活动基元的教学价值

第四节　活动基元的教学价值

相同的教学内容，却被设计成不同的学习活动，从讲授到观察到活动再到探究，居于不同的层次，这说明，不同的教师对活动的教学价值认同是不一样的。

那活动的价值应如何定位？活动的价值首先在于积累基本经验；基本经验之后，活动的价值是获得知识、思维及思维的经验；活动的最终价值在于学生的发现、发明与发展。

一、积累科学活动经验

活动的价值首先在于基本经验。积累科学活动经验，需要从学生已有的经验和直观开始，让学生经历思考的过程，从中领会和感悟并形成一定的思维模式。

（一）从观察入手发现问题

对于教材活动一中的第一部分，“让磁铁与铁块、木头、塑料、铝块和铜块接近。能被磁铁吸引的物质是________”，42个课例中运用活动教学的21人次、采用讲授主为的8人次、探究为主的7人次、实验为主的6人次。

用来被吸引的物体种类多少不等，但都要多过教材中提供的，大多数老师都力求让被吸引物生活化，如大头针、铜块、铝块、1元硬币、1角硬币、塑料、木头、回形针、铁钉等，也有老师提供了钴、镍等物体。从磁性概念的建立而言，教师都认为观察是很重要的。

在上课时，无论老师把这种活动说成是实验、探究还是基于演示的讲授，就活动价值而言，都是为了一种发现，有发现而后有概念，这种概念是基于发现后的归纳，学生知道的性质，若是由观察所发现的，应该是科学的，只有观察才能使我们知道这些性质。科学的实践和观察是科学家寻找真理和发现真理的手段，而且是重要的起始阶段。

教师在实践教学中帮助学生积累科学观察的经验，除了让学生学会观察现象、种类、数量、数量间的关系、图形、图形间的关系以及数量和图形间的关系外，还要让学生学会观察共性与特性。观察共性是为了发现事物的核心和本质；观察特性是为了区别这一事物和另一事物，是进行分类、找到规律的重要方面。学生在观察前要有心向，观察中教师要引导学生发现问题和提出问题，观察后要有语言上的概括。这种经验是实现归纳推理的前提。

（二）从特例开始循序渐进体验归纳推理

进行归纳推理要从最简单情形入手，循序渐进，从而积累关于归纳思维的经验。培养学生的创新能力，需要让学生经历和感悟由条件猜测结果，或者由结果探究成因的过程，这时就需要借助归纳推理。猜想是贯彻整个过程的思维形式。

有这样一个建立磁场概念的课例（见表4‐6）：

表4‐6　建立磁场概念的活动基元设计

课例中，教师从特例开始做到以下两点：一是让学生学会将错综复杂问题化为最简形式，用最简单的实验对比表示出来，然后在其中找规律；二是让学生从头到尾、循序渐进地猜想，猜想出一般规律。

首先，考虑最简单情形：小磁针是指南的，它是一种磁体。这是观察。

其次，对比三组实验：有什么规律呢？这是归纳。

然后回顾已有知识，把力、物体、运动联系起来。最后，形成猜测：有一种物质……叫磁场。这是直觉。

因为是特例，所以，这种设计还不能解释“一个铁块一端靠近小磁针”等问题。可以再取另外一个或多个小磁针试试，或另取其他磁体来试试（在我们分析的课例中，没有教师用蹄形磁铁做过类似的实验，从细节处理来看，似有不足）：至此，猜测得到了验证。

猜想要从观察开始，从头到尾、循序渐进地进行。如果从中间想问题，问题都是别人给的；只有从头想问题，才是真正的创造起点，否则就只能是修修补补别人的发现了。猜想过程中要注意研究的是量和量之间的关系，而不只是一个量的研究。

（三）从归纳推理的基础上学会演绎推理

演绎经验的获得，常常在归纳之后，在归纳推理的基础上，需要学会演绎推理。

磁场可以用归纳法，而磁场的性质又如何演绎出来？不同的课例有不同的方式。

科学是归纳推理和演绎推理相互作用的结果，演绎推理作为由一般到特殊的推理，在逻辑上依据三段论。这种推理有顺序性和严密性两个基本特性。严密性表现在证明中不能使用尚未定义的概念，不能使用尚未证明的命题；顺序性表现在按照逻辑一步一步地进行推理。因此在演绎推理下，不会产生超过前提的新知识，即所有推断出的命题都蕴含在公理之中，经过演绎推理得到的结论，只要前提为真，结论也为真。

观察发现、归纳、演绎，是科学课堂活动的基本价值。科学学习的结果，除了获得知识和技能外，还有长时间积累后形成的思维模式，这种思维模式是在观察基础上，从最简单的问题入手，逐步猜想和发现，不断检验和修正，感悟问题的核心和问题之间的联系，并学会演绎地证明。

二、体验科学思维模式

基本经验之后，活动的价值是获得知识、思维及思维的经验，是在已有经验和直观基础上，经历和感悟了归纳推理和演绎推理过程，尤其是归纳推理过程后建立的新经验和更高层次的直观。积累思维经验，需要经历和感悟归纳推理过程和演绎推理过程。自觉运用这种思维模式，对问题作出直观判断，是学生积累科学活动经验的核心和关键。

（一）推理

推理是从一个命题的判断到另一个命题判断的思维过程。归纳推理和演绎推理都是有逻辑的推理，也就是命题的内涵之间有一条线，能够串起来，否则就是没有逻辑的推理。“凡人都有死，苏格拉底是人，所以苏格拉底会死”，这是有逻辑的；“苹果是酸的，酸的是一种味道，所以苹果就是一种味道”，这就属于没有逻辑的推理。

（二）归纳

归纳推理则是命题内涵从小到大的推理。归纳推理作为从特殊到范围更广的推理，本质上是从经验过的东西推断没有经验过的东西。它很难用一个固定的格式，像大前提、小前提、结论的格式给出，因此，归纳推理这种思维方式的形成，需要以具体的经验为前提，更多地需要个人的感悟，单纯靠说教是不行的。

同样，归纳思维的形成也需要经验的积累，提出假说是创造的源泉，而假说往往通过归纳推理给出。因此，培养学生的创新更需要积累归纳推理的经验，培养创新型人才更需要感悟归纳推理的过程。在一个课例中，磁场概念的归纳，大致还是由教师来完成的。

教师：（提出问题）两磁极相互靠近并未接触时，它们是怎样发生作用的呢？

学生：（猜想、交流）

教师：请同学们将小磁针、条形磁体摆放在桌子上，然后进行下列实验。

学生：（实验探究）首先在桌上放一圈小磁针，观察小磁针的指向；然后将条形磁体放到小磁针中间，观察小磁针的指向有什么变化；再拿开磁体，观察小磁针的指向。

教师：同学们刚才观察到什么现象？

学生：（实验汇报）当条形磁体放到小磁针中间时，小磁针的指向都发生了偏转，不再指南北了，拿开磁体，小磁针又恢复了原来的指向。

教师：当条形磁体放到小磁针中间时，磁体周围的小磁针都发生了偏转，说明小磁针都受到了磁力作用，这个力是磁体直接作用于小磁针的吗？为什么？

学生：通过讨论，得出的结论是“不是”。因为小磁针没有直接接触磁体。

教师：（推理归纳）由上述现象我们可以推断出磁体周围的空间一定存在着一种物质，磁体是通过这种物质使小磁针发生了偏转。这种物质叫做磁场，磁体周围的空间存在着磁场。

学生：（讨论）我们并没有看见磁体周围的磁场啊？

教师：空气看不见、摸不着，我们可以根据什么来认识它？

学生：根据空气流动形成的风所产生的作用来认识它。

教师：怎样来认识磁场呢？

学生：（思考，讨论）

教师：从上面的实验可以看出，把小磁针放入磁体周围的磁场中时，要受到磁场的磁力作用；当两个磁极靠近时，它们之间的相互排斥或相互吸引也是磁场作用的结果。

学生：（思考，讨论）

教师：（引导学生分析、得出结论）磁场的基本性质是它对放入其中的磁体产生磁力的作用。磁体间的相互作用都是通过磁场发生的。

（三）演绎

演绎推理是命题内涵缩小的推理。如果命题内涵用集合表示的话，就是一个集合包含另一个集合，并逐渐小下来，这样的推理叫作演绎推理。

演绎推理的典型形式是三段论。例如，大前提是“凡人都会死”，小前提是“苏格拉底是人”，结论是“苏格拉底会死”。这里最困难的不是推断“苏格拉底会死”，而是如何得到大前提。大前提的得出需要借助归纳推理：“苏格拉底是人，苏格拉底会死；柏拉图是人，柏拉图会死；亚里士多德是人，亚里士多德会死……所以，凡人都会死。”可见，归纳推理在于由已知发现未知，演绎推理在于验证结论。推理本身是个工具。逻辑可以是科学的标准和约定，但不是它的本质。演绎推理的主要功能在于验证结论而不在于发现结论。

如何归纳出“磁体在磁场中受到力的作用”“小磁针N极所指的方向就是磁场的方向”等磁场的性质，既是第一课时的要点，又是第二课时的起点，所以，我们觉得，本主题两个课时的分界线是第一课时建立磁场的概念，第二课时从磁场概念深入研究，这是两课时很重要的一个分段所在。

归纳后的结论，成为从一般到特殊的大前提，具体的思考方式如：

大前提是“磁体在磁场中受到力的作用”，小前提是“小磁针（指南针、磁化的细铁粉）是磁体”，所以，“小磁针在条形磁铁（磁场）周围受力作用而运动（偏转）”。

大前提“小磁针N极所指的方向就是磁场的方向”，小前提“现在小磁针N极指向北方”，所以，“磁场的方向是指向北方（从南方到北方）”。

在统计与分析过程中，我们产生三个问题：①科学上真的这样证明地球是磁体的吗？还有什么证据？②用郑和的故事引课时，还可以有什么价值？引课的时候，很多老师都会用到郑和的故事，郑和的故事除了爱国、四大发明、欣赏等情感因素外，是否还可以作为归纳的依据？若我们有一两句的延伸作为归纳的依据，这样的引课就不单单是为了引课而引课。③那一种结论更有利于学生思维？我们在研究磁体的过程中，什么样的结论有利于学生得出“地球是一个磁体”的结论？或什么样的结论有利于学生解决“指南针为什么能指方向”的问题？

显然，对磁体的研究有以下的三句结论：“磁体在磁场中受到力的作用”；“小磁针N极所指的方向就是磁场的方向”；“凡小磁针有一定的指向都在磁场中（无干扰的情况下）”。

第三句是一个能让学生联想到“地球是磁体”的核心句。而在我们的课堂统计中，没有一堂课出现过类似意思的表述。教师更多地把重点放在第二句。或者，把第三句说成：“在磁场中小磁针发生偏转”或“凡在磁场中小磁针都有一定的指向（无干扰的情况下）”。

“凡小磁针有一定的指向都在磁场中（无干扰的情况下）”“在磁场中小磁针发生偏转”或“凡在磁场中小磁针都有一定的指向（无干扰的情况下）”，这三句话的学习效果能够等同吗？

我们比较一下其中一句话的演绎：

大前提是“凡在磁场中小磁针都有一定的指向（无干扰的情况下）”，小前提是“现在小磁针在地磁场中”，所以，“小磁针有一定的指向（指南或指北）”。这样的演绎能很好地解释指南针为什么能指方向。但不能得出地球是一个磁体的结论。

大前提是“凡小磁针有一定的指向都在磁场中（无干扰的情况下）”，小前提是“现在（地球表面）小磁针（指南针）N极都指向北”，结论“小磁针在磁场中”——到这里是一种演绎。

然后进一步推理：磁场在哪里呢？可能是地球有磁场。我们看教材中的推理过程：⁽¹⁷⁾

小磁针总是有一极指向北方→地球表面一定有指向北方的磁场→这磁场可能来自于地球本身→地球是一个磁体。

单纯的演绎还不能得出地球是磁体的结论。还需要归纳与假设。

“这磁场可能来自于地球本身→地球是一个磁体”描述，这是从猜想到结论的过程，“这磁场可能来自于地球本身”这个猜想是演绎得出的。但学生还是感觉很奇怪，这个结论最多只能说明地球表面有磁场——地球不一定是一个磁体，可以是N个磁体。

那有怎样的归纳过程？你的、我的、我们教室里的小磁针总是有一极指向北方，郑和的小磁针航行了那么远的距离还总是有一极指向北方。所以，这个磁场很广、很大，这样大的磁体，只能是地球。

要想得出地球是磁体的结论，像“凡小磁针有一定的指向都在磁场中（无干扰的情况下）”这样的描述，是符合学生的思维过程的。这也是教材中的设计思路。

我们使用教材时，应该归纳出适合学生的结论，在不同的时候，相近的结论可以作为不同的起点，为学生的后续思维开启不一样的路。

在我们分析的课例教学中，借助于多媒体，让学生直接从一种模型替换成另一种模型（见图4‐7），学生表面上容易理解，看起来效果不错，但思维上容易略过——学生不能明确地说明这样推理的过程结论，没有可以言表的基本的三段论。

图4‐7　地磁场概念的演绎

一个人有演绎思维，是因为他熟悉了三段论，熟悉了反证法，熟悉了科学归纳法，演绎思维的形成需要经验的积累。

三、形成科学直观

七年级的学生知道“指南针能指南”，这不是一种直观，而是了解了一种事实。因为科学直观是一眼“看”出科学的结果，即由条件“看”出结果、由结果“看”出条件。这种“看”是一种直观判断能力，是学生未来创新的基础。

归纳推理作为一种从特殊到范围更广的推理，可以培养学生根据情况预测结果的能力和根据结果探究成因的能力。

演绎推理作为一种从一般到特殊的推理，可以培养学生根据已知预测未来的能力和根据结论探索新功能的能力。

这两个能力是创新的基础。我们倡导科学教学中的“活动”，根本目的在于促使学生形成这种思维模式，进而使他们建立一定的科学直觉，能够直觉地感知到科学关系。

这两个能力越强，积累的科学活动经验就越丰富，就越直观，从而逐步建立起新的经验和更高层次的直观或直觉。

（一）借助任务形成科学直观

在一个课例中，教师在学生学习磁体、磁极之后，学习磁化之前，设计了下面这样一个活动。

实验：把钢条做成磁体。

①先确定此钢条不具有磁性，说出你的判定方法；

②设计使之磁化的实验方案，交流并操作；

③检验你的磁体已做成功，并展示。

借助于这个任务，学生既对磁体的性质有了直观认识，又为学习磁化、理解磁化建立了新的直观印象。

（二）借助对比形成科学直观

作为四大发明之一的指南针，它的技术取向主要表现为如何让磁体转动得更灵活。在课例中，这种取向很少有所体现。原因之一是技术取向不是本课时的主题。可以从一个对比入手引出技术取向：

教师：本课时中，出现最多的词是指南针还是小磁针（“指南针”出现6次，“小磁针”出现9次，“发现”出现5次，所以，“发现”也是本课时的关键）？

教师：你认为指南针与小磁针有什么区别与联系？

学生：能灵活转动的小磁针就可以说是指南针。

教师：对比古代缕悬法、铜体水罗盘、象牙旱罗盘等指南针制作，你又会有什么想法？

学生能发现“减少摩擦”这一事实，那是对学生科学素养的一种提升。当然，想到材料也是一种不错的科学直观。

（三）借助思考形成科学直观

在一个课例中，老师课后留下了思考和研究：

①蹄形磁铁、同名磁极靠近、异名磁极靠近，它们的磁感线又是如何分布的？

②靠近磁铁的铁、钴、镍被磁化了，又是怎么一回事，与磁场有关吗？

③磁场存在于磁体的立体空间中，你能想象磁感线的立体分布情况吗？

最后一个思考题，涉及磁场分布的空间概念。我们的科学教学，常常把学生教成了平面的，如细胞、原子、分子，一不小心，学生就会进入平面的误区，从而在很多微观理解方向缺乏一种基本的科学直观。

我们可以运用多媒体课件演示立体分布，也可以用实验演示或探究条形磁铁的空间磁场（磁感线）、蹄形磁铁的空间磁场（磁感线）。

积累科学活动经验，是为了新的经验和更高层次的直观或直觉。这种直觉的存在，在学生中有很丰富的实例，有学生问：指南针在南极怎么指？你从中国走向北极，另一位从美国走向北极，他们的指南针，到了北极后所指的方向一样吗？或许我们也可以说学生把问题想复杂了。有些学生不善背概念或定律，但一看习题，凭直觉做下去就是正确的。这种思维是形象思维或直感思维，这种判断能力是一种直觉。

“纯粹的逻辑思维不能给我们任何关于经验世界的知识；一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验。”⁽¹⁸⁾学生的科学学习是从已有经验和直观开始，最终形成新的经验。

积累科学活动经验的最终目的是帮助学生逐步建立起这种直觉。

学生学习科学的结果，除了要掌握一定的知识和技能外，还有长时间积累后形成的思维经验，这是积累学生科学活动经验的核心和关键。

（四）借助发现形成科学直观

活动的最终价值在于学生的发现、发明与发展。“指南针为什么能指方向”教材中“发现”二字出现了5次，这也从侧面说明了活动的价值。归纳和演绎是科学创造（发现、发明）和发展的两种主要推理形式。

科学的发明和发现，需要借助归纳推理和演绎推理，尤其是归纳推理。培养学生的创新能力，需要让学生经历这两种推理过程，尤其是归纳推理过程，从中积累经验，为学生将来的发明和发现奠定基础，这是科学课堂活动教学提出的初衷。科学课堂活动的价值，其根本目的在于培养学生的创新能力。科学的创造既包括发明，也包括发现。例如，牛顿第二定律为：力＝质量×加速度，即F＝ma。力只与加速度和质量有关，在没有加速度的时候怎么办？牛顿用第一定律保证：物体总保持其静止或匀速直线运动的状态，除非有外力作用让它改变那个状态。因此，破坏物体的静止状态或匀速直线运动状态必须施加力，这个力不是维持物体的运动状态，而是以加速度的形式出现的。这些都是科学中很重要的发现与发明。