基于學(xué)科核心素養(yǎng)“刨”根問底

陳琛

在一次中科院科研人員與小學(xué)科學(xué)教師的對話沙龍中，歐陽頎院士說過這樣一句話：用現(xiàn)在的方式培養(yǎng)出來的科學(xué)家來推動(dòng)21世紀(jì)的科技革命，那還差得太遠(yuǎn)。 歐陽頎院士質(zhì)疑，為什么現(xiàn)在的科學(xué)教育還要有唯一的答案？科學(xué)本身是沒有答案的，因?yàn)楹芏嘀R若干年后又變了。從科研的角度看確實(shí)如此，但是科學(xué)教育和科學(xué)研究，畢竟還是有差異的，尤其對于低年段的兒童而言，他們需要一定程度的“答案”。這個(gè)答案應(yīng)該是什么？網(wǎng)絡(luò)中有鋪天蓋地的知識，遍地書院、學(xué)院、培訓(xùn)班的課程中也有許多知識，但是，我們的科學(xué)教育追求的知識和價(jià)值是什么？我不禁開始反思自己上過的關(guān)于生命科學(xué)領(lǐng)域的一些課。

《植物的根》就是其中的一課，教材設(shè)計(jì)的內(nèi)容相對簡單，可能無須通過課堂，就可以找到問題的答案。那么，我們到底要讓學(xué)生經(jīng)歷怎樣的學(xué)習(xí)過程，才能讓他們提升學(xué)科的核心素養(yǎng)呢？我主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行思考，并設(shè)計(jì)本課的教學(xué)活動(dòng)。

找準(zhǔn)主要概念

小學(xué)科學(xué)課程分為幾個(gè)不同的領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域的特點(diǎn)不同，比如物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域，講究精確的科學(xué)，追求數(shù)學(xué)表達(dá)，講究因果關(guān)系;生命科學(xué)領(lǐng)域，更多的是描述性科學(xué)，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)和功能，而不是尋因。生物中的核心素養(yǎng)包括四個(gè)方面：多樣性、結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、能量、遺傳和變異，“植物的根”雖然知識內(nèi)容簡單，但是要想體現(xiàn)學(xué)科的核心素養(yǎng)，就要從多樣性、結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、能量、遺傳和變異這幾個(gè)方面進(jìn)行思考。

植物的根多種多樣，從根的發(fā)生看，有主根、側(cè)根;從根的總體形態(tài)看，有直根、須根;從根的向性看，有向地性、向肥性;從根的功能上看，有固定作用、吸水和獲得營養(yǎng)物質(zhì)的作用，還有一些變態(tài)根，它們有的可以儲存營養(yǎng)物質(zhì)，有的可以繁殖后代。植物的根不是一個(gè)單純的知識點(diǎn)，立足于生命科學(xué)領(lǐng)域的核心素養(yǎng)要點(diǎn)，我們可以發(fā)現(xiàn)植物的根是一個(gè)豐富的知識體系。

對于這個(gè)豐富的知識體系，在本課如何確定所要掌握的科學(xué)概念？我翻看幼兒園的一些課程，發(fā)現(xiàn)已有對于蘿卜之類的根的觀察，以及對根進(jìn)行一些分類的活動(dòng)。再看初中生物教材，介紹了根的固定和吸收作用，在此基礎(chǔ)上，了解根尖結(jié)構(gòu)，觀察根尖細(xì)胞。在了解這些課程的基礎(chǔ)上，我覺得觀察根的外形、了解根的功能才是小學(xué)階段所要學(xué)習(xí)的主要概念。對于這個(gè)概念目標(biāo)，教師通常會帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，幫助他們理解根的吸水作用。然后通過看圖片、結(jié)合生活中的經(jīng)驗(yàn)來認(rèn)識根的固定作用。我認(rèn)為這些傳統(tǒng)的活動(dòng)對于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要有更高層次的教學(xué)設(shè)計(jì)。

用“大生命科學(xué)教育觀”指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)

我認(rèn)為，為了更好地幫助學(xué)生理解學(xué)科的核心素養(yǎng)和建構(gòu)主要科學(xué)概念，需要基于“大生命科學(xué)教育觀”設(shè)計(jì)教學(xué)。“大生命科學(xué)教育觀”強(qiáng)調(diào)對生物學(xué)核心概念和科學(xué)思想的深刻領(lǐng)悟，強(qiáng)調(diào)科學(xué)過程和方法的培養(yǎng)，更強(qiáng)調(diào)科學(xué)與個(gè)人和社會的緊密聯(lián)系，體現(xiàn)了“科學(xué)為大眾”的思想，體現(xiàn)了一種系統(tǒng)化、整體性的科學(xué)觀，更加貼近生物學(xué)核心素養(yǎng)，能夠更好地實(shí)現(xiàn)立德樹人的育人目標(biāo)。由此，我對比了多個(gè)版本的國內(nèi)外教材，發(fā)現(xiàn)它們在編寫體系方面都強(qiáng)調(diào)生命系統(tǒng)的整體性和穩(wěn)定性，注重生命科學(xué)中科技和人類社會的關(guān)系，希望學(xué)生通過科學(xué)探究學(xué)習(xí)生物學(xué)的學(xué)科核心思維。“大生命科學(xué)教育觀”的形成過程是學(xué)生科學(xué)思維的運(yùn)用和探究性學(xué)習(xí)過程的相互融合。認(rèn)識植物的根，同樣也包括了人類認(rèn)識自然現(xiàn)象和生命規(guī)律的一些特有的科學(xué)思維方式和探究過程，為了體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)主要概念，我對植物的根的內(nèi)容重新進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)。

通過前測了解學(xué)生的前概念

在教學(xué)之前，我對40位學(xué)生關(guān)于根的作用進(jìn)行了前測：70%的學(xué)生認(rèn)為根可以吸收營養(yǎng)物質(zhì);45%的學(xué)生認(rèn)為根可以吸收水分;6%的學(xué)生認(rèn)為根具有類似地基的固定作用;還有2%的學(xué)生認(rèn)為根還有其他作用。

可見，學(xué)生對于根的作用是有一定生活經(jīng)驗(yàn)的，他們普遍認(rèn)同根的吸水作用，但沒有證明根吸收水分和營養(yǎng)的證據(jù)，他們多是通過書本、家長和種植的經(jīng)驗(yàn)而獲得這些認(rèn)識。另外，他們對于根的固定作用的認(rèn)識還相對薄弱，難以認(rèn)識到根的吸水和固定作用本身并不是分裂的，都是適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果。

在探究根的作用前，我讓學(xué)生畫出自己認(rèn)為的植物根的形狀。學(xué)生畫出的根，普遍是地上部分大、地下部分小，根很多而且比較亂。這是學(xué)生頭腦中前概念外顯的過程，非常有必要。教學(xué)中，教師還必須注意到學(xué)生頭腦中有一些錯(cuò)誤前概念的存在，課堂教學(xué)活動(dòng)要幫助學(xué)生修正頭腦中的錯(cuò)誤前概念，建立正確的科學(xué)概念。

前測中，80%的同學(xué)想把植物的根取出來看一看，想知道真實(shí)的情況是否和自己所畫的一樣。有的學(xué)生在后面還注明看完再種回去，不希望植物死亡。根據(jù)學(xué)生的這些想法，我設(shè)計(jì)了一個(gè)“挖根”活動(dòng)：在學(xué)校的小菜園里，我?guī)W(xué)生一起體驗(yàn)了清除雜草的“挖根”活動(dòng)。

讓學(xué)生親身體驗(yàn)“挖根”活動(dòng)

在“挖根”活動(dòng)中，學(xué)生的發(fā)現(xiàn)令人驚喜。對參與和沒有參與“挖根”活動(dòng)的班級進(jìn)行對比，我發(fā)現(xiàn)經(jīng)過“挖根”實(shí)驗(yàn)的班級對于根的認(rèn)識更加豐富（如表1）。學(xué)生在體驗(yàn)“挖根”的過程中，可以認(rèn)識到根的長度、數(shù)量、軟硬、粗細(xì)和泥土的緊密關(guān)系等。這有利于后面他們對“根的外形特點(diǎn)對植物的生存有什么作用”進(jìn)行推理。學(xué)生在挖土的時(shí)候很費(fèi)勁，感到植物的根像網(wǎng)一樣，從而認(rèn)識到根如同“地基”一般具有固定作用。

雖然學(xué)生通過圖片、標(biāo)本或?qū)嶒?yàn)室水培的植物都可以看到植物的根，但是沒有獲得根和土壤的緊密關(guān)系的親身體驗(yàn)。學(xué)生的親身感受是他們思維的基礎(chǔ)，可以獲得更多的發(fā)現(xiàn)，可以對科學(xué)概念認(rèn)識得更加豐富和清晰，也有助于他們開動(dòng)腦筋，認(rèn)識并理解學(xué)科的一些概念。圖1是學(xué)生通過“挖根”后對根的進(jìn)一步認(rèn)識，可以看出學(xué)生對植物的根的認(rèn)識更加豐富而立體。

基于證據(jù)進(jìn)行推理

從學(xué)生畫的根中，可以看到和之前的預(yù)測不同，很重要的一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)是根的地上部分和地下部分幾乎一樣長，根不是雜亂的。有的學(xué)生還畫出了根上的土塊，有的學(xué)生補(bǔ)充說：有的根像線一樣細(xì)，根像爪子。學(xué)生觀察到這些現(xiàn)象，可以總結(jié)出普遍的規(guī)律，通過外形推理根的功能，自然地就會聯(lián)想到這樣的語句，如“根多而長，這樣可以更好地吸水”“根的方向是分散的，可以找水”“根細(xì)而多，一根斷了，剩下的還能工作”，或是這樣的句子，如“根分布得廣又彎彎曲曲，能夠把自己牢牢固定在土里”“根像爪子，把自己固定在土里，取出來的時(shí)候根上有泥巴，說明也抓住了土”。和對照班級比較，實(shí)驗(yàn)班級的學(xué)生普遍能關(guān)注到土壤，關(guān)注到根和環(huán)境的關(guān)系。

通過這樣的探究，學(xué)生不會僅停留在記住一些生物學(xué)事實(shí)上，而是通過事實(shí)抽象出生物學(xué)的核心概念，理解某類生物的總體特征和規(guī)律，并以此來建構(gòu)合理的概念框架，進(jìn)而能在新情境下解決實(shí)際問題。

用科學(xué)方法引導(dǎo)構(gòu)建大概念

授人以魚，不如授人以漁。就認(rèn)識植物來說，學(xué)生應(yīng)該習(xí)得通過觀察植物外部形態(tài)特征從而推測其功能的方法，從“知道是什么”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸鯓硬拍苤馈薄Ｎ覀兛梢岳眠@種方法，幫助學(xué)生建構(gòu)概念體系。

大概念是指可以適用于一定范圍內(nèi)物體和現(xiàn)象的概念，與此對應(yīng)，我們將只運(yùn)用于特定觀察和實(shí)驗(yàn)的概念稱為小概念。例如，蚯蚓能適應(yīng)泥土中的生活，這是一個(gè)小概念;而生物體需要經(jīng)過很長時(shí)間的進(jìn)化形成在特定條件下的功能，是與它相對應(yīng)的大概念。本課涉及的大概念如圖2所示。

在這兩個(gè)概念中，我選擇的是第一個(gè)概念，因?yàn)樗臃闲W(xué)中年段學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有利于他們對大概念的理解。概念的表述非常重要，兒童學(xué)習(xí)科學(xué)就是修正和拓展對概念的理解，而不是記住事實(shí)性信息、知識和定義。教學(xué)中，教師圍繞主要概念的主題和內(nèi)容設(shè)計(jì)高質(zhì)量的探究活動(dòng)，幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。在《植物的根》一課中，學(xué)生能夠說出植物每一部分的名稱并不重要，重要的是讓他們了解每一部分因其結(jié)構(gòu)不同而有不同的作用和功能，這才是主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。因此，我嘗試把課程標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求轉(zhuǎn)化為概念表述，在這個(gè)基礎(chǔ)上完成教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)以及教學(xué)成果的評價(jià)，確保學(xué)生沿著概念發(fā)展的“箭頭”，指向?qū)Υ蟾拍畹睦斫狻?/p>

通過后測進(jìn)行反饋與遷移

在后測中，90%的學(xué)生表示喜歡通過“挖根”來認(rèn)識植物的根的活動(dòng)。在這些學(xué)生中，超過58%的人覺得很有趣，他們還有其他的感受，如有的學(xué)生感覺緊張好奇、小心翼翼，甚至沒想到根能夠生長得這么長。通過“挖根”活動(dòng)可以讓學(xué)生體會到：很多科學(xué)現(xiàn)象看起來很簡單，其實(shí)并不簡單;科學(xué)需要實(shí)際動(dòng)手和動(dòng)腦，只有親身經(jīng)歷，才能有更深刻的理解。

在后測中，我還設(shè)計(jì)了一道開放題：一個(gè)山村的村民常年砍林開荒，破壞了這個(gè)村莊的環(huán)境，一下雨，山上的黃土就隨雨水傾瀉而下，淹沒了村里的道路橋梁，每次雨后村民都要組織清理道路。請問：為什么會造成這樣的后果？如果你是村主任，你會有怎樣的方案解決這個(gè)問題？39%的學(xué)生能夠思路清晰地寫出：砍樹后，根不能吸水，下雨時(shí)，水把泥土沖走了，根本來可以固定土壤，失去了根的固定，土壤就松垮了。28%的學(xué)生能夠提到相關(guān)的因素，但是邏輯關(guān)系不是十分清晰。25%的學(xué)生只提到不能砍樹。8%的學(xué)生完全不清楚，甚至沒有提到樹根。這樣的測試題，能夠反映學(xué)生通過學(xué)習(xí)理解了什么，是否能解釋生活中的一些問題，是否能靈活運(yùn)用知識去解決生活中的問題。

在科技的發(fā)展中，人的知識隨著技術(shù)的更新而改變，沒有多少知識是一成不變的。例如，因?yàn)樘煳膶W(xué)的觀測技術(shù)的提高，把曾是行星的冥王星排除出行星之列。在知識爆炸的現(xiàn)代社會，知識更新非常快，如果寄希望學(xué)生記住許多細(xì)碎的知識信息，已遠(yuǎn)不能適應(yīng)知識的更新與變化，因此，獲得理解知識的能力尤為重要。在《植物的根》一課的教學(xué)設(shè)計(jì)中，我根據(jù)學(xué)科的核心素養(yǎng)，在教學(xué)設(shè)計(jì)中不刻意要求學(xué)生去記憶那些零散的信息或孤立的事實(shí)，而是重點(diǎn)讓學(xué)生掌握獲得這些基本概念或原理的方法，并把它們遷移到新的情境中。科學(xué)課教學(xué)應(yīng)該更多地從學(xué)科核心素養(yǎng)的角度進(jìn)行深入思考，讓學(xué)生深入地理解核心概念，獲得科學(xué)探究的能力，這樣他們才能更好地應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)，才能夠從容地面對未來的社會。