科学课堂活动的设计

第二节　科学课堂活动的设计

“动”起来后，怎样才更有效？并不是所有的“活动”都有课堂教学价值，科学课堂活动教学从“学习路径”角度重新认识“活动”，从端点的活动引发开始设计，途径知识与技能、过程方法与能力、态度情感价值观、科学技术与社会，走进实证意识、逻辑思维、质疑精神的科学本质，走向科学素养。“科学课堂活动教学以建构具有教育性、创造性、实践性的学生主体活动为主要形式，以更多地考虑活动设计的有序、可控、可测等问题。”⁽²⁾

一、设计活动引发点

“鸡蛋放在溶液里的实验”是《科学·七年级上》（课标浙江实验版）第1章第2节“观察和实验”⁽³⁾中的活动。这一活动几乎没有学生喜欢，更没有学生愿意在家里试一试，活动之所以引发得不成功，大部分原因在于“没有挑战性”。把鸡蛋放到清水中，会怎么样呢？于是教师或学生开始做实验了。从清水到盐水，中间不断地加盐，直到鸡蛋浮起来。这样的操作只能是验证性的，因为学生已经知道结果了，无论是从预习中得到的还是小学时已经学习过的。

这个问题的核心应该是溶液。这个实验的关键，应该是不要把“盐水”等同于“溶液”。如果以此思路，活动可以这样设计：

①在两个烧杯中各放一种液体，然后各放入一个鸡蛋。（鸡蛋在一种液体里沉下去，另一种液体里浮上来。）

②交换烧杯中的鸡蛋。（在刚才沉的烧杯里，鸡蛋还是沉，另一个烧杯中的鸡蛋还是浮。）

③把两个鸡蛋放入其中一个烧杯中，都浮起来；放入另一个烧杯中，鸡蛋都沉下去。

学生1：这个水有问题。

学生2：浮的烧杯中是盐水！（通过举手显示，所有的同学都认同这个观点，因为教材里就是这样说的。）

这样的设计有点探索性，效果当然比老师单调的加盐演示要好（因为加盐的过程很无聊），课堂进行得也更顺利。如果此时老师简单地说“好！老师在课前确实放了盐”，活动到此也就结束了。有没有更深入的活动引发呢？有，从学生“这个水有问题”中体现出的逻辑，可以设计一系列问题链：

④有什么办法证明一定加了盐？

⑤一定是加了盐吗？可不可能是糖、味精等？（适时地把盐水替换成溶液，离本质的概念“溶液密度”也更近了，引发出新的活动。）

⑥还能确定是盐水吗？

⑦如果我们放入的不是鸡蛋而是鹌鹑蛋呢？

⑧既然不能确定这杯水是盐水，那么不能让鸡蛋浮起来的那杯水又是什么水呢？（逆向思维）

⑨怎样才能让浮起来的鸡蛋又沉下去？（逆向思维）

“不能确定”才是一个学生研究之后得出的结论，是真正符合逻辑推理的结论。在这个过程中，科学的本质都隐含在“是不是盐水”的活动当中，这样的活动引发体现了科学课堂活动教学对科学本质的追求。从因学定教出发，分析《科学》教材中的活动安排，活动引发点的设计常用的方法有：故事式情境、活动式情境、问题式情境、检查式情境、复习式情境、实验式情境、媒体式情境、生活式情境、史料式情境、诱导（展示）式情境等10种。就此实验而言，教学设计的差异在于：是先让学生知道是盐水还是先让学生猜测可能是盐水等溶液。这种能引发推理、实证、质疑的活动，才是设计中应该追求的。

二、设计活动知识点

活动有助于知识的建构，无论教学如何改革，知识永远是学习的重点。为了突出知识体系中的某一知识点，教材有时候会安排一系列的活动，如《科学·九年级上》（课标浙江实验版）第1章第2节“探索酸的性质”⁽⁴⁾，教材设计的活动有：

①活动：测定pH；

②阅读：自制酸碱指示剂；

③思考：胃酸过多的病人常服用一种叫“胃舒平”的药片来治病，该药片的主要成分是氢氧化铝，为什么“胃舒平”能治疗胃酸过多症？

④活动：酸与碱的反应；

⑤活动：鸡蛋壳、生锈的铁钉与盐酸的反应；

⑥探究：在盐酸除铁锈的实验中，气体是由什么反应生成的？

⑦活动：稀硫酸酸性的实验；

⑧思考：我们可以利用这些性质做些什么？

⑨活动：盐酸的个性；

⑩活动：浓硫酸的性质；

最后还有一个思索：你还知道哪些酸，它们有哪些特性？

这是一组活动链，以实验类活动为主，活动设计的核心知识是从酸的共性到个性、从酸的性质到用途。在活动设计中，活动④与活动⑦是主要知识点，以学生课内分组实验为好，活动⑤也可以是课外实验，穿插的阅读②、思考③、探究⑥等，从学习路径分析，阅读②与活动①共同唤醒《科学·七年级上》（课标浙江实验版）第4章第6节“物理性质与化学性质”中的一个活动：用石蕊试液判断溶液的酸碱性，思考③是引发下面相关的活动④，探究⑥是从现象入手深化活动⑤，通常活动⑩以教师演示为主，思考⑧与最后一个思考皕瑏瑡是对活动结果的应用、推理与实证。这种从设计活动知识点入手探索酸的本质，对构建关于酸的知识体系，常用而有效。

三、设计活动能力点

《科学·八年级上》（课标浙江实验版）第1章第3节“水的密度”⁽⁵⁾中，有“测量水的体积和质量”活动，能力点有三个：用托盘天平测量水的质量，用量筒测量水的体积，发现质量与体积之间的关系。前两个能力点是一种原有能力的再现，如果在设计这一活动时，只追求水的体积和质量的测量，而忽略了发现质量与体积之比为一常数这一核心，会偏离活动能力点。作为本活动能力点的延伸，我们可以深化设计这样一个活动：一滴眼泪有多重？这是一个测量学生估计能力的问题。用到的知识背景有：一般的滴管20滴水约1毫升，水的密度为1×10³千克/米3，即1克/厘米3，1毫升＝1厘米3，根据m＝ρV，可计算出1毫升水的质量为1克。其中知识转化为估计能力的有：1滴水的体积约为0.05毫升，1滴眼泪的体积约为0.05毫升，眼泪的密度相当于水的密度。根据公式可得：m＝ρV＝1克/厘米³×0.05毫升＝0.05克＝50毫克。因此，20滴泪约为1克。

这只是其中思考之一，有学生说：我查不到眼泪的密度，但我查到了血液的密度，应该差不多吧。有学生说：眼泪是咸的，用海水的密度可能更好。这就是活动能力点设计的价值。

有时候，学生能力点的呈现，是在活动中不知不学形成的。比如，从大气压到制作飞机模型，突然有一个学生问：影响大气压的因素中，为什么还有流速？这种围绕核心知识展开的思考，都是值得放大的能力点。

四、设计活动情感点

这是一个教材本身也较少考虑到的问题，在科学课程标准中，有关体验性要求的目标动词分“参与、反应、领悟”三个层次，“经历某一学习过程，如探究、实验、检索、阅读、参观、查询等”，属于参与水平的观察、体验、体会、感知等；“在经历的基础上表达态度、情感和价值取向”，属于反应水平的关心、关注、注意、善于等；“经过一阶段学习过程后对某些科学观念（假设与理论，态度、情感与价值观）的内化”，属于领悟水平的形成、养成、树立、建立、具有等。⁽⁶⁾可见学生情感的培养是先有“观察、体验”而后有“形成、具有”。《科学·八年级下》（课标浙江实验版）第3章“植物与土壤”⁽⁷⁾共设计了19个活动，前八个活动依次为：

①观察土壤；

②测量土壤空气的体积分数；

③土壤中有水吗？

④土壤中有其他有机物吗？

⑤土壤里还有什么？

⑥土壤的渗水实验；

⑦土壤的黏性；

⑧三种土壤与植物生长。

这是一组起点于“观察土壤可以看到什么”的活动，有一定的综合性，教材从植物和土壤的基本关系出发，注意让学生将已有生活经验和其他已有知识与“当前的学习内容”建立联系，以“常见植物生长在土壤中”为原始认知起点，依据“自下而上”的方位顺序，依次向学生解答植物体从什么地方吸收物质，那个地方土壤的组成和性状有什么特点，植物体怎样吸收物质，如何运输物质，如何利用物质等一系列问题。教师当然可以根据学校的条件选择活动项目，而现实教学中大多不了了之，学生很难参与进来。活动①中，要取50厘米长、50厘米宽、30厘米深的土壤样本，工具是小铲子，观察土壤生物，这需要多长时间？学生能做到吗？又如何能“认识土壤是岩石、大气、水和动物（包括人类活动）影响下的共同产物，是人类赖以生存的条件之一”⁽⁸⁾？活动⑦中，要学生用手搓泥土，眼见着好多女生隔着塑料袋搓，又如何“进一步认识自然界是一个统一的整体，人类和自然必须和谐相处，保护土壤，防治土壤污染和荒漠化，是非常重要的”⁽⁹⁾？

工业化、城市化、农业机械化，使农村的学生也缺失了亲近土地的机会，“环境＋支持＋口味”三者都有缺失，把责任都推到学生身上是不合理的。活动的核心设计在于情感——如果是让学生种一颗魔豆，学生喜欢的魔豆作为礼物，种子也容易购买，借助于魔豆上激光雕刻的祝福语的生长，学生对人、对物的情感也有了附着，有了“环境”和“支持”，符合学生的“口味”自然有“体验”，才有可能全身心地去体验土壤，在学到知识的同时学到许多知识以外的东西。学生如果能够以魔豆为起点理清植物与土壤之间的关系，那么，学习的知识就是彼此有“意义”的，从而可以很大程度上提高学生学习的效率。

五、设计活动思维点

“会沉浮的气球”是《科学·七年级上》（课标浙江实验版）第1章第1节“科学并不神秘”⁽¹⁰⁾中的一个活动，也是初中科学教材中的第一个活动，它是从探究金鱼为什么会沉浮中抽象出鱼的体积发生变化与沉浮有关这一本质。将体积变化与沉浮关系、鱼的鳔与体积变化的关系作为开学第一课，这一切显得太神秘了而不是“科学并不神秘”。“7—9年级学生正处于由具体形象思维向抽象思维发展的一个重要阶段，因此，教师要重视学生科学思维的培养。在科学教学中应注重引导学生思考事实证据和科学结论之间的关系，帮助学生学习建立科学模型，由此培养学生的分析、概括能力和逻辑思维能力，逐步形成质疑、反思的科学思维习惯。”⁽¹¹⁾在鱼和气球之间，学生又是如何“思考事实证据和科学结论之间的关系”？考虑到问题的难度，教学中应把活动思维点设计在“如何让自己浮起来”上。

教师：鱼能让自己浮起来，你能吗？

学生1：要学会游泳。（这是学生的正常思维。如果批评学生，会在第一节课打击学生的积极性，于是教师评价说：好方法，手相当于？学生：胸鳍。教师：那脚相当于？学生：尾鳍。）

学生2：可以吸气（联想到气体。教师应该思考的是：哪一个离科学实验的本质更近一些？观察自身是为逻辑提供证据，观察是为了更好地设计实验。）

学生3：能，用救生圈。（全班笑。事实上，这是最好的思维锚点，这是灵感的来源。）

教师：那你怎么样沉下去？

学生3：放气，救生圈瘪了的时候。

教师：那你又如何浮上来呢？

学生3：再给救生圈充气。

学生4：水下能充气吗？

学生3：（笑，然后说）可以的，沉船就是这样充气打捞上来的。

学生5：可以的，鳔就应该是这样的。

教师：按这样的推理，鱼鳔会漏气，你信吗？

学生6：（全班静了一下）我信，一定会的。

教师：按你的推理，鱼鳔体积能大能小会变化，你信吗？

学生6：相信。

学生7：一个人能胖到装得下气球就可以了，可以自由沉浮。

教师：那书上为什么这样设计（见图7‐1）？

学生：（部分学生）气球对应鱼鳔，放点气就小了，就会沉。

学生：（部分学生）气球里的沙子相当于鱼的体重（质量），玻璃缸相当于池塘。

图7‐1　教材中的图1‐4会沉浮的气球

学生：（部分学生）气球方便于教室，救生圈可以在游泳池里。

学生：（部分学生）总不可以拿人做实验吧，有危险怎么办？（关注自身，这是学习科学的终端目标之一。）

因为有了一个“帮助学生学习建立科学模型”的过程，接下来阅读教材学生觉得很亲切、能欣赏，感觉教材也并不是高不可攀，做实验也很投入——原来我也能设计出教材中的实验。相比于通常的教学，科学课堂活动教学更多地考虑“怎么会想到用气球”“还可以用什么”等问题，容易带给学生这样的感觉——我能走进教材。我们在讨论“如何走出教材，走向社会”的同时，是否反过来思考“如何走进教材”这个问题，学生还是以教材为学习重点的。顺便说一句：在通常的教学中，常把鱼的沉浮与潜水艇联系在一起，就本活动而言，思维上是不顺.的，模型原理也是不同的。

六、设计活动经验点

“水生绿色植物释放氧气”是《科学·八年级下》（课标浙江实验版）第2章第5节“光合作用”⁽¹²⁾中的一个活动，从“环境＋支持＋口味＋体验”来分析，这是一个好的活动设计：就环境而言，学生容易找到水生植物；从支持来看，漏斗也可以用矿泉水瓶制作；实验的口味更是适合学生——学生很想用得到的氧气进一步做实验；然而最终很少有学生产生积极的体验，为什么？问题恰恰就在于经验或技术的影响，学生在最后一步取出氧气时常常前功尽弃。取出试管的成功率与容器口径、水面高度、漏斗下端长短、倒转试管的技术有关，教材中的图解特意把容器放大、漏斗下端设计成短而平的形状⁽¹³⁾（见图7‐2），可能是考虑到了学生操作中的技术困难，“在科学课程中，并不设置独立的技术设计章节，但在一些科学探究活动中会涉及教具、仪器的制作，解决实际问题方案的制定等，这实质上都涉及到技术设计的问题。因此应将有关技术设计的教育有机地贯穿其中。”⁽¹⁴⁾《义务教育初中科学课程标准》（2011年版）在“技术设计”主题下更是明确提出：“技术素养是科学素养的重要组成部分，它是指人们对技术的性质及历史的了解，具备技术的基本动手能力，以及能够严谨地思考有关技术发展问题的习惯。”“了解技术设计的过程和环节，并具有初步的技术设计能力，是学生具有技术素养的一个重要方面。”“技术设计能力是技术创新和实践能力的重要组成部分，学生应通过具体的案例和活动来发展初步的技术设计能力。”⁽¹⁵⁾如果我们在设计活动时，考虑到学生的经验，在技术上作一些指导，引导学生设计出更好的收集氧气的办法（如有一位同学用蜡封住漏斗口，收集的气体就在漏斗里，省略了试管，放出气体时用牙签钻一个洞，效果就很好），活动会更有效率。

图7‐2　水生植物光合作用设计

技术与经验既有区别又有联系。技术设计能力是技术创新和实践能力的重要组成部分，有些技术在教师而言是一种经验，在学生却有技术般的体验：例如，测苹果汁的pH值，影响的关键点是一种技术——如何得到苹果汁；测水蚤的心率，影响的关键点是不能盖上盖玻片——如何不让它死掉；一个玩具气球的悬浮，影响的关键点是增减质量要比较方便——有什么技术。有了活动经验点的设计，气密性检查可以当作一种技术来学习，对学生而言，如何检查双孔装置的气密性就是一种技术（见图7‐3），在家里做电解水实验需要技术，学习温度计也可以从技术的角度分析，放一次水火箭更需要经验，等等。

图7‐3　不同装置的气密性检查

“教学设计的最终目的是产生有效的教学。”⁽¹⁶⁾“教学设计的目标是为了设计出一节或一组考虑到所用传输系统及学生需要的课。课的性质在很大程度上依赖于它如何被使用。在以教师为主的教学系统中，教案在某种程度上可以不完备，因为教师能够弥补这一不足。相比之下，个别化或自定步速的教学必须经过精心设计和开发，因为在这类教学中经常没有教师立即进行帮助。”⁽¹⁷⁾相比之下，“活动”必须经过精心设计和开发，因为在这类学习中经常没有教师的即时帮助。科学课堂活动教学作为一种教学形式，“活动”的设计不是孤立的，既要让“活动”成为学习资源，又要让“活动”转变学习方式；既从教材的编排中寻找源泉，又从学生的学习中获得灵感；既要设计活动的切入口，又要整体优化课堂活动结构。“引课、展开、整合、拓展（提升、运用）、小结”中的系统差异构成了一节课的活动结构，不同的时序对活动设计的要求也不同，热闹与冷静有序、整体与局部和谐。