2024-1-0015山东青岛万巧华
指向真实学习的科学材料使用策略的思考
近期，我认真学习了爱牛科教的创始人黄春方老师的《日本科学教育考察汇报》，黄老师从日本的学校教育、社会教育、实验材料等五个方面介绍了日本的教育基本情况，应该说日本的科学教学与国内的科学教学有相同之处，也有不同之处。日本从21世纪以来，有19人在物理、化学等领域获诺奖，平均一年一个，居亚洲首位。凡事必有因。这些成绩的取得与日本非常重视科学教育是分不开的。日本的教育不仅起步早、普及面广，而且教育理念科学，推崇尊崇自然的教育理念。1973年获得诺贝尔奖的江崎玲于奈说：“一个人在幼年时接触大自然，就会热爱自然，对自然产生探索的兴趣。科学启蒙教育非常重要，有利于一代科学巨匠的产生。”
讲座中受启发的地方有很多，比如微笑教育、学校的专业配备，给我印象最深的是《杠杆》一课中的实验器材的选择和使用。一般来说，我们讲《杠杆》一课时，一般使用杠杆尺让学生来理解和学习杠杆是否省力与阻力点、动力点和支点距离之间的关系。而视频中呈现的《杠杆》一课，呈现了一个实用的直观的杠杆。让学生将重物放在离支点不同的位置上，真实地体验阻力点离支点的距离与动力点时用力不同，从而认识省力杠杆、费力杠杆和不省力不费力杠杆。
新课程标准颁布以来，所有学科都致力于学生核心素养的培养。科学教学也一直强调真实学习，深度学习和自主学习。真实的学习离不开真实的探究，而真实的探究离不开真实、有效、有结构的材料的准备和使用。兰本达教授在《小学科学教育的“探究-研讨”教学法》一书中提到：结构一词指的是相互关联的方式。科学教学中的材料的结构，指的是通过操作材料解释自然现象间的某种关系。据此，科学学习的实验材料应有利于真实的科学学习。
一、材料的选择要和科学概念密切相关
《义务教育科学课程标准（2022版）》中提到科学课程设置13个学科核心概念，是所有学生在义务教育阶段应该掌握的科学课程的核心内容。通过对学科核心概念的学习，理解物质与能量、结构与功能、系统化与模型、稳定与变化4个跨学科概念，同时将科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等核心素养的培养有机融入学科核心概念的学习过程中。在核心概念的学习过程中，需要精心选择实验材料。
案例：青岛版三年级《植物的果实》教学片段
教师提供材料：苹果、梨、青椒、葵花子，请同学们观察并说出它们的相同点。学生会观察到在外观上除了都有皮，在外观上很难观察到相同点。此时，学生想到要继续观察它们的内部还有什么。
教师教给学生横切和纵切方法后之后，让学生一切（纵切或横切）。二看（按从外到内的顺序观察）。三画（画出果实的结构图并标出各部分的名称）。四理（实验结束整理器材，将切开的果实放入空水槽中）。
接着让学生汇报：苹果的结构从外到内是皮、肉、核、籽；
梨的结构从外到内是皮、肉、核、籽；青椒的结构从外到内是皮、肉、筋、籽；葵花子的结构从外到内是皮、籽。
对比交流这四种果实的结构，它们除了皮，都有什么？从而认识“籽”即种子，剩下的部分都叫果皮。
教师通过选择“苹果、梨、青椒、葵花子”这些实验材料，有利于学生通过观察、分析、比较、概括的方法归纳出这些材料的共同特点，从而建立对果实这个科学概念的认识，进而为认识果实的结构具有维持自身生存的功能的特点打好基础，从而为构建生命的延续与进化这个科学概念做好铺垫。
二、材料选择要符合孩子的心理特点
材料可以帮助学生观察周围的世界，对发展学生发现各种事物间相互关联的概念有很重要的作用，而取材方便、富有趣味性、设计简易、操作简便的实验材料，符合学生的年龄特点，有利于把复杂的过程简单化，让学生在体验实验乐趣的同时，深入理解科学原理，有效建构科学概念，熟练掌握科学方法，从而提升科学素养。
案例：青岛版三年级《空气占据空间吗》教学片段
教师准备实验材料：塑料瓶、带胶塞的漏斗、红墨水，让学生猜测当红墨水通过带胶塞漏斗向塑料瓶里倒水，水是否会顺利倒入瓶中，激发学生的学习兴趣，接着让学生分组实验，引领学生认识水倒不进去的原因是空气占据了瓶子的空间。
教师出示塑料瓶、气球、锥子让学生设计一个在瓶子里能控制大小的气球：在塑料瓶上扎上小孔，将气球套在塑料瓶上，气球放入瓶内。当摁住瓶身上的小孔时，气球是吹不大的；把手从小孔上移开，气球就吹大了。让学生进一步认识空气能占据空间。
教师在第二环节中的材料选择上有气球、塑料瓶、扎小孔的锥子，这些实验材料在生活中随处可见，易收集、易操作，易于学生课后反复探究的实验，符合学生的认知特点，让学生意识到生活中处处有科学，科学不神秘，科学就在身边，也会让学生更积极主动的开展科学探究活动。
三、材料的使用有利于启发学生深度思考
科学课程育人价值集中体现在：科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。而科学思维是科学教学的核心，是我们理解世界、解决问题、创新和决策的基础。所以在科学课上，材料的选择应有利于学生实验的设计、猜想的验证、交流的依据，要有利于激发学生深度思考，发展学生的高阶思维，促进核心素养的发展。
案例：青岛版六年级《斜面》教学片段
教师准备实验材料：木板、木块、小车、测力计。提问我们怎样设计实验来研究斜面时候省力呢？引导学生用木块、木板搭建一个斜面，用测力计测出竖直提起小车需要的力；再沿斜面拉动小车用的力然后两者相互比较，得出斜面是否可以省力。
在斜面的底部、中间和上部分别标注三个点，引导学生猜测，沿斜面匀速拉动小车在这三个点上省力大小是否是一样的。学生实验并汇报实验数据，并分析实验结果得出：当斜面的坡度保持不变时，沿斜面拉动小车的力也是保持不变的。
这个实验中，在实验材料搭成斜面的木板标注三个点，使这个实验材料更有结构性，使探究实践更有深度，更有研究价值，更能调动学生探究的兴趣和研究的欲望。如果简单地利用对比实验得出斜面能省力的结论，反而不利于学生思维的发展。长此以往简单的测定就会使学生的思维简单化，无法提升到研究复杂问题的能力。精心的改进实验材料，会激发学生的探究热情和深度，有利于概念的发展和建立。
四、材料的呈现要注意合适的时间和顺序
维果茨基最近发展区理论倡导“支架式教学”，即教师对那些超出学生能力的任务元素加以控制，从而是学生将注意力集中到他们力所能及的任务内容上，并快速掌握它们。所以教师要注意材料呈现注意合适的时间和顺序。
案例：青岛版五年级《材料的导热性》
教师在本节课中共准备了以下实验材料：铁锅（锅身不同部分用了不同的材料，激发学生探究兴趣）；涂有感温油墨的铁棒、铝棒、木棒、塑料棒，烧杯、热水（探究不同的材料的导热性是不一样的）；铜棒、铁棒、铝棒、温度传感器、酒精灯、火柴等（探究不同的金属材料导热性也是不同的）。
本次实验用到的实验材料有十多中多，老师分三步呈现实验器材。导入环节，让学生观察家里常见的铁锅不同部分使用的不同材料，引发学生对不同材料导热性的兴趣和猜想。第二部分出示不同材质的小棒，有金属的、木头的、塑料的，这些小棒在选择上是同样的长度、直径。为了观察的直观性，老师在小棒上涂上感温油墨，使科学实验更有直观性、严谨性和可操作性。第三环节感知不同金属材料的导热性能时，老师使用了长短粗细相同的铁棒、铝棒和铜棒，并用上温度传感器，使学生通过数据感受到不同的金属材料的导热性也是不同的。
教学中老师重视这些实验材料的呈现时间和顺序，准确把握材料呈现的时机，使这些材料的呈现有利于探究活动的开展。保证探究活动有序地进行，同时引导学生在材料的不断探究中，认识到不同的材料有不同的性能，不同性能的材料有不同的应用。
材料引发学习。真实学习不是单纯地记忆和模仿，而是指通过深入理解和探究实践内化知识、技能或概念，使其成为自身的一部分，并能够灵活地应用它们，在这个过程中发展思维，形成关键能力，形成正确的价值观和必备品格。科学学习离不开材料。在科学学习中，科学严谨正确的使用实验材料，需要科学教师的精心设计、用心思考、反复“下水”。只有这样才会使科学材料的使用有利于学生的科学学习真实发生。
