从生活到科学课堂

从生活到科学课堂-科学论文从生活到科学课堂 许飞 科学来源于生活。小学科学课程也大多取材于“儿童身边的自然事物”，但科学并不等同于生活。如何引领学生从生活走向科学课堂，这显然不仅仅是从生活中如何选取教学内容的问题，更重要的是如何让学生能经历一个从生活到科学的提升过程。 从生活到科学课堂是“聚焦”的过程 小学科学课程涉及的内容大多来自日常生活中最常见的自然事物和科学现象。要从纷繁的生活场景中发现和挖掘可供小学生科学探究的内容，我们就要像摄影师一样调整镜头，进行“聚焦”。 一、创设情境，提出问题 问题是科学探究的起点，也是科学课程从生活到课堂的关键。发现问题、提出问题，并从中选择合适的科学问题展开探究，这正是探究式教学要完成的第一步。但很多具有探究价值的自然现象在生活中可谓司空见惯，以至于孩子们对其熟视无睹。怎么才能重新引发孩子们对这些现象的兴趣，重新点燃他们强烈的好奇心和探究欲呢？课堂之初的引入活动显得尤为重要。 比如人体的呼吸现象，因为我们时时刻刻都在呼吸，所以平时很少有人关注。为了引起孩子们对呼吸的关注，加深他们对呼吸的体验，我先搜集了打喷嚏、喘气、咳嗽、游泳换气等生活中常见呼吸现象的动画，让孩子们一边看动画，一边猜这节课要研究的内容。然后设计了“做深呼吸、屏住呼吸、跳迪斯科之后体验呼吸的变化”三个体验活动来加深学生对呼吸的体验。活动之后，孩子们很自然地提出了许多关于呼吸的问题并表现出强烈的探索欲望。“人为什么要呼吸？”“人是怎样呼吸的？”“气体在人体内经过了哪些地方？” 不同的研究内容，我们可以设计出不同的引入活动。可以通过小游戏、角色扮演等体验活动来模拟生活片段；可以通过观看视频、电影片段或观察小实验来重现生活中的科学现象；也可以是直接呈现孩子们曾经提出的问题但无论怎样，都必须是与孩子们生活有关的，是他们喜闻乐见的，能引起他们的兴趣。 大象版科学教材特别注重引入活动的设计，其目的就是想通过各种体验性活动，激发学生对某些科学现象产生好奇心和求知欲，为接下来的科学探究活动积蓄动力。下表是本套教材五下各单元分别设计的引入活动。 二、追问聚焦，追本溯源，锁定问题本质 通过重演或回忆日常生活现象，孩子们提出了各自各样的问题。我们发现，有一些科学问题未必可以直接拿来进行研究。比如，当一个孩子提出“人为什么要呼吸”时，马上就有学生直接给出答案“人不呼吸会死的”，这个答案简单正确，还有研究下去的必要吗？我们是科学老师，要上科学课，提倡科学探究，如果我们也如此直接告知学生答案，那么科学探究就无从谈起，我们的科学课也会索然无味。 怎样让来自生活的这些问题成为科学课堂可以开展科学探究的教学资源呢？“追问”是一个不错的方法！还以“人为什么要呼吸”为例，只要我们稍作分析，就会发现，“人不呼吸就会死”只是个结果，这个答案并没有解答人为什么要呼吸的内在原因。怎样引导学生逐步接近问题的本质呢？请看下面的教学片段： 生：人为什么要呼吸呢？ 生：人不呼吸就会死。 师：为什么人不呼吸就会死呢？人不吃饭也会死，人通过吃饭获得了什么？人通过呼吸得到了什么？ 生：获得氧气。 生：人还通过呼吸排出二氧化碳。 师：人真的通过呼吸吸收了氧气，排出了二氧化碳吗？怎样证明？（学生无语）如果我们的这个假设成立，那么我们吸进前和呼出后的气体会发生怎样的变化？ 生：氧气减少，二氧化碳增多。 师：怎样检测？ 通过追问，问题已经转化为“怎样检测人体呼吸前后的气体是不是氧气减少二氧化碳增多了”，接下来就可以带着孩子们思考怎么设计实验了。 由此可见，要把一个开放的问题转化为指向明确的可以探究的科学问题，追问是最常见、最有效的方法。 这样的例子在我们的课堂上比比皆是，比如教学探寻光的路线一课。 老师出示一个装有半杯水的透明方杯，将一根筷子的一端插到水中，引导学生观察筷子的形状。很明显，从外面看，一半插在水中的筷子弯曲了。把筷子拿出来再让学生看，筷子是直的。再放入水中，再拿出来，反复4次。这是怎么一回事呢？学生自发提出了问题。 “为什么筷子插到水里看起来就折了呢？”老师将这个问题当作“皮球”踢给了学生，让学生尝试解释。但这个问题显然超出了学生的认知能力，没有人能回答。于是老师开始“调焦”问题。 “通过上一课学习，我们知道了我们之所以能看到物体，是因为物体反射了部分光线到我们的眼睛里。我们现在能看到这根筷子吗？” “能。” “那么这根筷子插入水中前后它是不是都有光反射到我们眼睛里？” “有。” “这些光线又有什么不同呢？” 学生没有听明白老师的问题，支支吾吾不知怎么回答。 “大家想一想，空气中的半根筷子反射出来的光和水下的半根筷子反射出来的光，它们经过的路径有什么不同？” “露在水面外的半根筷子反射的光穿过空气直接射到我们眼睛里，而水中的半根筷子反射出的光先穿过水，然后再经过空气” “非常聪明！那么光经过水再进入空气和只在空气中传播会有什么不同的现象呢？” “老师，我知道，这是光的折射！”一个学生迫不及待地抢答。 “嗯，能说得更具体一些吗？” 可惜没有人知道得更多，又是一片沉默。 “我们都知道光是沿直线传播的。假如在水里和空气中的传播是一样的话，那么，筷子插入水中后看起来还会是弯的吗？” “不会。” “现在筷子看起来弯了，我们是不是可以反过来推测，光从水里射到空气里路线可能不再是一条直线呢？” “有可能。” “我们能不能证实这一点呢？” “做实验！” “怎么做这个实验呢？” 至此，问题成功转化，聚焦为“如何设计一个实验来观察光从水到空气的路线是否发生了偏折。” 从这个教学片段可以看出，教学中的追问，不仅能启发学生思考，不断逼近问题实质，而且可以不断缩小问题的指向范围，将问题聚焦到一个具体的、可以展开研究的“点”，使得科学探究得以前行。 三、猜想预测，寻找研究方向 如果我们深入分析一下追问过程，就会发现，其实追问就是在启发学生思考，启发学生对问题进行猜想或预测。以上文的两个追问过程为例： 人为什么要呼吸呢？ 人通过呼吸得到了什么？ 人通过呼吸吸取了氧气（呼出了二氧化碳）吗？（猜想） 怎么证明人通过呼吸吸取了氧气（呼出了二氧化碳）? 为什么筷子插到水里看起来就折了呢？ 露在水面上的半根筷子反射出来的光和水下的半根筷子反射出来的光它们经过的路径有什么不同？ 可能是光从水里射到空气里时路线不再是一条直线。（猜想） 怎样设计实验来观察光从水到空气的路线是不是发生了偏折？ 分析这两个例子可以发现，只有在对问题提出猜想性答案后，科学问题才变得可以研究了。我们追问的目的就是要引导学生思考并对问题做出猜想和预测。 再比如大家都熟悉的一个问题“电磁铁磁力大小与哪些因素有关”，这个问题如果没有猜想，根本就无法进行研究。只有提出“电磁铁的磁力大小可能与线圈数量有关”的猜想，才能设计出相应的验证实验来。 由此可见，当我们提出一个科学问题时，只有先进行分析思考，并提出一些猜想性答案，才可能有进一步研究的方向，才可能继续研究下去。猜想在科学研究中起到垫脚石、探路棒的作用。所以，要从生活问题走向科学课堂，首先要做的是分析思考，提出猜想。这种研究前的分析和猜想越深入，就越能把握问题的本质，学生的探究就可以少走弯路，成功率也高。 从生活到科学课堂是“建模”的过程 构建模型是形成科学理论的最重要的一环，是实现科学理性目标的最重要的思维工具。从生活到科学课堂，从生活常识到科学概念，也是一个科学建模的过程，这个过程通常在学生的科学探究中完成。 一、模型与建模 要搞清什么是建模，首先必须搞清楚什么是模型。所谓模型，是相对于原型而言的，原型就是科学要研究的存在于大自然的客观事物或现象。当科学研究无法对原型进行直接研究时，比如研究有可能永久性破坏原型的时候，或者需要排除原型中存在的非本质因素干扰的时候，就需要建立一个能反映原型相关特征的替代品来进行研究，这个替代品就是模型。因此，科学模型是研究者和研究对象之间的一种特殊中介，它既是研究者创建和运用的一种研究手段，又是被研究对象的替身。 模型可能是以物质的形态呈现的实物模型，也可能是以思维形式呈现的概念模型。 实物模型以物质形态呈现，是研究者观察、实验的直接对象。如冰川模型、大坝模型、被用来做实验的小白鼠等。 概念模型是研究对象（原型）的一种抽象化、理想化、理论化的形态，具体表现为抽象概念、数学模型或理论模型等。我们平时看到的用来表达某些事物发展变化的图表，用语言符号等描述的定义、概念、定律、公式等都是概念模型，它是人们进行理论分析、推导和计算的对象。 科学家通过模型来研究原型，同时也通过研究原型来不断修正模型。因此，建模既是科学研究的手段，也是科学研究的目标。科学研究最终形成的对自然现象的解释及揭示规律的科学结论，其实就是经过不断修正和抽象之后的以思维形式呈现的概念模型。因此，从某种意义上讲，科学家进行科学研究的过程，就是一个科学建模的过程。在这个过程中，实物模型与概念模型相辅相成，也会根据需要相互转化。 同样，小学科学课程期望学生在像科学家那样进行科学探究的过程中，体验学习科学的乐趣，增长科学探究能力，获取科学知识。其实质就是要让学生经历科学建模的过程，最终在自己的认知结构中形成一些最基本的科学概念。 小学科学探究中建构模型的例子比比皆是。比如：观察蚂蚁，制作蚂蚁模型；搜索太阳系，制作太阳系模型；制作肺模型，探究人体呼吸的过程；研究了昆虫的一生之后画昆虫的生命周期；用通过实验、观察、调查、查阅资料等方法掌握的数据制作出的图表，反映事物变化的规律；根据猜想设计的验证实验；通过科学学习活动所建立的科学概念，等等。换句话说，我们的科学教学无论是过程还是结果，其实都是在引导学生构建科学模型。 那么科学建模到底要经历一个怎样的过程呢？下面，我们一起来看一看我们在呼吸一课教学中的模型建构。 （一）认识人体呼吸器官 1原型体验：做深呼吸，体验气体经过了我们身体哪些地方。 2观察人体器官模型，找出各呼吸器官（特地指认膈肌的存在）。 3对照模型，在自己身体（原型）找出这些器官所在的位置。 （二）制作模型 1提出研究方法：用制作模型来观察研究呼吸的过程。 2引导学生观察实验器材，讨论这些器材分别可以用来“扮演”人体的哪些呼吸器官？ 3讨论怎样设计和制作肺模型。 4学生制作，教师巡视，个别辅导。 （三）运用肺模型，探究呼吸过程 1探讨肺进行“呼”与“吸”的过程。 各小组玩肺模型，让“肺”呼吸起来。思考肺是怎样进行呼吸的。 各组代表到展台前演示和讲述肺进行“呼”和“吸”的过程。 四、运用模型，演示生活中各种呼吸现象 1请各小组拿起模型一起来做呼吸，分别演示常态下、剧烈运动时、练气功时、潜水前后、呛水咳嗽等呼吸动作。 2巧用模型制作中的失误，进行呼吸健康教育。 从这个课例，可以比较完整地看到从生活到科学课堂所完成的建构模型和利用模型进行研究和解释的过程：观察原型设计模型制作模型检验模型修正模型用模型进行探究利用模型解释生活原型。 二、建模前必须对原型进行观察研究 作为原型的替身，模型应当反映原型的特征。因此，要建好模型，必须先对原型进行观察研究。只有掌握了原型的相关特征，才能设计出模型进行模拟研究。比如，在我们在呼吸一课中，设计肺模型前必须先观察人体的呼吸器官，了解各主要器官的结构特点，否则将无法设计出模型来。笔者在第一次试教这节课时，认为这节课的重点应该落在了解人体呼吸动作的工作原理上，所以淡化了之前对人体呼吸器官的观察与了解。结果让学生设计肺模型时，孩子们很茫然，设计模型根本无从谈起。于是，我调整了教学方案，把观察了解人体呼吸器官作为重点来教学。学生对人体的主要呼吸器官有了较清晰地了解，设计模型时就有据可依，顺利了很多。当他们看到玻璃三叉管时，就想到这个可以拿来做“气管”，看到气球，就想到可以拿来做“肺” 这节课，我引领孩子们设计制作的是能够演示人体呼吸动作、原理的模型。其实，这节课用到的人体呼吸系统的模型并不止这一种，在观察了解人体呼吸器官的时候，我们还用到人体呼吸系统的图片和塑料模型。由此可见，同一个事物，可以有多种不同的模型。这些模型反映出人体呼吸器官的某些属性，这些属性是根据研究的需要来选择的。比如，塑料模型反映呼吸器官的组成、外形和在人体的位置，它要做到在形状上与原型相近。图片模型要反映这些器官之间的连接，所以要画出呼吸管道，甚至要画出呼吸道的解剖图。我们要研究人体呼吸动作的工作原理和过程，不一定要做到形似，只要符合这些器官的某些相关特征就行了，比如肺是可伸缩性气囊，肺外膜不漏气，膈肌是可伸缩的，胸腔也是不漏气的 因此，用于科学探究的模型设计是根据研究需要而进行的，并不是对原型的全方位的高仿真。认识到这一点，不仅可以降低模型设计与制作的难度，而且有利于我们在原型观察中把握重点，抓住本质。 三、模型是探究科学原理的工具，也是解释生活原型的“利器” 孩子们制作出了肺模型，我并没有急于告诉他们怎么操作这个模型，而是先让他们自己玩起来，让他们自己摸索让肺呼吸起来的办法。结果，孩子们在玩的过程中出现了两种不同的让肺“呼吸”的方法。一种是对着“气管”（三叉玻璃管的一端）吹气，一种是拉下面的“膈”。哪种方法演示的原理是正确的呢？通过讨论分析，孩子们自己做出了判断：第一种方法是人工呼吸，第二种才是正常状态下的呼吸。在这里，模型成为孩子们自主探究的有效工具。 本节课中，孩子们不仅用自己设计制作的模型探究了人体呼吸动作的过程、原理，而且还用模型演示了生活中各种呼吸现象，比如打喷嚏、咳嗽、深呼吸等。可见，模型不仅是科学探究的手段，也是科学解释的手段。科学的终极目标是解释世界，模型是用来解释世界的手段和工具。大象版科学教材把“模型与解释”合在一起作为一项“探究过程能力”，并作为教材主线的一个关键点，正是契合了科学模型的这一重要功能。 在这节课中，最吸引孩子的就是他们制作的模型。他们动手动脑设计制作模型，并通过模型来探究、解释人体呼吸运动的原理和各种呼吸现象。孩子们拿着模型玩得不亦乐乎！模型在这里既是科学探究的手段，也成了孩子们手中的玩具。可以这样说，正是模型让这节课变得生动有趣，让孩子们积极踊跃，兴趣盎然。 从生活到科学课堂是问题解决的过程 一个学科的教育目标和教学方式取决于这个课程的性质和定位。小学科学并不是一门单纯的学科课程，而是一门跨学科、跨领域的综合课程，也是一门实践性课程。 小学科学课程这些性质决定了它必须与生活密切相关。因为只有从孩子们熟悉的生活情境中，才能找到他们熟悉而又能够通过努力解决的综合性问题，从而获得真实有效的探究经历。也只有引领学生用科学探究的方式亲历解决这些问题的过程，才能使他们学会探究解决问题的策略，为他们终身的学习和生活打好基础。这与美国的STEM（科学、技术、工程、数学）教育可谓是不谋而合。 STEM课堂“强调学生在杂乱无章的学习情境中的设计能力与问题解决能力。”STEM课堂上教师可能提出一个问题，然后由学生组成一个班级范围内的探究小组开展研究。 STEM教育倡导的杂乱无章的学习情境”其实就是一种真实的或模拟的生活情境，老师提出一个问题，但这个问题绝不局限于针对某种自然现象的科学问题，更多是来自生活有待解决的实际问题（工程问题）。针对这些实际问题的探索和尝试解决的过程，不仅是孩子们综合使用各科知识或生活经验解决问题的过程，也是一个在问题解决过程中获得新知的过程。 为什么杯子里的热水会变凉？这是一个源于自然（生活）现象的科学问题，它涉及热学中的能量传递的问题。怎样让房子更保暖？则源于需要解决的生活问题，其本质也是热学中能量的传递问题。当我们以第一个问题展开教学，那我们所做的就是通过探究解释世界。假如我们围绕后一个问题来展开教学，那就将科学和工程问题有效地结合在一起。这个过程将不仅仅是解释世界，还要解决实际问题。后者显然更有利于培养学生运用知识和解决问题的能力。 在小学科学课程里，这样的例子有许多。比如，关于光的传播问题，是不是可以跟生活实际问题结合起来呢？生活中，很多建筑由于建筑结构设计限制，出现了采光问题，比如两排房间之间的长过道，走进去黑咕隆咚的，是什么原因造成了这种情况？是不是也蕴含着光传播的相关知识呢？如果围绕解决这个问题来展开探究，学生是不是同样可以学习关于光传播的相关知识呢？我们认为这不仅是可以的，而且具有更高的教育价值。因为这种思路会让孩子在解决问题的过程中探索知识，因用而学，边学边用，能更好地培养学生运用知识解决实际问题的能力。基于这样的思考，大象版科学教材设计编写了六年级上册的第二单元让生活充满阳光。 教材以学生生活中常见的采光问题引入，以设计采光问题的解决方案邀请赛为组织形式，激发学生的探究兴趣，提出整个单元的研究主题。采光问题从严格意义上说，不属于狭义的科学问题范畴。这是一个生活实际问题，或者说是一个工程问题。这个问题的解决可以从多个角度去考虑，比如从建筑结构、建筑材料等材料技术或工程设计角度去考虑，也可以从光线传播等科学原理上去寻找解决方案。显然，现实不允许我们去推翻一座建筑重新设计，我们只能在不改变现有建筑的基础上另想办法只能从光学上考虑，于是学习探究光的相关知识便成了解决这个问题的需要。也就是说，我们可以在解决生活中采光问题的任务驱动下，先抽取出“光是怎样传播的”这个科学问题展开科学探究。 也有人认为，工程问题的解决要综合运用多种知识，这对于刚刚开始学习科学，还没有具备一定知识储备的小学生来说难度比较大，不可行。但我以为，从科技史角度看，其实人类解决工程问题往往在科学之前。人类文明发展的历史中，工程技术在科学之前。比如人类把石头打磨成石器，解决的不是科学问题，而是技术问题。这个时候，人类还不知道其中科学原理，他们对石器的改造主要依据生活经验。也就是说，工程