以“科学实践”的思想观照课堂教学探索

任 洪

2013年公布的《美国新一代科学教育标准》中，“科学与工程实践”（以下简称“科学实践”）一词取代了“科学探究”。这一改变不是否定科学探究，而是对科学探究的拓展和丰富。科学实践包括8个类型：提出问题和明确需要解决的问题；建立和使用模型；设计和实施调查研究；分析和解释数据；利用数学和计算思维；建构解释和设计解决方案；基于证据进行论证；获取、评估和交流信息等。科学实践有学习进阶、科学论证等一系列相关研究成果作为支持，成为指导全美科学教育的新纲领。就一线教师而言，对于“科学实践”思想最有意义的学习可能是在实际教学中去尝试、印证和理解。2014年10月的“第四届教科版小学科学优质课评选暨研讨会”上，多位教师围绕“科学实践”的有关观点作了课堂教学探索，笔者也执教了《小苏打和白醋的变化》一课，初步感受到了“科学实践”对科学课堂教学带来的变革。

一、通过实践进行概念的有效学习

从科学探究转为科学实践，要求学生像科学家认识、了解自然世界的过程那样来学习科学，学生要通过实践进行概念的有效学习。

1．立足儿童的立场

新标准中的框架内容包括“提出问题和明确需要解决的问题”。科学学习源于问题，科学课中的问题，有的是教师直接提供的，有的是学生提出的，有的是基于情境设计的，有的是教学进程中自然生成的。从“提出问题和明确需要解决的问题”的观点来看，不管问题的来源和途径如何，它都应该是指向科学概念的，而且必须是基于儿童立场的。《小苏打和白醋的变化》一课通过提供材料——观察材料——混合材料——发现剧烈起泡现象，激发问题：“起泡是怎么回事？气泡里是什么？”这使学生真正卷入探究活动，迅速进入研究状态。

除了通过材料、现象激发以外，还可以由教师根据先前相关的学习内容引发问题，或是在课堂聚焦阶段从学生的问题中筛选，这些问题都要让学生感觉到站在科学学习的新路口，探究的天性瞬间被点燃。只有学生认可、明确这是他当下最想解决的问题，它才能够成为学习的驱动力。

2．提供结构严密的材料

美国的兰本达教授很早就有过“材料引起经历”的论述。绝大多数的实践性学习都需要材料来支撑，无论是观察、测量还是调查记录，都以相关材料为研究对象。从“分析数据”和“基于证据的论证”的观点来考量，科学教师准备教学材料，不只是给学生提供动手操作的机会，不只是为了引起经历，更要从呈现数据的角度来优化材料。材料之间应该有严密的结构，才能为科学概念的建构服务。

以本课为例，多少白醋配比多少小苏打？（影响产生气泡的剧烈程度和小苏打的残留。）多大的集气瓶配多厚的毛玻璃盖片？（影响气体从毛玻璃盖片缝隙下逃逸的程度，理想的状态是有气体逃出但保留下来的气体足够支持后续的验证活动。）另外，演示灭火实验的二氧化碳气体准备多大的量？白醋的浓度如何？小苏打宜放置多久？都需要教师明察并悉心准备，说科学课“功夫在课前”一点儿也不为过。

3．协调相互矛盾的解释

应该鼓励学生捍卫他们的预测和解释，只要他们有理有据。同时，需要协调他们之间的分歧，帮助他们形成更加准确的解释，这有赖于学生之间的积极聆听并回应他人的发言。这种基于证据的论证，既可以利用可靠的数据形成自己的证据，也可以利用他人的证据和评论来检验自己的解释。在交流信息的过程中，如果巩固了原有的解释或者修正了解释，这些都是可贵的学习成果。

学生的解释有较强的固执性。在《小苏打和白醋的变化》一课教学中，当点燃的火柴梗伸入集气瓶口火苗熄灭后，并不是所有学生都确信是瓶中的气体导致了这一现象。有人质疑也可能是瓶口太小的缘故，这是学生尽可能地调动生活经验为自己的原有认识辩护，直到新的现象否定了这种可能，学生才接受“确实是瓶中的气体使火苗熄灭”，这就是证据和事实不断协调的过程。同样，当学生通过实验证明集气瓶中的气体与二氧化碳的一些性质相符合，不少学生认为那就是二氧化碳，但还是有学生反对，提出另一种可能——那种气体可能是与二氧化碳具有相似性质的不明气体。通过辩论和查阅资料，第二种观点被大家采纳。这样的论证过程有利于发展学生的推理能力和批判思维。

二、整体把握教学活动系统

科学课要求“先见森林，后见树木”。科学实践作为一个完整的过程，从形成目标、制订方案、观察、体验、调查、阅读、测量、制作、交流、论证到对知识的理解、技能的掌握、意义的领悟是一个整体化的学习过程，实践过程调动着学生的全部心智。科学实践应整合实施，不能步骤化、模式化地开展8个实践类型，科学实践的过程是复杂而动态的，可能同时展开几方面的活动。课堂教学应当找准一节课在整个单元甚至整个教材体系中的位置，一节课既要达成目标，又不能承载过多、过高的目标，应该整体把握教学活动系统。

1．把握教材

我们至少要研究一个单元的教材，以确定这节课的目标内容和程度。单元是课的上位概念，科学课的教学单元具有相对的独立性、整体性、连续性和阶段性，一节课可以视为单元整体活动的一个段落，不能因教师喜好随意发挥。基于这样的认识，我们要深入理解教材，谨慎地对活动进行设计、调整或取舍。

《小苏打和白醋的变化》属于“物质的变化”单元，这里的物质变化主要是指化学变化，从化学变化伴随的现象中，寻找化学变化的本质——产生了新的物质。这节课放在单元的第四课，前三课主要是生活中物质变化的实例，如豆和沙混合、白糖持续加热等，以分辨物理变化和化学变化，第三课中还有米饭、淀粉遇上碘酒后的变化。前三课涉及到了化学变化，为什么第四课还要放有关小苏打和醋混合、变化的内容呢？一方面是为了丰富学生的感性认识，更重要的是小苏打和醋放在一起，产生了明显的现象，产生了新的物质，把化学变化的特点凸显出来。前几课的活动不足以达成这项目标——要建立起化学变化的概念十分不容易！明白了这一点，我们就可以在小苏打和白醋混合的实验中抓住最具价值的实验点、观察点——冒气泡现象和产生新的物质。要在这一关键点上下足功夫，要给予学生充足的时间。这样，我们也就可以理解教材中为什么要安排“观察小苏打和白醋”的活动了。

科学课的内容分为物质世界、生命世界、地球与宇宙、设计与技术等几个领域，如果能从整个领域着眼来审视、设计一节课，就可能站得更高，看得更准。

2．找准起点

只有找准学生学习的起点，才能确定教学的预期，概念结构严密的科学课更是如此。“学习进阶”的研究为我们找准学习的起点提供了新的标尺。“学习进阶”是以概念序列的方式描述学生在各年级学习某一主题时所表现的连贯的逐渐深入的概念理解过程，这一概念序列的特点在于：一是充分考虑学生对概念的实际理解过程而不是单纯从科学知识逻辑出发；二是聚焦于概念理解深度的发展，提升其复杂性、应用性和严密性，而不只是科学事实或信息的增加。

《小苏打和白醋的变化》一课中，对于液体中出现的气泡，学生的认识并非一张白纸。比如：水沸腾时产生大量气泡，砖块投入水中冒出气泡，搅拌肥皂水也起泡，这些都是他们在以往的科学课中观察过的。学生观察到的小苏打加白醋产生的气泡与这些气泡并无显著的区别，因此，多数学生认为小苏打加白醋产生的气泡里确实有物质，但这种物质并无特殊之处（一般默认为空气或水蒸气），这就是相关概念的起点。找准了起点，就明确了论证的焦点在这种物质是否具有一些特别的性质？这种物质是不是新物质？

找准学习的起点还包括了解学生科学学习的习惯和水平。学生提出问题的水平如何？学生有无设计实验方案的基础？记录的习惯如何？个体学习和集体论证的能力怎样？这些都需要教师用心了解。特别是在借班上课前，要尽可能创造条件接触、了解学生，这也是教学的重要基础。个别高水平的教师，能边上课边了解学生的状况，但这种“超级水平”无须刻意追求。

3．削枝强干

合理分配教学时间对很多科学教师来说是个难题。一方面，相当一部分科学公开课超时严重；另一方面，很多活动又展开得不够充分。究其原因，一是目前部分教材的内容偏多、偏难，一旦教材中的几个活动都充分展开，会使教学时间显得局促；二是主要的活动只限于操作、记录、汇报，未能分析数据、呈现数据，未能展开“基于证据的论证”，显得匆匆而过。如何避免这种状况？比较有效的办法是以教学时间为刚性标尺对教学内容进行削枝强干。大多数科学课适宜一节课解决一个问题，如果必须解决几个问题，则重点突出一个问题。《小苏打和白醋的变化》一课聚焦于“产生新物质”，对于“是否真的产生了新物质”“新物质有怎样的性质”进行深入的观察、分析、比较、论证，学生展开充分的质疑和辩护。而对于“混合前的物质具有怎样的性质？”“反应后的余液具有怎样的性质？”“余液加小苏打或白醋又会有怎样的反应？”等问题，可以简略处理，使课堂中的实践活动从容且充分。

三、处理好科学实践中的几对关系

1．实践性学习与接受学习

“科学实践”拓展和丰富了“科学探究”，但就像探究与传授不矛盾一样，实践性学习也不排斥接受式学习，关键是要处理好它们之间的关系。如果说科学课中的科学实践是学生像科学家那样学习科学，使他们更易于理解科学家的方法、思想和行为。那么，接受式学习最大的优势就是高效率，学生可以在有限的时间里接受大量的系统的知识信息。在一堂课中，实践性学习与接受学习可以同时存在，很多时候，接受学习是科学实践中的一环。在《小苏打和白醋的变化》一课中，教师有示范性的操作传授，有资料式的信息提供，有提示式的活动规定，这对学生来说都是接受式学习，这些学习所得都是科学实践的支架，当然，对教师而言，在明确“当讲则讲”的同时，要时刻提醒自己少讲精讲。

2．个体探索与集体论证

个体探索与集体论证是紧密联系、不可分割的。个体探索是集体论证的基础，任何形式的学习最终都要由个体来完成，只有个体学习扎实，集体论证才可能深入。所以，学生个人的操作、观察活动要有记录、个体展示、组内汇报等任务，并要求倾听、理解同伴的意见。集体论证必须基于个体探索，不能脱节甚至另起炉灶。科学实践中的“建构解释”被定义为“将科学理论与观察结果或现象相联系的描述”，“解释”要前后一致地说明学生收集到的所有数据，只有这样，才能“基于证据进行论证”。

3．及时点拔与延时评价

在实践过程中，学生遇到问题，教师应该介入还是等待？对此，有些教师格外小心，既怕教学任务无法完成，又怕削弱了学生的主体作用。教师选择及时点拨或延时评价，需要审时度势，适时适度。比如，当学生的自主活动偏离方向时，教师有必要为学生指点路径，使学生思路回到正轨。教师要在紧要处点明主旨，使之明晰，帮助学生疏通思路、拨开疑难、扫除障碍。教师的点拨要恰到好处地引发学生积极思维，使学生的思维提高到“最近发展区”的水平。当然，有时候点拨还要留有余地。

在我们思考如何恰当地指导学生的时候，也可以思考一个相反的问题：什么时候可以不介入？以“等待”给学生提供静思的时空。许多时候，学习任务和路径之间不可能无缝对接，在等待的时间里，学生凝神静思、窃窃私语、互相争辩，一场小小的“头脑风暴”可能使教学豁然开朗。适当的延时，还可能激发学生之间的合作，把设计、分析、论证、交流信息等实践活动引向深入。

浙江省宁波市鄞州区教师进修学校

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