践行科学大观念，培养学生的决策力和创新力

◎ 陈 琳

一、背景和目的

2016年3月，《以大概念理念进行科学教育》［1］一书中提出了十项科学教育的原则，挑选出了十个核心科学概念和四个关于科学的概念，并期望通过这项努力，能为科学教育改革提供帮助。该理念在实证性科学研究的支持下，进一步明确了科学教育改革的方向，设计了科学教育的内容构架、学习方法、学生评价、对教学过程的评估等内容。以此为基础的“科学大观念”所指的不仅是学科内的科学大观念，同时也是交叉于各学科的科学大观念和关于科学本质的大观念。

科学大观念是科学教师手中的“棋谱”。用科学大观念指引教学就是遵从科学概念的内涵与外延，灵活地用“棋谱”去找准学生在探究中形成概念的过程、基本的思维逻辑及其关键环节，去设置能引导学生思维的问题链，并基于这些问题链，再将教学目标具体化。基于此，笔者以初中科学中的一节拓展课“鱼的沉浮”为例，阐述如何在“科学大观念”理念的指引下进行教学设计。

二、教学过程与分析

（一）教学目标和学情分析

科学大观念不仅涵盖学科知识方面的大概念，也包括科学的研究方法、研究对策及科学的态度、价值观等。基于此，“鱼的沉浮”这节课围绕知识与技能，过程与方法，情感、态度与价值观这三个方面的教学目标如下。

【知识与技能】

（1）了解网络信息检索的基本方法，学会根据要求在互联网上搜索资料。

（2）推断鱼类控制沉浮的方式。

【过程与方法】

（1）通过设计、制作鱼的模型，模拟鱼类沉浮的现象。

（2）通过观察分析及检索，归纳鱼类沉浮的原理。

【情感、态度与价值观】

（1）体验小组合作，乐于表达同时也能关注他人的见解。

（2）体会从现象到本质的认知过程，感受科学研究的基本方法，领悟事物简单现象背后也可能有复杂的原理。

本节课涉及的重要概念为物体的沉浮原理。教师通过调研发现有不少幼儿园已经开始让小朋友观察沉浮现象，小学科学课中已经涉及探究沉浮的条件。学生在六年级第一学期科学教材“物质的粒子模型”一节中已经了解到关于物体浮沉的基础知识。因此，本节课是对这一学习内容的拓展和延伸。

（二）教学活动设计

教师首先让学生观察鱼的沉浮的视频，让学生解释鱼是依靠什么来控制沉浮的。通过上网查阅资料，学生得出鱼是依靠鳔来控制沉浮的初步结论。活动具体内容见表1。

表1 教学活动一

接着教师提供给学生材料，让学生通过相互合作，共同制作一条能沉浮的鱼。在这个过程中，学生动手、动脑，结合科学、技术、工程、艺术等多种学科的技能来开展跨学科学习。活动具体内容见表2。

表2 教学活动二

教师再一次将视频慢速播放，引导学生发现“鱼能快速沉浮，但仅靠鱼鳔的作用是无法做到的”这一事实。通过引发思维冲突，学生进而转换角度再次查找资料，发现鱼沉浮的其他方式。活动具体内容见表3。

上述三个活动环环相扣、一气呵成。学生的认知在深度和广度上都得到了有效发展，而这个发展的过程是学生自主学习获得的，不是教师告知的。学生不仅获得了知识，更收获了技能。这与教师以科学大观念为教学理念开展的尝试与创新密不可分。

表3 教学活动三

跨学科教学是以学生的多元智能发展为目标，通过整合多个学科的知识来发展多元智能的教学活动。在教学过程中，构建一个跨学科的知识网络，将多学科教学内容整合与集结。“鱼的沉浮”教学内容主要涉及物质科学、生命科学、信息技术、劳动技术等学科。

本节课是基于生命科学学科“鲫鱼的解剖”的内容展开的。观察和解剖鲫鱼是生命科学领域的学习内容，而鱼的沉浮原理涉及物质科学的领域。用科学大观念开展教学不仅是在教学目标上体现知识、能力、情感等方面呈螺旋式上升，而且在教学手段上也采用融合多个学科的跨学科教学，以体现科学大观念。

对鱼的沉浮现象的解释，有助于养成对已有知识的接受并不断修正的意识。学生固有的经验是鱼依靠鳔来控制沉浮，而通过本节课的学习发现事实并非如此，学生的已有经验得到修正与生长。长此以往，学生能逐渐形成不迷信网络、不盲从已有经验、独立思考、独立判断等能力，为持续性学习形成铺垫。基于此，教师对这节课进行拓展和延伸，活动具体内容见表4。

以学习者为中心的活动，为学习者的学习和创新提供资源、情境、工具、支架等多层面的支撑。教师尝试以教材为蓝本，结合学生实际，合理地加以创新和升华，创建智慧的课堂氛围，使学习真正成为学生自发的内在需求，进而自然生成创新能力。

表4 教学活动四

三、教学反思

科学课程对学生思维能力的关注点主要体现在：观察记录的习惯、归纳总结的能力、推理演绎的方法三个方面，并以此为基础培养学生的决策力和创新力。因此，教师在用科学大观念提升学生的思维能力时，可以基于以下设计思路：学生通过观察记录、归纳总结、推理演绎，最终建立假说，在假说基础上再次观察记录、归纳总结、不断完善或推翻假说。例如，在“鱼的沉浮”一课中，学生通过观察鱼的运动、查询资料探究沉浮原理形成假说，通过模型验证和再次查询资料以完善或修正假说。

（一）重视理论探究

通常我们说到探究往往会想到设计实验，但科学探究并不一定都是实验探究。正如著名物理学家密里根所说：“科学是在用理论和实验这两只脚前进的，有时是这只脚先迈出一步，有时是另一只脚先迈出一步，但是前进要靠两只脚：先建立理论然后做实验，或者是先在实验中得出了新的关系，然后再迈出理论这只脚并推动实验前进，如此不断交替进行。”对学生终身学习能力的培养而言，信息检索的能力是十分重要的。在本节课的实施中，探究起始是网络查询，以网络搜索为探究的重要手段。教师通过引导学生查询资料和上传发表，培养学生的信息检索能力和归纳总结能力。

（二） 寻找真正能探究的内容

科学探究不是一帆风顺的，因此在设计活动时应该有曲折，有多种可能的研究方向。科学探究的过程通常会经历“发现问题—提出假设—设计实验—获取证据—检验评价—表达交流”六个环节，而假设的提出和实验的设计又是基于之前已有的理论，每一次的检验评价和表达交流后往往会产生新的问题。人类对自然的认知也正是通过这样的过程越发深入和接近真相的。那些真正值得探究的内容可能是开放式、可争议、无定论或一果多因的。此外，探究的结论应该是学生不了解或不完全了解的，这样在探究过程中就会出现争议、反复、波折。

学生经历了这样的小波折，从而能在活动过程中体会到：一个简单现象的背后可能有很复杂的原因。进一步探究后，学生还能体会：一个结果的形成可能是多个因素共同作用的结果。这样的探究学习是思维的训练，思维训练的结果是学生在接受信息的同时会思考和判断，从而思维具有辩证性和批判性。

科学往往会被认可的是结果，但把这些结果当作科学本身是不恰当的，追求科学真谛的过程才是科学最重要的本质。本节课中有三个小目标，分别是：检索和发表、制作和测试、二度检索和分析。这三个小目标逐渐达成的过程是学生经历了“现象—假说—建模—验证—修正假说”完整的科研过程。多次经历这样的小科研，学生的科学习惯就会逐步养成，学生的科学思维就会逐步提升。

科学教育的目的是培养知情的决策者，使学生具有进行正确决策的知识基础和能力。教师的科学教育要为学生提供好的、由浅入深的“棋谱”，以学生活动为中心，为学生的决策与学习创新提供资源、情境、工具、支架等多层面的引导与支撑。用多样化的学习方式开展活动，既尊重学生多元的学习风格和智能，也鼓励其个性化发展。用科学大观念指引科学教学，让学生在问题的探究与解决过程中，有意识地逐步运用“棋谱”，助推学生成长为具有决策力和创新力的时代新人。