基于科学实践设计教学

朱钰

古往今来，对“实践”进行研究的学者有很多，“实践”一词有着诸多的含义。一些学者从哲学的角度对“实践”进行分析，比较经典的观点是“主观见之于客观，包含客观对于主观的必然及主观对于客观的必然”，比较通俗的解释是人们能动地改造和探索现实世界的一切社会性的客观物质活动。“实践”一词在《现代汉语词典》中的定义为：人们有意识地从事改造自然和改造社会的活动。“实践”一词进入科学教育只有近二十年的时间，科学教育工作者在总结了原“科学探究”教学的各种问题后，提出了“科学实践”。

“科学实践”由美国于2013年发布的《下一代科学教育标准》中正式提出，并取代了之前的科学探究。美国科罗拉多州生物科学课程研究委员会主任罗杰·拜比教授认为：美国的基础科学教育改革至今，主要经历了从科学方法到科学过程，再由科学过程到科学探究的转变，之所以“探究”会被“实践”取代，也只是适应了社会和时代发展的需要。北京教育学院生化环境系副教授周玉芝认为：新框架的实践强调的是“知行合一”，科学不仅仅是理解世界的知识体系，也是建立、拓展和精炼知识的一系列实践。人们在实践中获取与应用知识，同时实践也需要相关的知识。可以看出，“科学实践”一词，强调了学生的学习活动可以是重复的，并且伴随着对学科概念理解而日趋熟练的过程。科学实践是知行合一的实践，是动手和动脑两者缺一不可的实践。

2017版《义务教育小学科学课程标准》中， 增加了技术与工程领域的内容，这是小学科学教学的重大变化之一。这一重大变化凸显了小学科学教学越来越重视学生在学习过程中的亲身体验和经历，鼓励他们在做中学、学中思，让他们在动手的同时还要动脑，这样的教学思想正是科学探究到科学实践的升华。

笔者以上海教育出版社《科学与技术》三年级第一学期第六单元《乐器的秘密》中的《自制拉杆笛》一课为例，阐述这一课的教学设计与改进过程，力图体现在科学实践指导下的教学设计思考。

仔细研读教材文本，大胆重构教学活动

《自制拉杆笛》是本单元的第一课，教材以学生感兴趣的发声小乐器为载体，引导他们探索乐器发出声音的秘密，激发他们的兴趣，为后续的学习打下基础。教材上本课呈现了三个内容，分别是：观察竖笛的结构，说说各组成部分的作用;自制一个拉杆笛;怎样使拉杆笛有高低声调的变化。

在以往的教学经历中，笔者发现活动一（观察竖笛的结构）对三年级学生来说显得尤为陌生，雖然他们很多人都会吹奏竖笛，但是让他们认识竖笛的结构并把这种认知联系到拉杆笛上，还显得很生硬。因此笔者在细研教材后，果断地把这个教学内容删除了。

活动二是自制拉杆笛，这个自制活动准确地说是套材部件的组装，学生只需要按流程图组装部件即完成了制作，因此在实际教学中，笔者将教学课题改为《拉杆笛》。虽然是组装活动，但是这一环节的出错率却特别高，究其原因是学生没有仔细观察，将笛嘴装反，导致拉杆笛发不出声音。如果在这个环节中学生制作不成功，那么后续的学习将无法进行。

活动三是怎样使拉杆笛有高低声调的变化，这个活动是制作拉杆笛活动的延续，在实际教学中学生拉动拉杆吹出高低不同的音调并不难，主要难在“能分析出音调高低和笛管内空气柱的长短有关”这个知识点上。

通过研读教材文本可以发现，教材呈现的图片和内容看似简单，实则极其考验教师的教学智慧。如何开展契合“科学实践”的教学呢？经过反复研讨，笔者确定了本课的教学思路：读懂流程图—组装调试—探究科学原理—迁移运用。即：在导入环节中教师直接出示拉杆笛;学生观察拉杆笛由几部分组成;阅读制作流程图，圈画出制作要点;学生组装拉杆笛，并吹奏调试;增加新的教学内容，启发学生用之前所学的知识，制作吸管笛，并改变吸管笛的音调。

根据确定的教学思路，本课以目标为导向，确定了如下教学目标：

阅读拉杆笛制作流程图，学会制作拉杆笛，体验动手制作的快乐，做到仔细观察、互相合作。

认识到拉杆笛音调变化与拉杆位置的高低有关，在观察、交流、吹拉杆笛等活动中积极思考、充分表达。

尝试制作吸管笛，能运用所学的知识改变吸管笛的音调高低，做到大胆猜测、不断尝试。

这样的教学思路注重科学探究与技术工程的紧密结合，注重学生的亲身体验和经历过程，让他们不仅动手，还要动脑，在做中学，在学中思，充分体现了“科学实践”的内涵。

科学落实教学环节，关注学生思维发展

如何让科学实践的教学落实到每个教学环节中呢？在研究过程中，笔者结合小学生观察制作的特点，以问题链的方式进行追问，形成在技术工程引导下的有效探究实践活动，从而达到做思结合，知行合一。具体教学环节建构如下：

1.读流程图，制作拉杆笛，关注技术工程中的“阅读”

流程图是对产品制作过程的一种重要表达方式，也是一种重要的技术语言，它是运用图形样式对产品或者技术对象赋予可视化的描述，具有通俗直观的特征。阅读流程图是本课教学中第一个重点环节，虽然教材中为学生提供了制作拉杆笛的组装流程图，但为了保证组装要点明确，教师重新拍摄了拉杆笛的制作流程图（如图1）。

教学导入时，教师先吹奏拉杆笛激发学生兴趣并引出课题，同时提出要求：“请同学们带着两个问题阅读拉杆笛的制作流程图，拉杆笛是由哪些部分组成的？拉杆笛的制作过程是怎样的？用铅笔在流程图上圈画出认为需要注意的地方。”

阅读流程图并不等于简单地看，学生在看制作流程图的时候，容易忽视制作步骤中的细节，如部件的结构、安装的顺序等。因此在这个环节，教师要特别强调小组的两位同学一起阅读流程图，阅读时可以进行讨论，重要的部分还要用笔圈出来。这样可以让学生在阅读的同时做到：眼到、口到、手到、心到。果然，在后续的集体交流中，学生发现，拉杆笛由拉杆、笛管、笛嘴三部分组成，还明确了笛嘴有大小头之分，在组装时必须是大的一头插入笛管，且笛嘴的平面要与笛管的气孔平行等。这一组装特点正是后续制作的难点，因为以往的教学经验告诉我们，学生将笛嘴装反，或者没有与气孔平行，致使拉杆笛发不出声音，影响后续的教学。

为了确保学生已经读懂拉杆笛的制作流程图，教师加了一个教学环节——假扮学生，即在实物投影下组装拉杆笛，让学生做小老师，及时指出教师在组装时的错误步骤，以达到让学生充分掌握制作要点的目的。

经过這样的教学处理，学生几乎都能在5分钟内快速准确地组装好拉杆笛。随后往拉杆笛气孔里滴入少许水，经过几次调试后，学生就能用拉杆笛吹奏出响亮的音调了。

2.玩拉杆笛，探究音调变化，关注科学探究中的“探究”

幼儿生来是好游戏的，他们以游戏为生活，在游戏中，幼儿会不知不觉地投入全身心的精力，获得身体、道德、智力等方面的发展。中国现代儿童教育之父陈鹤琴先生的这番话道出了人爱玩的天性，也说明玩游戏作为教学手段在小学科学教育中的可行性和必要性。

学生刚刚获得制作的成就感，还沉浸在吹拉杆笛杂乱吵闹的情境中，如何让他们边思考边“玩拉杆笛”呢？

这时教师提出了问题：“在玩拉杆笛时，老师发现笛声有时候音调高，有时候音调低，为什么会出现这种情况呢？”学生有了玩的基础，很快就回答：“可以通过调节拉杆的位置吹出不同音调的声音，拉杆位置越低，音调越低;拉杆位置越高，音调越高。”教师继续提问：“音调的高低和拉杆的位置有着紧密的关系，那神奇的拉杆到底改变了什么呢？”此刻教师出示拉杆笛的剖面图进一步演示（如图2），引导学生发现，拉杆位置的改变其实是改变了笛管中空气柱的长度，空气柱越短，吹奏的音调越高;空气柱越长，吹奏的音调越低。

拉杆笛的笛管内部发生了什么变化，是引起学生探究科学原理的兴趣点。为了让学生知其然知其所以然，教师先让学生玩，玩的同时不仅要感受拉杆笛音调的变化，还要思考音调在怎样的状态下会发生变化。对学生来说，在玩的过程中，只是直观地观察到了拉杆位置的高低会影响到音调的变化，但这显然没有关注到音调变化的科学原理。为了让学生进一步了解其原理，教师运用剖面图的形式，将拉杆笛的内部展示出来。这时学生会发现，拉杆位置的高低其实是改变了笛管中空气柱的长短，当笛管中震动的空气柱变长，音调低;当笛管中震动的空气柱变短，则音调高。这样的探究从表象到实质再到推理分析，让学生切实地在玩中学、在玩中思。

3.迁移运用，自制吸管笛，关注科学实践中的“思维”

“迁移”原本是教育心理学上的一个专用名词，指一种学习对另一种学习的影响。教师在教学中所期望的是指已经获得的知识、技能以及学习方法、学习态度等对学习新知识、新技能的影响，确切地说是从一种学习中获得的经验对其他学习的影响。对于技术工程来说，其目的并不是仅仅要求学生掌握一定的知识、技能，还在于运用已有知识、技能解决实际问题。学生能否将学到的知识技能成功地迁移到新的情境、新的内容中，成为衡量他们的能力是否得到发展的重要标志。

在《拉杆笛》教学中，教师加入了“自制吸管笛”教学环节，这一环节的设计是教学的点睛之笔，即用一根常见的塑料吸管吹出声音，并且能改变音调。教师出示一头剪成扁平三角的常用吸管，当场示范吹奏，吸管发出了音调很低的“咘”声，这个新奇又好玩的演示一下子就吸引了学生的注意力，让他们立刻投入自制一个可以吹出声音的“吸管笛”的活动中。学生成功制作吸管笛后，教师用一串问题链，开启了学生深入探索的思维。

师：这根吸管笛的音调那么低，有什么办法可以让它音调变高吗？想一想，能不能用之前所学的拉杆笛的知识来解决呢？

（对三年级学生来说，这个问题颇具挑战性。）

生：给吸管装个“拉杆”。

（显然，对学生而言，直观的事物更容易模仿，但这并不是教学的真正意图。）

师：通过观察剖面图，你们知道拉杆笛音调的改变和什么有关吗？

生：和笛管中空气柱的长短有关。

师：那么有没有更简单的办法改变吸管笛中空气柱的长短呢？

生：把吸管笛折去一半。

师：你怎么会想到把吸管折去一半呢？说说你的道理。

生：把吸管折去一半，吸管里的空气柱就变短了。

师：你想到让吸管里的空气柱变短，这个想法很好，可是当吸管折起来，空气吹不出去，吸管没有办法发出声音了呀？

生：我觉得应该把吸管剪掉一段，而不是折起来。

师：你为什么想到要把吸管剪去一段呢？说说你的道理。

生：吸管剪掉后变短，里面的空气柱也变短了，吹奏的音调就会高了。

师：你这个想法有一定的道理，方法也简单易操作，那同学们试试吧！

通过这段对话可以看出，在教师的启发下，学生经历了“从问题中提取信息—回顾相关的知识—应用知识解决问题”这样一个思维过程，最终他们将所学知识灵活迁移到吸管笛上，剪出长短不同的吸管笛，吹出了音调高低不同的声音（如图3）。“自制吸管笛”材料易得，操作简便，有趣好玩，更重要的是它让学生迁移运用了之前所学的科学知识，同时还进一步关注了学生的思维发展。

基于“科学实践”的教学启示

1.遵循认知规律，有效迁移运用，为学生提供更多的思考空间

从科学发展史看，人类对科学知识的探究过程有相对固定的模式，这符合人类的认知规律，其过程为：定性研究—定量探究—科学发现（找出规律）—应用实践—技术创新。符合认知规律的有效探究体验和实践经历是教学的基础，在小学科学学习中，学生系统地学习科学知识，掌握实践技能，是一个有规律的过程，通常是由旧知导向新知，也可称之为“以旧带新”。新知和旧知之间有共同因素是迁移的基本条件，新旧知识之间共同因素越多，越有利于迁移，但迁移并不是凭空产生的，而是在科学实践中逐渐培养出来的，温故知新、举一反三、触类旁通等就是强调这一点。教师要善于发现更多富有价值的科学实践点，为学生提供更广阔的思考空间。

2.理解科学实践，抓住各种契机，倡导动手动脑的教学

科学教学的目的不是灌输给学生科学概念，而是要帮助他们在学习各种科学知识和技能的同时，能够解决实际问题。科学实践虽然是近几年提出的教学理念，但是却符合“实践出真知”“用实践来检验真理”等从实践中学习的理念。在科学实践背景下，动手、动脑在教学中的渗透与应用得到了拓展，不再局限于服务单一的实验教学或者技术操作，而是服务于教学内容乃至相关课程的整体设计。科学实践背景下的教学，需要教师深入研读课程标准、教学内容和理解教材的编写意图，设计问题链启发学生的深度思考，充分挖掘符合他们年龄特点的学习活动，让他们亲历科学实践的全过程。