實驗材料不僅很大程度上降低了操作難度，而且通過介紹該模擬實驗材料是獲得省科技創新大賽一等獎的作品，使學生感受到，創新制作源于課堂、源于生活，為激發他們開發自己的創造才能提供鋪墊。

二、關注數據，在探究中培養實證意識

在小學科學探究活動中，對實驗數據的收集、整理和分析，是對核心素養中實證思想、探究能力、科學思維和科學態度等方面的有效提升和高度體現。對實驗數據收集和分析后，還需要進行整理和運用，對實驗結論進行預測，對問題進行解釋。很多學生對數據整理的有效性比較差，缺乏用數據說話的習慣，缺乏基本的科學素養與實證意識。因此，作為小學科學教師，需要培養學生從實驗數據入手，扎實做好實驗數據收集、整理、分析的每一個環節，從而促進學生科學核心素養的提升。

例如：執教“誰先迎來黎明”一課。學生在地球儀上尋找到北京和烏魯木齊，并猜測地球的自轉方向和北京與烏魯木齊誰先迎來黎明。在實驗中，有小組猜測是順時針旋轉，并猜測北京先迎來黎明。然而在模擬實驗后，得出的結果是烏魯木齊先迎來黎明，但在記錄表中，學生卻仍然填寫北京。面對這種情況，筆者及時干預，詢問：“為什么填寫北京？”學生的答復是：“我去過北京和烏魯木齊，烏魯木齊的白天都比較晚。”顯然，學生是根據生活中的經歷去判斷。當出現數據與事實不符時，需要引導學生繼續思考：“為什么會這樣？”通過再次實驗，學生填寫了真實的模擬實驗數據。學生的這個生活經驗，也成為繼續探尋“地球的自轉方向”的重要資源。

三、借助現代設備，在探究中加強思維訓練

在科學探究活動中，教師只向學生提供獲得科學概念背后的數據所需要的感性材料，而沒有引導學生充分參與思維加工活動，會使學生已有的生活經驗和科學概念處于“分離狀態”。在地球與宇宙領域的科學概念中，學生很難通過親身經歷去感知，許多天體運動無法通過常規操作來展示與描述，學生在學習中相對比較困難。微課教學，能讓學生如親臨真實的環境和任務，彌補課堂教學的不足。尤其是在教學地球與宇宙領域的相關知識方面，通過微課教學等現代設備的教學方式，不僅培養了學生自學能力，還能夠加強學生的思維訓練。

例如：執教“誰先迎來黎明”一課。學生通過模擬實驗和相對運動實驗觀察驗證，獲得北京比烏魯木齊先迎來黎明的實驗結果，很多教師就只停留在這里，沒有再進一步深入引導了。這個結論是不完整的。于是，筆者再加入倫敦和紐約，通過旋轉大地球儀讓學生感受倫敦和紐約在北京和烏魯木齊的西面，繼續探討這4個城市迎來黎明的先后。學生產生了“每個城市都可能最早迎來黎明”的矛盾沖突，從而引發了學生進一步深入討論和分析的欲望。在學生爭論中，筆者引出了國際日期變更線的必要性，并出示關于時區的微課。通過微課講解，學生更好地理解了時區的相關知識，解決了北京為什么比烏魯木齊更早迎來黎明的問題。在這個過程中，培養學生嚴密的邏輯思維，完善學生的認知結構，構建并完善“地球在不停地自西向東自轉，所以越靠東邊越先迎來黎明”的科學概念。

四、豐富教材，在探究中感受技術創新

《義務教育小學科學課程標準（2017年版）》新課標在原有的三大領域的基礎上，增添了技術與工程領域，并明確指出：人類為實現自己的需要，對已有的物質材料和生活環境加以系統性開發、生產、加工、建造。教師可以根據小學科學探究活動的需要，選取合適的時機，開設科學創新課堂，讓學生通過已有的材料，創新實驗教材，從而拓寬學生創新領域。

比如：學生在學習“誰先迎來黎明”后，知道在進行模擬實驗時，需要模擬地球運動和太陽光照來認識晝夜交替、極晝極夜等現象。筆者引導學生提出問題：是否有既有固定電源、地球儀又能自動轉動的演示裝置？基于這樣的需要，學生走訪了各大超市、學具用品店等，但都一無所獲。面對困境，在教師和家長的幫助下，學生通過上網查詢各種搜索引擎，得知雖有光電型的電動地球儀，但卻沒有傾斜角度，功能單一，無法滿足多個課程的學習需要。于是，學生產生了創新設計“多功能光電地球儀展示臺”的想法。通過一系列的操作，學生最終設計完成了這一裝置，該裝置還獲得了福建省科技創新大賽一等獎。所以，課堂教學不應止步于課的結束，而應進一步延伸，引領學生繼續去探尋技術的創新，從而更好地探尋現象背后所隱藏的事實。

綜上所述，在地球與宇宙領域的教學中，教師需要在探究活動中提供有結構的材料、關注實驗數據的收集、借助現代設備，才能更好地利用有效的教學方法，引導學生進行科學探究，從而深化學生對于科學本質的理解。

（作者單位：福建省晉江市第二實驗小學 本專輯責任編輯 莊嚴）