科学课必须重视科学本质教育

李健

认识科学本质是学生发展科学核心素养的重要方面。小学科学教师对科学本质有深刻理解，有助于帮助学生在学习过程中理解科学本质，提升科学素养，发挥学科育人的价值。在实际教学中，如何帮助学生认识科学本质，落实课程标准对发展学生科学学科核心素养的要求，需要我们加深对科学本质的理解，对教学路径、策略进行深入思考与审视。

认识科学本质

什么是科学本质？我国研究者根据哲学上对“本质”的定义，认为科学本质是指科学本身所固有的、决定科学性质、面貌和发展的根本属性。美国科学促进协会在《面向全体美国人的科学》一书中，将科学本质观概括为科学世界观、科学探究观、科学事业观三个基本维度。从系统论视角将三个基本维度对应为：科学知识的本质、科学研究的本质和科学的社会建制问题三个方面。

关于科学知识的本质，需要理解科学知识的确定性和相对真理性，知道科学知识是对自然事物及现象基于证据的解释，并且在新发现的证据下可以不断修正完善，也能用于对未知现象的预测。

关于科学探究的本质，需要认识到科学探究是可以采取不同的、可以重复的实证方法，结合批判性、创造性、直觉、想象等逻辑与非逻辑思维进行科学发现的过程。有研究者认为，科学探究的过程比科学的结论更有用，因为科学结论是暂时的、个体的，只有科学方法是可以迁移的。

关于科学的社会建制问题，《面向全体美国人的科学》一书指出：“科学是一项复杂的社会活动，科学由学科内容组成、由不同机构研究，科学研究中有着普遍接受的道德规范，科学家在参与公共事务时既是科学家也是公民。” 我们需要建立对科学与技术、科学与社会等关系的认识。

科学本质观视角下的小学科学教学，教师不是以教会学生确定性的科学常识为目的，而是要提供條件和创设情境，让学生在真实环境中，获取对周围事物及现象更多的直接经验，激发他们在探究过程中产生好奇，并提出问题，同时引导他们使用多种科学探究方法，获得对世界的解释及探究的方法，促进探索自然世界更深层兴趣的产生。有关科学本质的课堂教学方法一般认为有科学探究法和科学历史法。

本文以《电和磁》一课为例，结合科学探究法和科学历史法，探索在具体课例中促进学生理解科学本质，帮助他们发展核心素养的路径和策略。

体现科学本质的教学

环节一：以科学历史聚焦问题

导入：人类今天的生活已经离不开电能，但是人类大量使用电能却不到200年。这一切，源自1820年科学家奥斯特在实验中用电路靠近指南针时的一个伟大发现。让我们看看这是怎样的一个发现。

科学家是儿童的榜样。以人类生活离不开电能进行引入，呈现科学家奥斯特及其发现的重要性，可以调动儿童与生俱来的好奇心和求知欲。

教师选择与教学内容相关的科学历史事件作为背景材料呈现给学生，使他们的未知与已知产生认知失衡，激发他们的探究兴趣，促使他们产生了学习动机。

环节二：以科学现象形成假设并验证

探究1：观察实验现象，提出科学问题。

操作：连接电路，靠近静止的指南针，观察指南针有什么变化，断开电路再观察指南针有什么变化。重复操作与观察，思考奥斯特当年究竟观察到了什么现象。

思考：交流观察到的现象。由这些现象能提出什么科学问题？你对这个问题有什么解释？

电和磁是学生已经有所理解的能量知识，200年前的科学家也力图探寻这两种能量之间的关系。教学中通过通电导线能让指南针动起来这个活动，教师引导学生聚焦于这个新奇的科学现象，并与已有认知产生冲突，这与科学家当年观察与思考如出一辙，激发了学生探索电与磁关系的学习动机。教学中，教师注重引导学生根据现象做出解释，深入思考现象与什么事物有联系，有怎样的联系，从而形成学生自己的推测：通电导线产生磁或通电导线变成铁一样的材料。

学习的过程，可以看作是一个试图解决我们已经知道的与我们想知道的之间的不协调过程。教学中教师通过真实的情境再次有效地制造了认知冲突，这个情境中的两个对比现象，有利于引导学生产生科学问题：通电导线为什么能让指南针偏转？学生对这个问题充满了好奇。教师鼓励学生基于对磁的理解，有根据地大胆想象，为他们提出假说搭建“脚手架”。学生从现象中提出科学问题，借助已有认知，通过分析论证产生两种科学假说。这样教学，让学生经历并理解科学探究中科学问题及假说的产生过程，使他们对科学问题与科学假说有了初步的理解。

探究2：设计并验证实验。

思考：通电导线产生磁或通电导线变成铁一样的材料，这是我们对问题的推测性回答，该如何验证我们的假设？

教师引导学生参与设计验证实验，基于对磁的认识，分析论证验证假说的方法：如果是产生磁，应该也有两个磁极，靠近指南针应该有两种现象，可吸引，也可排斥;如果是变成像铁那样的材料，靠近指南针应该只有一种现象，即只能被吸引。

实验：教师协助学生将导线绕成线圈装置，为他们的实验搭建脚手架，有利于学生观察、推测可能出现的现象。

学生分组实验，观察并记录通电线圈靠近指南针的情况：用通电线圈的两端分别靠近指南针一端，或用通电线圈一端分别靠近指南针的两极。

探究活动过程是学生自主建构的过程。对学生而言，他们往往容易满足动手实践的乐趣，忽视探究过程中的目标，对解决问题需要收集相关证据以及分析证据的逻辑关系往往认识不清，导致活动后无法形成新的认知。所以，教师引导学生参与设计实验的过程中，要特别关注所设计的活动及使用材料的结构性，让他们明确实验的目的和解决问题需要收集的证据，初步建立观点与证据之间要协调一致的意识。

动手是学生喜欢的学习方式之一，但是他们往往容易被材料、被操作过程等其他因素干扰而失去目标，偏离研究的主题。这个教学环节中，教师要引导学生参与论证与设计验证实验，建立实验与假说之间的紧密联系，观察什么现象、现象反映什么结论，逻辑关系清楚，目标明确。这个环节也帮助学生经历并认识到：科学探究是严密的逻辑思维与实证方法的结合，假说是否正确，需要观察及实验的验证，这样就将科学探究本质的教育融入具体的教学活动中。

环节三：以实验证据解释现象

解释：在实验中观察到什么现象？能解释通电导线让指南针动起来的现象吗？

学生通过实验，用各种方法收集到解释假设的证据，继而开展交流论证。学生以小组为单位，根据获取的信息，对提出的假说进行证据支持下的解释，并与其他小组的分析解释进行“碰撞”，确认或修正、完善自己小组的解释。

在前面的探究活动中，学生把所观察到的现象与已有认知相结合，可以使解释推理时有理（能与磁铁发生作用的情况只有两种：吸引像铁一类物质的属性和磁与磁之间同极相斥、异极相吸的属性）、有据（实际现象是通电导线与指南针一端相吸引，与另一端相排斥），证实了通电导线产生磁。

有研究者认为，科学本质的显性化课程设计需要强调基于证据的科学推理及其在科学理论建构中的关键作用。教学中，学生的解释有理有据，他们会意识到自己的观点需要证据支持。这样教学，可以培养学生的证据意识。本课教学从科学假说的形成、基于假说的实验设计与证据收集，到解释现象产生的原因、形成科学发现的整个过程都凸显了科学推理，对学生理解科学探究本质起到了较好的促进作用。

环节四：以科学历史延伸问题

谈话：奥斯特发现通电导线会使磁针发生偏转现象以后，他又进行了三个月的实验和研究，终于证实了电能够产生磁。同学们也经历了这一伟大发现的诞生过程，这一发现为人类从此大规模地开发和利用电能打开了大门。

教师引导学生回顾体验科学家进行科学探究的过程，分享成功的喜悦。

延伸：我们研究发现电可以产生磁。请大家思考，关于电产生磁这种能量，你有什么新问题？

本课是研究电磁现象的初始课。在以前的学习中，学生对磁及其属性已经获得了相关的认识，此时让他们对电产生磁这种特殊的能量进行思考，既能满足他们的好奇心，也有助于他们对电磁这种能量提出新的探究性问题，从而促进他们开展科学探究活动，帮助他们系统、全面地获得电磁能量的知识。

教学从引入问题开始，到问题解决结束，将科学知识的背景、与科学本质相关的学习任务进行了有机结合。教学设计与实施，生动地展现了科学发展过程的真实情景及其社会影响，彰显了科学发展过程中所蕴含的科学本质要素。

促进学生理解科学本质的教学应当帮助他们在探究周围世界的过程中，激发探究兴趣和提出新问题。本课教学不以问题解决作为终点，而是以产生新的科学问题为目的。通过引导学生提问，评估他们对电磁现象的理解，体现了单元起始课对激发学生持续、连贯地参与科学探究的重要价值。

对体现科学本质教学的思考

随着《义务教育小学科学课程标准》的颁布，如何引导学生认识科学本质，越来越受到广大科学教师的重视。与科学本质相关的课程资源开发、教师对科学本质的理解、在课堂教学中凸显科学本质是促进学生科学本质观发展的重要路径。

1.挖掘科学史资源，教学设计关注科学本质的显性体现

重视科学史资源，把科学的思想观念、典型事例、演变发展过程融入科学课程与教学之中，已成为当代科学教育改革与发展的一大特点。发挥科学史在小学科学教学中的作用，使学生在受到科学方法、科学精神、科学态度和人文精神等方面的陶冶中，提升创新精神和实践能力，进而提升科学素养，已在目前的小学科学教材和教学设计中，逐渐受到关注，但相关的课程内容并不多见。我们应当挖掘适合儿童理解科学本质的科学史事件，把它们作为教学资源，将事件的发展过程融入科学教学设计中，将难以认识和内化的科学本质在课堂教學过程中显性化实施，促进学生认识科学本质。

2.提升教师对科学本质的深刻理解

有研究者认为，教师对教学本质的认识，显著地影响着课堂教学内容的选择、目标的确立、过程的设计及教学方法的决策，进而使课堂教学影响学生对知识的理解。还有研究者根据对我国科学教师的调查分析发现：目前应该从我国的传统文化与科学性质关系的角度，以教学实践中的实际问题为出发点，对科学教师进行“科学性质”的培训。这些研究表明，关注教师个人的科学认知系统发展是实现科学本质教学的重要路径之一。通过各种培训，促进科学教师对科学本质的深刻理解是解决科学教学体现科学本质观的重要策略。

3.转变教学方式，帮助学生理解科学本质

教无定法，贵在得法。在本课教学中，教师仍然有“讲科学”“教科学”的问题。事实上，即使课讲得很好，许多学生实际理解的东西也比我们认为他们理解的东西要少。教师要积极转变教学方式，以学生为中心，以学习为中心，在科学教学中运用关注学生学习的教学方法，努力实现“课堂革命”。教师要帮助学生从自然界的问题开始，采取小组合作学习的方式让他们积极参与，引导他们把注意力放在收集和使用证据上，教师要把求知与发现的过程结合起来，帮助学生理解科学本质，发展科学核心素养。

（本文系“新科学课程提升小学生创造力的实践研究”课题研究成果之一，课题批准号：2017-WT-08。）

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