以知识为根本

第四节　以知识为根本

知识是学生综合发展的现实基础。以知识为根本的教学策略，是指“以实现学生多方面能力综合发展为核心”，将书本中的知识尽可能地还原到真实的情境中，创设与学习内容相融合的活动，让学生在身临其境中学会知识，获得能力，学会在体验中获得知识和技能，利用知识与技能认识世界，丰富人生的经历。这里的“多方面能力综合发展”，是以知识为根本，“注重引导学生形成对自然和科学的整体认识”⁽²⁹⁾，同时也预防不必要的活动对知识的干扰。“明确活动对概念进展所起的作用还是很有必要的，可避免惯性地陷入年复一年进行一些活动，或者总认为只要是活动，总是‘有用的’”，“不存在没有内容的活动，但是有的活动即使是使用了某些科学研究的技能，却并没有包含科学的内容”。⁽³⁰⁾这类活动其他学科的教学也能完成，并不是科学课程所强调的。

没有基本知识的科学素养是不可想象的。“以知识为根本”的教学策略，就教学目标而言侧重于“科学知识与技能”。科学知识“其表现形式包含科学事实、科学概念、科学原理、科学模型和科学理论，对自然现象具有解释和预见的功能”，⁽³¹⁾这种解释与预见当然会对学生未来的生活产生一定的影响。

一、知识核心化

以空气成分探究为例。《科学·八年级下》⁽³²⁾第2章第1节“空气”中有一个“测定空气中氧气含量的实验”，教材是以活动的形式呈现的。如果是演示，实验现象则更明显，对于实验结论，学生在信服的同时也可以展开讨论。如何更好地引导学生参与对空气成分的探究呢？我们对原实验装置进行了简易改进（见图6‐15甲）：（1）取一洁净的大试管，用一适宜的单孔橡皮塞塞紧后，把余下的试管容积分成五等份，并作上标记，在试管里加入适量白磷，然后用带导管的橡皮塞塞紧试管口；（2）把试管放入盛有200mL左右热水的烧杯中，观察现象；（3）白磷火焰熄灭后，将试管充分冷却，打开止水夹（右边烧杯中盛放红墨水），观察试管内的水位变化，得出结论。然后进行学生讨论：改进后的实验有何优点？在用改进后的装置进行实验时应注意哪些问题？尤其要关注剩余白磷的处理，从而使学生在质疑中探索、在意外中发现与创新。

那么，演示是不是不需要了呢？对基础相对薄弱的学生群体，演示是很有必要的。有一次，我们把演示做成这样：装置还是教材上的（见图6‐15乙），整个演示过程中，止水夹没有关闭，磷燃烧时，学生可以看到从导管口冒出来的白烟。过一段时间后，把导管下端伸入烧杯中的水里，水突然被吸进到广口瓶中。学生“很惊奇”。并不是所有的学生都知道大气压原理在这里的应用，适当地重启原有知识，既可以让学生联系到大气压的知识，又获得了对实验动手的强烈“需要”。虽是辅助，却可以引导学生走向核心知识的探究，学生讨论能力、观察能力、基础知识相对较弱时，这样的引发，可以避免学生探究过程中的“乱动”。

图6‐15　测定空气中氧气含量实验

“知识核心化”这一策略的操作要点有：

每节课、每个单元、每学期的教学及整个教学计划在学习目标、教学过程和学习评价等方面要保持重视核心知识的连贯一致。

聚焦核心科学知识，并且把科学探究作为核心科学知识的组成部分。

教学要体现出科学既是一个不断建构的过程，也是以观察和实验为依据，不断检验其预见和解释能力的系列模型。

二、知识结构化

活动的简约有利于对基本知识体系的理解。大多数学生应该借助活动建立基本的知识体系，降低难度应该不影响对基本知识体系的建立。以测密度实验为例，《科学·七年级上》（2012课标浙江版）只要求学生在实验中测量“小铁块”与“小木块”的密度，在一定程度上避免了《科学·七年级上》（课标浙江实验版）测“小铁块”“一元硬币”“20板回形针”⁽³³⁾带给学生在基本知识体系建立上的干扰。

活动后的语言描述，对于学生建立知识体系也是很重要的。读得懂是起码的常识。在“海波和松香的熔化规律”相关活动中，《科学·七年级上》（课标浙江实验版）是这样描述的：“实验表明，硫代硫酸钠和松香在熔化过程中表现出不同的特性。晶体熔化过程中，在某一温度附近出了固、液共存状态，而在这一状态下，吸收的热量全部用来使固体熔化，而温度保持不变，如冰水混合物的温度是0℃（教材同时配上图示）。非晶体与晶体不同，在温度逐渐升高时，固体不断变软，而温度持续上升（教材同时配上图示）。”⁽³⁴⁾其中“晶体、非晶体”要与硫代硫酸钠、松香对应起来才能理解，“如冰水混合物的温度是0℃”等句子，还要转“混合物”“同一种物质”“晶体”等几个弯。水是晶体吗？很多学生不相信。很多学生在活动后，不可能及时建立起相关的概念。而《科学·七年级上》（2012课标浙江版）的相关描述是：“比较海波和松香的熔化，两者的共同点是：都要从外界吸收热量；两者的不同点是：海波的熔化是在一定的温度下进行的。在这一温度下海波会出现固、液共存的状态。而松香在熔化时，温度则持续上升，它是一个逐渐变软再变稀的过程。”⁽³⁵⁾教材同样配上图示（见图6‐16），这样的描述更接近学生的生活而又不失科学性。学生读得懂，教材的可读性增加了。

适时呈现科学概念，也有利于知识体系的构建。《科学·七年级上》（课标浙江实验版）教材中，与种子植物相对应的概念是“没有种子的植物”，从分类角度来看，学生是容易理解的。《科学·七年级上》（2012课标浙江版）在突出分类过程及检索表的使用与编制之后，用“孢子植物”代替“没有种子的植物”——概念体系更科学化，对后续的学习也更有帮助。完整的概念或名称，就是人类智慧的核心。《科学·七年级上》（2012课标浙江版）教材每章小结中的知识结构图，如第1章“科学入门”中的“本章知识结构图”（见图6‐17），⁽³⁶⁾也体现出基本的知识体系对学生学习的重要性。

图6‐16　晶体熔化图像与非晶体熔化图解

图6‐17　科学入门知识结构

“知识结构化”这一策略的操作要点有：

运用多种教学策略引导学生不断发展完善他们的知识体系。

指导学生运用图像（条形图、折线图、柱状图）和表格中的数据建立模型并进行预测。

指导学生阅读科学教材中的段落，识别阅读材料的主要思想和次要思想，概述已阅读的内容，并预测下文。

三、知识精细化

“浮力与物体排开水的关系”⁽³⁷⁾探究属于《科学·八年级上》第1章第5节，但学生总是存在着这样一个误区，学习浮力时学生的错误前概念是：认为排开液体的体积总是小于或等于液体体积，或者5牛的水不能产生大于5牛的浮力。学生总认为：水都排完了，还怎么排？——水真的排完了吗？这是一个微探究的好题材。角度一：可以从排开液体的体积入手，“当水只有20毫升时，能造成排水量大于20毫升吗？”在量筒中加入20毫升水，让小试管漂浮在水面上，当记录的读数为44毫升时，学生理解物体在水中的占有体积，可以大于提供液体的体积。角度二：一瓶矿泉水最多能产生多大的浮力，做一个挑战赛。中央电视台曾做过类似的挑战，节目中能浮起一个大的空油桶。

“知识精细化”这一策略的操作要点有：

体会概念描述中语言的科学性；

用具体的、可操作的实物材料和学生熟悉的事例帮助学生直接体验科学现象，鼓励他们积极主动地建构抽象概念；

在学生完成任务过程中提供帮助，但不代替学生完成知识精细化的过程。

四、知识简约化

公式、模型等是知识简约化的主要形式。我们看看学生的思考过程中建立的循环模型，并在与学生群体交流中分享。

以下也是我们的同学在一次练习过程中所用的两幅图（见图6‐18）。小明感冒得了扁桃体炎，医生给他左手静脉点滴青霉素，药物在小明身体里的“旅游”路线为：

（1）药物→左手的静脉→上腔静脉→右心房→右心室→肺动脉→肺部毛细血管→肺静脉→左心房→左心室→______→各级动脉→扁桃体的毛细血管。

（2）青霉素最先到心脏_____心房。至少要_____次经过心脏才能到达病灶治病。

（3）图6‐18甲中有四个小圆圈，图6‐18乙中的线条，你认为作者可能是分别为了达表什么？_____。

（4）完成上述三题后，你对画图法解决问题有什么启发吗？_____。

图6‐18　血液循环简要示意

尤其是对图6‐18甲的讨论，“四个小圆圈，四条长短不一的线条”，尤其是针对“最长线条”“最容易产生误解的线条”的讨论，让更多的学生体验到，运用自己的模型，原来可以让复杂的记忆变得如此简约。

“知识简约化”这一策略的操作要点有：

允许学生用片断式、不完善的语言描述科学活动。

帮助学生获得学习的信心，并不断增强他们的学习成就感。

把困难的学习任务分解成易处理的、可完成的小步骤，以此帮助学生树立信心。

学习难度要稍微高于学生现有的认知水平，但应控制在学生群体合作可以完成的认知水平。

五、知识探究化

新知识是在思维中生长出来的。以知识为根本并不是不要思维，而是要引导学生更主动地思考。“思考意味着将自己的知识重新归纳组合以获得更多的新知识。”⁽³⁸⁾围绕核心知识开展探究，这是知识探究化的重点方向。

科学教学中最有特色的是综合，但最难落实的也是综合。知识的综合与探究的综合是其两个方面。“世纪之交启动的新一轮基础教育课程改革已明显意识到‘分科教学’的弊病，将原先的物理、化学和生物三门学科合起来，设计了一门‘跨学科’的新课程——科学。但从目前情况来看，‘分科’的痕迹依然存在。‘科学’只是将三门课进行了‘合并’，并没有达到‘综合’三门课的设计理念。浙教版《科学》教材中共有各类实验302个，其中物理实验126个，化学实验83个，生物实验85个，而‘综合性’的探索实验仅有8个，只占总实验数的2.6%。”⁽³⁹⁾《科学》教材的版本不同，具体的数据可能不一样，综观教材，我们不难发现，真正的综合点并不多，无论是知识上的还是探究上的，这就要求我们立足教材核心知识点开发综合点。

比如实验室制氧气，我们常常是从原理、装置、应用、注意事项等角度分析，联系以前学过的氧气性质与用途，这都是有必要的、可行的。若是从综合科学的角度思考，我们可以先一级分解成：大气压影响与利用、影响氧气纯度因素、原理及其迁移、影响反应速度因素、氧气性质与应用等，然后再二级分解，如原理及其迁移，再细分为：制其他气体如硫化氢、无机催化剂、生物制氧气（见图6‐19），这样初步体会出科学综合的特点。

图6‐19　以氧气为中心的知识探究

细分后的知识点，我们可以再寻找综合之处。类似的综合有：

薯片是以哪一种植物、以哪一种器官为原料制作的？如何探究薯片中含有碳、氢元素（研究薯片中是否含氢元素，用排水法收集的氧气虽然纯度高，但水对我们的实验有明显干扰的）？

酶是一种催化剂，动物肝脏、某些植物中含有对过氧化氢起催化作用的酶，我们可以借助探究酶的催化效率，把无机催化剂、生物制氧气、催化剂的开发、催化剂接触面积、化学反应速度等综合起来。

而铁生锈的探究，是反应物浓度影响反应速度、氧气性质、铁性质的一种设计上的综合。

将一根细铁丝打磨后均匀分成4段，绕成螺旋状，在U形管底部加适量碱石灰，在其上铺上些玻璃棉，将两段细铁丝放入U形管的两端（其中一段铁丝用水湿润），塞紧胶塞。另两段一段放入空试管中，一段放入盛有蒸馏水的试管中（铁丝没入水中）。连接上氧气发生装置（含药品），打开分液漏斗，反应开始（见图6‐20）。

图6‐20　铁生锈探究

约5～10分钟后，U形管中湿润的铁丝逐渐失去光泽并不断出现红棕色锈斑。对比其他三根细铁丝，可以探究氧气浓度对反应速度的影响、铁生锈的条件等。

另一个探究实验是排水法集气后的玻璃片为什么滑动。用排水法收集氧气（见图6‐21），从水槽中取出充满氧气的集气瓶，正放于实验桌上，发现瓶口上方的玻璃片容易滑动，其原因是什么？这个问题出现在2011年台州中考科学第36题中，当时提供的评分标准答案是“由于瓶内气压大于外界气压的缘故”。

图6‐21　排水法收集氧气

这是一个学生可能会遇到的实验现象。这样的探究点既可以联系液体压强与液体深度的关系，又可以联系无处不在的大气压对实验的影响，还可以让复习过程中重复的制氧气实验获得新的动力。

这样的微探究，通常与复习课结合在一起，在学生完成制氧气的操作以后。那学生又是如何思考的呢？

发现：这个现象是否存在？在什么情况下容易出现？

问题：这种现象产生的可能原因有哪些？

猜想：气压说、摩擦说、有水说、集气瓶内余水说、受制取氧气的方法影响说等。

证据：滑动后的玻璃片重新盖上后，通常不再有滑动形象（一些气体放出后，玻璃片不再有滑动的现象，可能是瓶内的气压发生了变化）。

假设：玻璃片的滑动可能与瓶内气体的气压有关。

设计：如何控制变量？集气瓶大小、玻璃片大小、集气瓶在水槽中的深度（影响集气瓶内气压的关键因素）、用手按住集气瓶还是用手提集气瓶（实验习惯影响集气瓶在水槽里的深度）等。如何记录数据？

讨论：为什么我们平时实验时没有发现这种现象？把集气瓶放在水中浸泡一下，然后取出盖上玻璃片，没有发现滑动形象，可以作为哪一个影响因素的对比实验？

“知识探究化”这一策略的操作要点有：

通过提出“是什么”“为什么”“怎么样”“怎么办”等各类问题，以此来激发学生的思考。

有确定答案的问题与开放式的问题，留给学生思考的时间是不一样的。

提问之后至少给学生三秒钟时间独立思考，然后再重述问题。

学生理答后，至少给学生三秒钟时间反思，然后再继续下一环节的教学。

如果抽象概念不能与具体实物材料及学生熟悉的经验相联系，向学生介绍这些抽象概念的时机就应适当延迟。