理解方法本质 促进观念进阶

李鸿　严国忠

摘   要：在探析科学方法本质以及科学观念内涵的基础上，以“机械运动”教学为例，深度解读教材和课程标准对应内容，引导学生深入理解知识的本质与内涵，实现观念进阶。

关键词：科学方法；科学观念；本质内涵；进阶

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）3-0073-4

笔者有幸参加2022年杭州市初中科学优质课评比。此次赛课围绕浙教版《科学》“参照物与机械运动的分类”的内容展开，重视概念本质探析，凸显科学过程与方法，摒弃对教材知识的简单堆砌，指向核心概念的发展，帮助学生建立对世界日趋完整的理解。

1    “科学方法”的本质探析

科学方法是人类在认识自然和改造客观世界的实践活动中总结的途径策略或行为方式。初中学段不仅要求学生掌握观察、分类、比较等基本方法，还要学习下定义、模型、概括、实验等综合方法［1］。

如“分类”方法的教学关键不仅在于引导学生知道分类以及如何分类，还应包括在此基础上进一步思辨为何要将事物进行分类，使之意识到漫长历史演变过程中，该方法是为客观区分不同事物关系、反映复杂事物内在联系而逐渐形成的。

2    “科学观念”的层次释义

科学观念是在理解科学概念、规律、原理的基础上形成的对客观事物的总体认识［2］，呈现出复杂、综合、有层级、有结构等特点。

2.1    科学知识

科学知识是科学观念形成的基础，也主要包括科学、技术与工程领域的物质、能量、结构、功能等内容［2］。本课聚焦机械运动、参照物等具体概念，从5～6年级学段基于经验层面对物体是否运动的判断，转向7～9年级学段基于科学层面对物体是否运动的判断，指向从“运动观”到“相对运动观”的观念进阶。

2.2    科学本质

科学观念是关于科学本质及规律的认识，在了解和探索自然、获得科学知识、解决科学问题的技术与工程实践过程中，用变化、发展的观念看待科学、技术、社会、环境之间的关系［3］，一般认为，科学本质主要涉及科学知识、科学探究、科学事业等方面（表1）［4］。

不同历史时期、不同的人对“运动”的理解过程存在差异，学生了解、完善、重构核心概念的过程中，会发现自己的理解过程与科学家的概念研究历程极为相似。在“动与不动”的质疑思辨中，重新定义判断物体是否运动必须选取参照物，才能逐渐领悟方法本质。

2.3    科学的价值

科学观念指向“生活价值”的意义建构，即科学观念的应用强调“理解”与“实践”，通过知识与方法的双重迁移，解释自然现象、解决实际问题，并预测、指导、改造客观事物。如运动和静止的相对性，具有十分重要的实际意义；下定义、分类等科学方法，会使学科结构更加明晰。

3    教材解读

3.1    关注教材序言，解读章节编排

教材章节序言从宏观天体运动、微观电荷运动、生物生命运动等自然现象得出共性——复杂。其中，本章起始节“机械运动”相对简单，由少到多，由简单到复杂，体现学习的进阶，回答为何要学机械运动，进而上升为对事实经验与本质规律日趋一致的“科学观念”。

3.2    深度解读教材，挖掘内涵外延

“运动和静止的相对性”是第三章“运动和力”的难点，表面上围绕核心概念的前概念、形式和例证等方面组织教学，实则思考解决三个问题：为何学习机械运动？为何学习参照物？为何对机械运动分类？深入挖掘知识内涵和外延，使我们意识到学生学習的并不仅仅是知识本身，而是通过批判、质疑、得出规律，将原来不成熟的认识转化为成熟、正确的观念。

3.3    依标明确目标，显化方法本质

科学方法和本质在课程标准与科学教材中并没有明确显现，而是隐含在知识背后。不同学生理解程度差异较大，要求教师不仅要通读课标和教材，还要对文本逐字逐句地读，读出本义、读出深意、领悟精髓，在实践中落实课标要求，避免实践中隐性、理论上显性的教学误区。通过分析，笔者将学习目标确定如下：

科学观念：通过对经验层面判断物体是否运动结论的批判，能够进阶到从科学层面判断物体是否运动；

科学思维：通过对陌生概念下定义、依据标准对机械运动进行分类，领悟科学知识与方法的本质内涵；

探究实践：通过小组合作、观察、探究，得出正确结论，并对相关现象作出合理解释；

态度责任：关注生产生活中的运动现象，解释生活中的简单问题。

4    教学过程

4.1    定义“运动”——为何学习机械运动

本质剖析：机械运动是自然界中最基本、最普遍的运动形式，学生学习本章内容之前，对“运动”的理解是基于经验层面的认识，尚没有判断物体是否运动的标准，容易出现判断上的错误或疑惑。教师需要引导学生从科学层面理解蕴含在机械运动、参照物的定义中判断物体运动的标准，认识世界运动的本质。

教学片段1：如图1是用频闪照相机拍摄、记录的人玩滑板的全过程，从图中能观察到人发生了运动。

师：图中的什么证据支持你得出“人运动”这个结论？

生：人的空间位置变化了。

师：是通过与什么物体“比较”后得出的结论？

生：地面。

师：根据滑板实例的分析，你能否定义一个普遍适用的“运动”的定义，判断任何情境下某一物体是否运动？

生：某一物体相对于另一物体空间位置发生变化，则运动。

设计意图：学习不应是直接告知知识的结果，而是通过观察、研究世界，意识到运动及其变化具有共性规律，并用运动与变化的观念进行普遍适用的概念描述，理解知识是人类在探索自然过程中归纳而得到的。

4.2    模拟“运动”——为何学习参照物

本质剖析：对于运动描述的相对性，学生起始可能有比较的意识，却未有“参照物”的概念，当遇到生活中看上去十分熟悉，却有根据不同判断标准而出现截然不同的描述时，便会完善、修正自己的理解，认识到知识的形成不是一蹴而就的，当新的证据出现或无法解释时，就要重新审视其合理性。

教学片段2：将教材“观光电梯”的思考与讨论转化为模拟实验，用烧杯、贴纸、小人模型分别代表观光电梯、广告牌、人，由A同学拉动绳子使烧杯向上运动（模拟电梯），如图2所示。

第一次观察：C，D，E，F四位同学想象自己站在地面上，观察烧杯内贴纸（广告牌）发生的变化，把各自观察到的现象告知B同学并记录。

第二次观察：C，D，E，F四位同学想象自己站在电梯里，观察烧杯内贴纸（广告牌）发生的变化，把各自观察到的现象告知B同学并记录。

交流讨论：交流4位同学的观察结果是否相同；并讨论完成任务单上的表格（表2）。

师：各物体在活动中分别承担什么角色？

生：广告牌是研究的物体（研究对象），其余是参与分析的对照物（参照物）。

师：分析广告牌的运动情况，能得到哪些规律？

生1：广告牌可以是运动的，也可以是静止的。

生2：选取的与之比较的物体不同，运动结果的描述就会不同。

生3：必須选取参照物，才可以判断研究对象是否运动。

师：上述选取的“参照物”是运动的还是静止的？

生1：作为“与之比较的物体”，我们认为参照物是静止不动的。

生2：如果以地面作为标准，这些“与之比较的物体”作为研究对象，既有运动的，也有静止的。

师：请归纳判断某个物体是否运动应该有哪些过程？

生：首先是确定研究对象，二是确定参照物，默认它静止，三是确定研究对象与参照物之间是否有空间位置改变，最后得出结论。

设计意图：生活中的运动场景难以在课堂重现，为增强体验感，借助模拟实验促进学生理解，从本质上领悟参照物对运动描述的重要性，理解参照物的选择是任意的；为了研究方便，才往往选择地面或者地面上不动的物体作为参照物；其次，选择不同的参照物得到的结论可能不同，也可能相同。

4.3    应用“运动”——相对运动的实际意义

本质剖析：日常生活中，学生对于“运动”的判断往往不自觉地选择静止的地面作为标准，有建立“参照物”的意识，却不清晰其价值意义、内涵与外延，更无法理解运动描述的相对性。

教学片段3：飞机是重要的运输工具，为保证安全，先要在地面上的风洞内模拟飞行，当获得的各种数据符合设计指标，才能进入空中试飞。

师：上述风洞工作中运用了什么知识？

生：以地面为参照物，飞机并没有运动，但是以流动的空气为参照物，飞机是运动的。

师：你们认为风洞还能检测什么产品的性能？

生：汽车、航天器……

设计意图：科学知识与人类生活密切相关，以风洞为载体，引导学生思考、审视即便是一些非常基本的科学知识，在许多高新技术中也得到有效的应用，体现知识具有价值且就在我们身边。

4.4    “分类”思想——为何对机械运动分类

本质剖析：分类是在比较的基础上，根据一定的标准，将研究对象区分成不同种类的一种基本科学方法，可以更客观地反映事物的内在联系。现实生活中运动是错综复杂的，任何物质都在运动，若要揭示运动的规律，需要进一步研究其共性与差异。

教学片段4：呈现四张动态图片（过山车、高速公路、蜜蜂8字舞、台风眼）。

师：上述物体的机械运动有何不同？

生：汽车和过山车比较，速度大小和运动轨迹等要素不同。

师：如何研究如此复杂的运动？

生：分类讨论。

设计意图：一是能够对机械运动进行简单分类；二是意识到分类实则是对事物共性与差异的深入研究，依据的标准不同，分类层级和结果也不同；三是帮助学生体会分类的意义和本质内涵，在掌握分类方法的基础上理解分类思想，鼓励养成分类的习惯。

5    结  语

科学本质是可以通过教学引导学生理解的。教学并不是简单讲授方法和本质，而是通过对问题本质的剖析，引导学生深入领悟“经验现象—科学方法—科学知识”和“科学知识—科学方法—科学应用”的观念进阶，实现从“学习科学”向“探索本质”的转变。

参考文献：

［1］陈志伟，陈秉初.中学科学教学论［M］.北京：科学出版社，2018：152-159.

［2］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：1，4.

［3］蔡铁权，郑瑶.物理观念的内涵、层次和架构——关于物理观念教育的思考［J］.物理教学，2019，41（6）：2-5，70.

［4］陈培兰，林妹平，朱巧萍.基于科学本质水平划分落实物理学科核心素养研究［J］.中学物理，2021，39（12）：15-18.

（栏目编辑    李富强）

收稿日期：2023-01-05

基金项目：2022年杭州市基教教研课题“三层三环：初中科学课堂表现评价的学习新范式研究”（L2022202）。

作者简介：李鸿（1992-），男，中学一级教师，主要从事初中科学课程与教学研究。