探寻科学本质提升科学素养

李伟明

国务院颁布的《全民科学素质行动计划纲要实施方案（2016—2020年）》明确提出：“初步认识科学本质”将成为我国未成年人科学素质教育的主要任务。《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》也指出：培养学生的科学素养，要引导学生认识科学本质。小学开展科学教育的本质不是让学生记住具体的事实性知识，而是让学生理解具体的事实性知识背后的深层次思想。因此，作为小学科学教师，应发掘隐藏在事实性知识背后的观念，从“科学知识为本”的教学走向“寄科学本质于探究活动”的教學，从而培养学生科学本质观，提升学生的科学素养。本文以教科版五年级下册“谁先迎来黎明”一课为例，谈谈笔者的做法。

一、结构材料，在探究中彰显科学本质

不同的科学探究活动有不同的局限，因受时空的限制，学生无法对地球与宇宙的相关知识进行直接探究，只能通过模拟实验。教师根据学生原有的知识经验和生活经验基础，用与事实相仿的结构性材料让学生进行模拟实验。作为科学教师，应在科学探究中选择合适的有结构的材料，引导学生开展完整的或部分的探究，降低模拟实验的难度，减少不可控因素的影响，从而探寻科学本质。

例如：执教“谁先迎来黎明”一课。通过微信两地连线，学生提出探究问题：“北京和乌鲁木齐谁先迎来黎明？”学生知晓无法将地球和太阳请到课堂上进行实验，进而提出新问题：“怎么进行实验？”学生根据自己的生活经验，提出用地球仪模拟地球和用手电筒模拟太阳的模拟实验需求。初次讨论如何进行模拟实验时，学生发现模拟实验需要注意的事项。如：手电筒保持不动；地球仪要缓慢地转动；需要调节灯光和地球仪之间的距离，光照亮半个地球即可；实验前，让两个城市先处于背光处；站在昼夜分界线上观察；等等。为了让所有学生都能参与到模拟实验的观察中，笔者选择了本校学生设计的科技创新作品作为模拟实验的材料。此模拟实验材料不仅很大程度上降低了操作难度，而且通过介绍该模拟实验材料是获得省科技创新大赛一等奖的作品，使学生感受到，创新制作源于课堂、源于生活，为激发他们开发自己的创造才能提供铺垫。

二、关注数据，在探究中培养实证意识

在小学科学探究活动中，对实验数据的收集、整理和分析，是对核心素养中实证思想、探究能力、科学思维和科学态度等方面的有效提升和高度体现。对实验数据收集和分析后，还需要进行整理和运用，对实验结论进行预测，对问题进行解释。很多学生对数据整理的有效性比较差，缺乏用数据说话的习惯，缺乏基本的科学素养与实证意识。因此，作为小学科学教师，需要培养学生从实验数据入手，扎实做好实验数据收集、整理、分析的每一个环节，从而促进学生科学核心素养的提升。

例如：执教“谁先迎来黎明”一课。学生在地球仪上寻找到北京和乌鲁木齐，并猜测地球的自转方向和北京与乌鲁木齐谁先迎来黎明。在实验中，有小组猜测是顺时针旋转，并猜测北京先迎来黎明。然而在模拟实验后，得出的结果是乌鲁木齐先迎来黎明，但在记录表中，学生却仍然填写北京。面对这种情况，笔者及时干预，询问：“为什么填写北京？”学生的答复是：“我去过北京和乌鲁木齐，乌鲁木齐的白天都比较晚。”显然，学生是根据生活中的经历去判断。当出现数据与事实不符时，需要引导学生继续思考：“为什么会这样？”通过再次实验，学生填写了真实的模拟实验数据。学生的这个生活经验，也成为继续探寻“地球的自转方向”的重要资源。

三、借助现代设备，在探究中加强思维训练

在科学探究活动中，教师只向学生提供获得科学概念背后的数据所需要的感性材料，而没有引导学生充分参与思维加工活动，会使学生已有的生活经验和科学概念处于“分离状态”。在地球与宇宙领域的科学概念中，学生很难通过亲身经历去感知，许多天体运动无法通过常规操作来展示与描述，学生在学习中相对比较困难。微课教学，能让学生如亲临真实的环境和任务，弥补课堂教学的不足。尤其是在教学地球与宇宙领域的相关知识方面，通过微课教学等现代设备的教学方式，不仅培养了学生自学能力，还能够加强学生的思维训练。

例如：执教“谁先迎来黎明”一课。学生通过模拟实验和相对运动实验观察验证，获得北京比乌鲁木齐先迎来黎明的实验结果，很多教师就只停留在这里，没有再进一步深入引导了。这个结论是不完整的。于是，笔者再加入伦敦和纽约，通过旋转大地球仪让学生感受伦敦和纽约在北京和乌鲁木齐的西面，继续探讨这4个城市迎来黎明的先后。学生产生了“每个城市都可能最早迎来黎明”的矛盾冲突，从而引发了学生进一步深入讨论和分析的欲望。在学生争论中，笔者引出了国际日期变更线的必要性，并出示关于时区的微课。通过微课讲解，学生更好地理解了时区的相关知识，解决了北京为什么比乌鲁木齐更早迎来黎明的问题。在这个过程中，培养学生严密的逻辑思维，完善学生的认知结构，构建并完善“地球在不停地自西向东自转，所以越靠东边越先迎来黎明”的科学概念。

四、丰富教材，在探究中感受技术创新

《义务教育小学科学课程标准（2017年版）》新课标在原有的三大领域的基础上，增添了技术与工程领域，并明确指出：人类为实现自己的需要，对已有的物质材料和生活环境加以系统性开发、生产、加工、建造。教师可以根据小学科学探究活动的需要，选取合适的时机，开设科学创新课堂，让学生通过已有的材料，创新实验教材，从而拓宽学生创新领域。

比如：学生在学习“谁先迎来黎明”后，知道在进行模拟实验时，需要模拟地球运动和太阳光照来认识昼夜交替、极昼极夜等现象。笔者引导学生提出问题：是否有既有固定电源、地球仪又能自动转动的演示装置？基于这样的需要，学生走访了各大超市、学具用品店等，但都一无所获。面对困境，在教师和家长的帮助下，学生通过上网查询各种搜索引擎，得知虽有光电型的电动地球仪，但却没有倾斜角度，功能单一，无法满足多个课程的学习需要。于是，学生产生了创新设计“多功能光电地球仪展示台”的想法。通过一系列的操作，学生最终设计完成了这一装置，该装置还获得了福建省科技创新大赛一等奖。所以，课堂教学不应止步于课的结束，而应进一步延伸，引领学生继续去探寻技术的创新，从而更好地探寻现象背后所隐藏的事实。

综上所述，在地球与宇宙领域的教学中，教师需要在探究活动中提供有结构的材料、关注实验数据的收集、借助现代设备，才能更好地利用有效的教学方法，引导学生进行科学探究，从而深化学生对于科学本质的理解。

（作者单位：福建省晋江市第二实验小学 本专辑责任编辑 庄严）