寻找科学课堂中的“科学味”——基于科学本质的教学设计，本文主要内容关键词为：科学论文,教学设计论文,堂中论文,本质论文,科学课论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
不同学科都有自己独特的学科特点，语文学科注重语言的品位，数学学科注重思维的严密性，科学学科也应该有自己的特点，体现出浓浓的“科学味”。科学课堂教学要体现“科学味”，实质就是要在课堂教学中体现出“科学本质”。“科学本质”是体现科学课程与众不同的独特之处，是一堂科学课之所以为科学课的本质之所在。那么，如何在科学课堂中实施突出“科学本质”的教学呢？教师除了要有优良的教学设计能力外，还需要对“科学本质”有深刻的认识与体悟。
“科学本质”到底是什么？不同的哲学流派有着不同的解释，并非几句话就能言明。然而需要着重强调的是“科学本质”不仅仅体现在科学知识与其他学科知识有不同之处，更体现在科学方法、科学过程及科学精神有其独特之处。本文无意也无法罗列所有的科学本质特征，而且，有些能体现科学本质的特性如波普尔所强调的“证伪性”也很难在基础教育阶段的课堂中进行阐述。本文尝试选择一些有利于课堂教学设计的、又能体现科学本质的要素，把利用这些要素进行教学设计的课堂以案例的形式呈现出来，进行分析，以期对大家有些许启发。
一、寻找证据——科学知识的来源
“科学是以多样统一的自然界为研究对象的探究活动。是建立在证据和理性思维的基础上的。”[1]任何科学结论都需要有相应的证据来证实。生物真的是在不断地进化吗？马的化石就是一个强有力的证据；地球真的是圆形的吗？月食就是一个强有力的证据。科学是一门讲究证据的学科，在科学课堂教学中也可用寻找证据的方式来进行教学设计，培养学生养成用证据说话的思维习惯。
案例1 《摩擦的利和弊》
在《摩擦的利和弊》教学设计中，教师往往先对摩擦进行分类，然后逐一讲解各类摩擦的特点，最后分析增大或减小摩擦的各种方法。整堂课的顺序就是教师讲解加适当实验。为突出科学的本质，我们可以要求学生设计实验寻找证据来设计课堂教学。
引入新课后，让学生通过寻找证据来研究固、液、气三者之间的摩擦问题。
（1）固体之间是否存在摩擦？当手在桌子上向后运动时，会感到有一个力在“拽”着手不让其运动，这就是证据，但不够明显，能否找到一个更易为大家接受的证据？这时可引导学生用毛刷在桌面上运动，毛会发生明显的弯曲。此实验不但表明固体间存在摩擦，而且也能说明摩擦力的方向问题。很明显这个证据较上一证据更能说明问题。
（2）固体与气体之间、固体与液体之间是否也存在摩擦？科学是讲究证据的学科，我们应有足够的证据来解释这些问题。证据可以在日常观察中所得，也可以通过设计实验而来。
（3）学生提出如和平号空间站碎片穿越大气层及陨石在大气中燃烧等证据来说明固体与气体之间存在着摩擦。这是平时阅读观察所得来的证据。对于固体与液体之间的摩擦，可让学生设计实验来提供证据。如让单摆分别在空气和液体中摆动看哪个单摆先停下来（如图1），从而得出固体与液体间也存在摩擦。
从教学设计的角度来考虑，上述案例主要是通过寻找证据作为线索来组织课堂教学的。由于需要解释说明新问题，因此需要以日常现象作为证据，对其进行分析得出其中的科学道理；需要设计新的实验来获得新的证据。在分析日常现象、设计实验的过程中，习得了新知识。这些知识并非因为教材中有才要学习。而是在解决科学问题需要获得新证据的过程中习得。因此，这些知识对学生而言是具有“意义”的。
可以用寻找证据方式来进行教学设计的教学内容有不少，如在《电阻》一节中，先让学生猜想电阻大小与哪些因素有关，然后让学生设计实验，收集获取相关证据，最后分析证据弄清各因素之间的逻辑关系。这些课的共同特点是为了证明某项结论，必须用相应的证据来说话。在寻找证据的过程中，学生习得了科学知识，同时也习得了获取证据的方法、证据的种类等教材中没有明确指明的“隐性”知识。而分析证据能否支持假说、通过证据归纳推理得出科学结论的能力，更是“灌输式”教学法所无法培养的能力。
二、科学对比——寻找对象间的异同
有些现象非常雷同，学生无法辨别其中的细微之处，这时就要用到对比法。对比法就是在分析和综合的基础上将各种事物加以比较，确定研究对象之间差异点和共同点、探寻事物之间内在规律的一种思维方法。各种科学现象和过程都可以通过对比来确定其差异点和共同点，为进一步抽象概括做好准备。对比法是认识客观事物及其变化规律的科学方法之一。
案例2 光学复习
在上复习课时，教师往往是先对光学知识作一简单地罗列，然后再做一些巩固练习。用这种模式上课的教师其内在的基本假设是：复习就是对知识的再次回忆，遗忘了就由教师进行提醒，再次强化记忆。由此导致越是上复习课，越缺少“科学味”。以下是在光学复习课中利用对比方法进行教学设计的基本思路。
教师先出示两幅稍有差异的图片，让学生仔细观察，找出两图中的不同之处（如幼儿经常玩的找图中不同点的游戏），从而引导学生了解对比法，即找出不同事物的共同点和不同点。然后在黑板上画出光的直线传播、反射和折射的示意图，师生共同对比直线传播和反射、直线传播和折射的异同点，使他们能初步运用对比法来比较各知识点的异同。接着让学生自己结合光的反射、折射现象和反射定律、折射规律，来对比光的反射和折射这两部分内容，以列表的形式强调两者的异同。按照此思路再进行镜面反射和漫反射的对比、小孔成像和平面镜成像的对比以及实像和虚像的对比等复习。
上述案例的知识主线是光学基本知识，方法主线则是对比法。在相互对比的过程中，将光的直线传播、光的发射、光的折射等本来独立的知识综合起来了，初步建构起光学的知识结构体系。通过这堂光学复习课，不但巩固了光学的知识，而且在实践中应用了“对比”这一科学方法，从而使得学生对“对比”方法的应用做到了然于胸。
当教材中有多个知识点，这些知识之间既有共同之处，又有显著差异时，我们可以利用对比进行教学设计。如在复习重力、弹力、摩擦力时，我们也可以通过对比的方法，分别对各种力的方向、作用点、大小进行比较，帮助学生建立统一的科学概念和知识结构。
对比仅是众多科学方法中的一种，分析、综合、类比、假说等均是科学研究的方法。我们也可以应用这些科学方法来设计课堂，如通过水流与电流、水压与电压的类比进行教学设计。教师应熟悉教材的知识体系，了解知识的来源，根据具体的知识选择不同的科学方法来设计体现科学本质的课堂教学。
三、建立模型——复杂世界的简化
在科学发展的历史中，科学家往往利用模型来进行粗略的理论计算，解释研究对象的规律，作出科学的猜测。如原子结构模型、遗传物质DNA分子双螺旋结构模型、地壳构造的板块模型等。通过这些模型，能帮助我们更好地认识自然、理解自然。科学模型是一种重要的科学研究方法。以下是以建构模型来进行教学设计的案例。
案例3 浮力复习课
在复习浮力知识时，往往要复习浮力的基本概念、浮力测量的方法、物体的沉浮条件、浮力的应用等等。如何把这些知识串联起来，避免各自为政呢？我们可以利用鸡蛋建立模型来组织课堂教学。
（1）同一个鸡蛋放在两种不同液体中（如下页图2①、2②）。
让学生分析在这两个烧杯中鸡蛋浮力的大小。根据这个模型，就可以解决密度计测量液体密度的原理及轮船从河里驶向大海中沉浮的情况。
（2）两个大小不同鸡蛋沉入同种液体中，
（如图2③）。
先让学生比较两个鸡蛋所受浮力的大小，用了什么原理？这个模型在生活中是否能找到应用实例？根据这个模型，学生就可以来分析汤圆熟了以后能浮起等问题。
（3）两个大小不同鸡蛋在同种液体中，
（如图2④）。
用此模型可以解决远洋轮船上装卸货物时，船所受浮力大小的变化情况及潜水艇、沉船打捞等情况。
轮船、密度计、潜水艇及沉船打捞等这些千差万别的事物背后却有一个共同的知识基础——浮力。现象各有不同，其本质却是相同的。本案例中利用一只鸡蛋作为模型，把浮力的各个知识串联了起来，为我们分析浮力问题提供了思考的“样式”。“经典科学观”认为科学知识的本质之一就是“普遍性与抽象性”，“任何真正的科学认识都不应停留在某个特定对象或状态，而应由特殊上升到一般”[2]。通过对具体事物的分析，认清现象中的本质特征和非本质特征，找出事物的共同本质，最后建立模型。在此过程中，学生分析问题的能力得以提高，归纳推理的逻辑思维得以训练。
除上述浮力模型外，科学教材中还有如分子热运动、物态变化等内容也可以用建立模型的方法来组织教学。学生在对现象进行必要的简化，忽略次要因素，以突出主要矛盾的过程中，在模型不断地建立、演化、修正的过程中体验知识的建构过程，认识科学的本质。
四、解决问题——科学方法的应用
波普尔明确认为：“科学开始于问题，而不是开始于观察”，“正是问题才激励我们去学习、去发展我们的知识，去试验，去观察”[3]。问题与科学天生就是不可分离的。问题与人生也须臾不离。“提出问题并且试图琢磨其中的机理，是人类最基本的特征之一。而科学史讲述的正是不同的个人、团队和集体是如何对某些最基本的问题寻求解答的过程。例如，人类从何时开始想知道地球是由什么组成，它的形状是怎样的？他们如何寻找答案？他们设计了哪些方法来得到结论？这些方法好不好？从哪个环节开始，这种探究变成了科学？这又意味着什么？”[4]
案例4 “白盒子的秘密”
这是一堂7年级科学测量一章的复习课，要在一堂课内把长度、体积、质量及科学探究复习一遍有较大的难度。以下呈现的是我们利用了“解决问题”的教学设计思路进行的复习。
（1）老师手中有一些白盒子，不知道里面装的是什么，今天我想和同学们一起探究这个白盒子里面到底是什么。学生作出种种猜测。（在实际的探究中，复习科学探究的基本步骤和方法）
（2）要判断里面可能是水或牛奶，必须要有证据。教师出示小资料，告诉学生1毫升水及牛奶的质量，学生由此得到启示，要测出若干毫升的液体，测其质量。（由此来复习液体体积及液体质量的测量）
（3）出示一正方体小金属块，小资料告诉1cm3铁及铜的质量，要求判断是何种金属。（培养学生设计探究方案的能力及复习长度测量及固体质量测量等）
在解决“白盒子”中到底是什么这个问题的过程中，学生完成了各项知识的学习（复习）。这些知识都是围绕问题的解决展开的，非教材规定、教师硬塞。琳达·达林-哈蒙德认为，基于问题的学习是以探究为基础的三种“高效学习”方法之一。[5]在这个教学过程中，问题是学习的起点，终点是问题的解决，在起点和终点间的过程则是教学的重点。在解决问题的过程中，学生需要精确表征问题，提出解释，寻求解决的着力点（科学知识），设计实验方案等等。学生学到的不仅是知识，更是解决问题的方法。学生为解决问题而获取知识，反过来，又应用知识来解决问题，高层次思维能力与自主学习能力借此过程得到充分发展。
基于问题的教学设计中，我们需要寻找这样的“大问题”来设计课堂教学。如《指南针为什么能指南》一节则可以指南针的制作为“大问题”来设计教学。用“大问题”来贯穿教学的始终，引导整个课堂。
要在科学课堂中体现科学本质，提高学生的科学素养，并非一蹴而就的事情。作为教师首先应认清科学的本质，教师自身的科学本质观必将影响其课堂教学行为。其次教师应具有良好的教学设计能力，能根据科学的本质来设计课堂教学。对科学本质的教育有“隐性”和“显性”两条路径。有研究表明，对科学本质的理解是一种认知性学习结果，应该被“显性”地教，而不是期望“在科学活动中通过一种渗透过程被同化”。[6]很显然，上述案例都是教师在对教学内容作出深入分析、正确认识科学本质的基础上，巧妙地以某一能显示科学本质的方面来作出的教学设计。这些案例中既有“显性”的特征，也有“隐性”的地方，将两者有机地结合起来，值得我们思考、借鉴，以期能开发出更多的能体现“科学本质”的课堂教学案例来。