蔡万玲+杨琴玉+马灵灵+董志芳+周利飞
一、科学教育大概念的提出
1.培养儿童对周围事物的知情和正确决策。
科学技术的发展颠覆性地改变了科学技术与社会、科学技术与人之间的关系。为了培养学生的创新能力,探究式科学学习成为儿童学习科学的主要方式。对儿童学习科学的内容如何选择,如何学习科学,也是国际科学家们一直研究的热点问题。大概念的重要特点是明确提出科学教育的目的:培养知情的决策者,使学生具有进行正确决策的知识基础和能力。
2.在科学教育中需要大概念。
学生从小学到中学,他们学的科学概念变得越来越抽象。在学习科学的进程中,学生需要逐渐去掌握一些更为广泛的概念。如果这些概念的建立不能被追溯和连接到更为具体的经验,那么学生对这些概念的理解就会越来越困难。
在小学,科学活动一般是从周围的物体和事件开始的,教师力图使课堂内容引起学生的兴趣,为的是给学生真实的感受。教师对科学学习内容应慎重选择,使这些内容不仅在后续的学习中有延续性,而且对学生的一生都有用。
在构思科学教育的目标时,在知识方面不是堆砌一堆事实和理论,而是用趋向于核心概念的一个进展过程来表述。这些核心概念及进程可以帮助小学生理解生活中的事件和现象。我们把这些概念称为科学上的大概念。科学大概念是有组织、有结构的科学知识和模型。掌握概念和建立模型会影响决策判断力和创新能力。
二、在科学教育中将小概念发展到大概念
从儿童早期对他们周围的物体和事件的探索开始,如何将科学的大概念与自然界的相关事件相联系?在了解周围的世界时,物体的存在和因果关系这两个概念很重要,这个概念需要长时间形成。以儿童进校前形成的概念作为起点,在学校将它从较小概念进展到较大概念,教师会依据概念本身的特性,引导概念进展。
学生试图理解新的经验时,不管是在课堂内还是在课堂外,都是从他们已有的经验出发,将概念连接到新的经验,并且测试它是否有助于解释新的经验,这时概念就“长大”了。在科学探究中,若用一个可能有用的前概念预期,这个预期又符合来自新经验的证据,这个概念就会变得略大些,可解释较大范围的现象。例如,从特定的物体能够在水中有不同的溶解性进展到有关溶解的大概念。在某个阶段,学生在各方向上能够进展到什么程度,取决于不同的学习背景。
三、教师创设教学环境,以大概念的理念开展项目教学
用项目进行教学。项目学习方式可以提供真实世界的情境,目的在于使其与学习活动相关联,围绕大概念(big ideas)整合高级思维,促使学生积极参与学习过程。项目学习以课程标准为基础,以问题为引领,以案例为载体,以培养学生21世纪技能为最终目标,为教师提供了系列化的教学设计理念和方法,引导教师在课程标准的基础上,创建学科教学目标实现的途径和方法,帮助教师对“基于项目的学习”这一教学设计方法和教学方式由浅入深,不断进行系统认识和理解。
项目学习设计案例
主题:
光和影。
项目成员:
五年级学生。
项目期限:
1课时。
支架:
像电灯这样能发光的物体称为光源。产生影子必须要有光、遮挡物、屏。影子的长短和光的照射位置有关;影子的方向总是和光的方向相反;影子的大小变化与物体和光之间的距离有关;影子的形状和光所照射的物体的侧面的形状有关。从不同侧面照射得到的物体的影子叫投影,投影在我们生活中是很有用处的。
目标:
1.认识到事物之间的变化是有联系的,也是有规律的。
2.在实验观察中养成严谨、细致、实事求是的态度。从童趣的游戏中发现光的奥秘,激发探索好奇心。
重点、难点:
探究影子的变化和光源、遮挡物之间的关系。
准备:
手电筒、屏、课件、拱形铁絲、橡皮。
情境:
把学生带入手影表演的视频情景中,用手影表演出动植物和人之间的关系。
任务:
通过分组实验,探究光和影之间的关系。
活动:
(一)认识光源。
1.学生做出教师出示的手影,在实验中思考产生手影需要的条件。
2.整理认知。产生手影需要的条件:光源、遮挡物、屏。
3.总结梳理。能发光的物体叫作光源。
4.学以致用。辨别电灯、月亮、太阳、镜子、手电筒、火柴、萤火虫等哪些是光源。
(二 )动手实验,探究性质。
情景:给学生出示阳光下物体的图片,辨别光源、遮挡物、屏。
实验活动1:探究影子的长短和光的照射位置的关系。
1.发现影子的变化,提出科学问题。
2.推测:影子的长短和光的照射位置的关系。
3.假设:影子的长短和光的照射位置的关系。
4.小组合作实验验证。
5.讨论、交流、记录。
6.得出结论:阳光直射影子短,阳光斜射影子长。
实验活动2:探究影子的大小与物体离光源的距离的关系。
情景:表演者利用光的远近表演手影游戏视频。
1.发现影子的变化,提出科学问题。
2.推测:影子的大小与物体距离光源的距离有关。
3.假设:影子的大小可能与物体离光源的远近有关。
4.小组合作实验验证。
5.讨论、交流、记录结果。
6.得出结论:物体影子的大小与物体和光源之间的距离有关,物体离光源越近影子越大,物体离光源越远影子越小。
实验活动3:探究影子的形状和光所照射的物体的侧面的形状有关。
出示情境图,设疑:光照不同形状的面,影子的形状是怎样的?
1.提出科学问题。
2.推测。
3.假设。
4.小组合作实验验证。
5.讨论、交流、记录结果。
6.得出结论:物体影子的形状和光源所照射的物体侧面的形状有关。从不同侧面照射得到的物体的影子就叫投影。
(三)迁移应用,概括整合。
评价。可评价的要素:
1.实验探究。(20分)
评价方法:量规(互评+师评)。
评价指标:实验操作是否规范、现象是否明显。
2.任务完成情况。(30分)
评价方法:量规(互评+师评)。
评价指标:能否按照设计的方案顺利完成实验并能得出相应的结论。
3.过程合作情况。(30分)
评价方法:量规(互评+师评)。
评价指标:最终成果是否为小组成员共同努力的结果。
4.介绍探究结果时的表现。(20分)
评价方法:量规(互评+师评)。
评价指标:成果表述的规范与否及书写是否清晰无误。
总之,评价不仅要评价学生的学习成果,还要评价学生的学习过程及学习技巧。
成果:充分认识了光与影之间的密切关系。
出色的教学靠出色的设计,教学设计围绕课程标准,突出学习目标。教学设计采用项目学习的方法。
《米饭、淀粉和碘酒的变化》
教学案例
魔术引入,课前活动“白纸”现字。
师:在课前我们一起来看一封神秘的信件,我请咱们班班长来拆这封信。
生:打开信件。
师:上面有什么?
生:什么也没有。
师:老师有一瓶神仙水,咱喷喷看。
(师喷水。)
是什么?
(棒信纸)
请同学们大声读三遍。六二班是34小最棒的,你们有很好的班级凝聚力,班级整体成绩优秀。你们有没有信心和杨老师共同上好这节课?
师:那谁能告诉我,刚才这一现象是什么原因呢?
(根据学生回答情况给予鼓励。)
师:今天我们一起来学习米饭、淀粉和碘酒的变化。
认识变味的米饭
师:米饭是我们的主食,我们几乎每天在吃米饭。米饭到底是什么味道?你们想现在尝一尝米饭吗?
师:请同学们品尝桌上的米饭,尝尝米饭有什么味道。
师:请咀嚼一分钟,看看有什么味道。
生:米饭变甜了。
实验认识米饭、淀粉和碘酒
师:米饭变甜了,你们觉得最有可能是米饭中的什么发生变化了?
师:请同学们阅读教科书30页左侧内容,在书中寻找答案。
生:(说原因。)
师:你真是一位会学习的孩子,一下就找到了答案。
师:我们口腔中的唾液让米饭发生了变化。米饭就是在唾液的作用下变成糖(麦芽糖)。
师:再来咀嚼馒头,馒头是不是和米饭一样变甜呢?
(教师分发馒头,生品尝。)
米饭中含有淀粉,那么馒头中是否也含有淀粉呢?
生:(猜测。)
师:(取出一个小瓶子并问)这是碘酒,碘酒有什么用途?
生:(讨论并作答。)
师:你的生活经验真非富。
师:(用滴管吸一些碘酒滴在培养皿上。介绍碘酒是一种红棕色的液体。)
师:在米饭上滴两滴碘酒,会发生什么现象?
师:(演示)注意在滴碘酒时,滴管不要碰到米饭,只滴两滴就可以了。至于现象是什么呢,请同学们自己探究。
师:(强调实验要求。)
师:谁愿意和大家分享你们的发现?
生:米饭上滴两滴碘酒,变成了蓝色。
师:你真善于观察,老师为你感到骄傲。
师:滴过碘酒的米饭变成了蓝色。变色的原因是什么呢?
生:(说原因。)
师:你真是个善于推测的孩子,那你怎么证明你的判断呢?
生:在淀粉上滴碘酒。
师:你真能干,会用科学的方法解决难题。米饭里面的主要成分是淀粉,淀粉是厨房里常用的烹调用品。我们用什么感官来观察呢?
生:用眼睛看,用鼻子闻,用手摸。
师:你真有科学家的潜质!他说的方法你们听清了吗?那就开始你们的观察吧!
师:谁愿意和大家分享你们的观察结果呢?
生:淀粉是白色的粉末,用手摸起来滑滑的。
师:你的语言表达能力真好,老师应向你学习。
(在淀粉上滴两滴碘酒,观察出现的现象。学生实验。)
师:淀粉加碘酒生成蓝色物质。这种变化后的物质还是淀粉吗?淀粉和碘酒的变化属于哪一类变化?
生:化学变化。
师:你们对前面的知识掌握得很好。
淀粉的踪迹
师:原来淀粉遇到碘酒会发生化学变化,生成的新物质是蓝色的。那我们能不能利用这一特性来检验馒头中是否含有淀粉呢?
(学生实验。)
师:同学们真的很会动脑筋,懂得用科学的方法解决难题。我们平时吃的食物除了米饭、馒头,还有很多。
师:(出示食物图片)老师为大家准备了这么多食物样品,这些食物中是否含有淀粉呢?应该怎样来研究呢?
师:利用淀粉和碘酒反应时颜色会发生变化这一特性,可以检验一些食物中是否含有淀粉。请小组长到后面取食物样品,小组合作实验,完成实验记录单,分组汇报。
师:淀粉是植物体中贮存的养分,存在于种子和块茎中,有些植物中的淀粉含量较高。大米中含淀粉62%~86%,小麦中含淀粉57%~75%,玉米中含淀粉65%~72%,马铃薯中则含淀粉12%~14%。
拓展:刚才我们利用淀粉和碘酒的化学反应寻找到了淀粉的踪迹。淀粉和碘酒的反应有很多不同的用途,其中有一项是用来检测假钞。纸币印刷技术要求高度保密,纸币制造中会采取很多防造假措施,包括移走纸中的淀粉。制造假钞者没法掌握所有的印钞技术,所以警察只要在纸币上滴上碘酒,看看纸币是否会变蓝,出现蓝色就是伪钞。
淀粉和碘酒发生反应还有一个应用,就是用来治疗碘酒中毒,人们误食碘酒中毒后,口服淀粉就成为一个简单易行的好办法。
知识拓展:淀粉是一种高分子化合物,淀粉与碘酒反应的本质是生成了一种化合物,这种新的物质改变了吸收光的性能而变了色。天然的淀粉组成成分可分为两类;直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉与碘酒作用显蓝色,大米中含有直链淀粉,但较短的直链则显红色、棕色或黄色等不同的颜色。支链淀粉与碘酒作用显紫色或紫红色。玉米淀粉含有支链淀粉,所以显紫色或红色。
四、基于科学大概念的探究式教学,促進学生探究能力的发展
科学教育应该聚焦于科学的核心概念,需要教师更加关注对学习内容的深入理解。围绕着大概念开展科学教育,课程内容聚焦于科学大概念,教师需根据探究的问题创设教学情境,引导学生建立新旧经验、新旧观点之间的联系,学生对与大概念密切相关的问题展开探究,收集数据,进行讨论,根据现有的证据逐渐建构大概念。
学生学习科学知识不是独自孤立地进行概念的学习,而是经过探究活动,在和他人合作互动与分享的过程中获得的。科学学习的目标是提高学生的探究能力,从科学探究活动中能够得到什么样的结果,取决于如何进行预测、观察、收集和解释数据,也就是说取决于使用的科学探究能力。这类探究能力在概念的发展中起到关键作用,帮助学生学会运用这种能力是科学教育的一个重要目标。因此,支持发展大概念的教学法和学习方式是能够促进探究能力的。
备注:本文系新疆教育学院校级重点项目(JYGP201505)
作者单位:蔡万玲、马灵灵、董志芳、周利飞,新疆教育学院科学教育学院;杨琴玉,乌鲁木齐市第二十一小学