廣東省深圳市寶安碧海小學(xué) 郭曼曼

教科版科學(xué)教材是以大單元為組織形式，整個(gè)單元圍繞一個(gè)主題由淺入深地探究，每一節(jié)課學(xué)生在“玩中學(xué)”的過(guò)程中習(xí)得一些科學(xué)概念，最后一步步推進(jìn)到達(dá)單元的大概念。編者在編排教材內(nèi)容時(shí)，充分考慮了內(nèi)容的連貫性和綜合性。但是在實(shí)踐中，如果教師沒(méi)有對(duì)教材的內(nèi)容進(jìn)行深度的思考和分析，只是停留在與學(xué)生進(jìn)行碎片化探究的層面，那么大單元設(shè)計(jì)的價(jià)值就無(wú)法呈現(xiàn)出來(lái)?；诖?，筆者在大概念的引領(lǐng)下進(jìn)行單元整體教學(xué)，以“計(jì)量時(shí)間”單元為例,分析如何用逆向設(shè)計(jì)方法讓單元知識(shí)之間不僅擁有連貫性和綜合性，還具備關(guān)聯(lián)性、邏輯性等，在有結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容中，提升學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。

一、實(shí)施單元整體教學(xué)，提高科學(xué)思維的系統(tǒng)性

單元整體教學(xué)，指教師通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深度發(fā)掘和分析，打亂原有內(nèi)容結(jié)構(gòu)進(jìn)行整合，以單元為單位進(jìn)行教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容更加整體化、綜合化。在單元整體教學(xué)的視角下，本單元通過(guò)實(shí)施逆向教學(xué)設(shè)計(jì)和植入時(shí)間軸,讓碎片化的知識(shí)變成整體。

（一）逆向設(shè)計(jì)讓整個(gè)單元化為一體，提高科學(xué)思維的系統(tǒng)性

在逆向設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下，筆者對(duì)教學(xué)內(nèi)容做了進(jìn)一步的調(diào)整，添加了單元起始課，在起始課中跟學(xué)生交流古人是怎樣計(jì)量時(shí)間的，隨著生活水平的提高，人們對(duì)時(shí)間的計(jì)量需求越來(lái)越迫切。在這樣的情境下，筆者提出為古人制作能夠計(jì)時(shí)1~5 分鐘的工具的任務(wù)。項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。在學(xué)生明確要求后，筆者給予他們足夠的時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)。課后，筆者把學(xué)生的設(shè)計(jì)作品分類(lèi)整理出燃燒鐘類(lèi)、水鐘類(lèi)、擺鐘類(lèi)和其他鐘類(lèi)等。這些設(shè)計(jì)稿將成為往后每一節(jié)課的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，學(xué)生將在深入學(xué)習(xí)后進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。這樣的逆向設(shè)計(jì)以終為始，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)將7 節(jié)課捆綁在一起，變成一個(gè)整體的學(xué)習(xí)事件，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的系統(tǒng)性。

（二）時(shí)間軸讓整個(gè)單元化為一體，提高科學(xué)思維的系統(tǒng)性

從古到今，從燃燒鐘、水鐘、擺鐘到石英鐘，關(guān)于這些計(jì)時(shí)工具的一步步迭代，筆者希望能清晰出現(xiàn)在學(xué)生的腦海中，于是以時(shí)間軸為載體，把各個(gè)時(shí)代的計(jì)時(shí)工具添加上去，使之形成一個(gè)整體，讓學(xué)生看到計(jì)時(shí)工具由粗略計(jì)時(shí)到精細(xì)計(jì)時(shí)的發(fā)展過(guò)程，也讓學(xué)生用批判的眼光去評(píng)價(jià)每個(gè)時(shí)代的計(jì)時(shí)工具，還讓學(xué)生看到各時(shí)代的人在需求的驅(qū)動(dòng)下一次次地改良計(jì)時(shí)工具，這樣也驅(qū)動(dòng)著學(xué)生一次次思考并改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)。課堂給予學(xué)生的是有結(jié)構(gòu)、有邏輯的學(xué)習(xí)素材，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的系統(tǒng)性。

二、課堂教學(xué)實(shí)踐，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

在單元整體教學(xué)理念下，教師在單課的教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)運(yùn)用結(jié)構(gòu)化的材料、遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)記錄單和集體論證等途徑，讓學(xué)生經(jīng)歷從認(rèn)知沖突，到完成自我建構(gòu)、提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性的過(guò)程。

（一）運(yùn)用結(jié)構(gòu)化的材料，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

材料的選擇、合理組合和適時(shí)呈現(xiàn)，能夠建立層次性和針對(duì)性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)化材料。結(jié)構(gòu)化的材料能引導(dǎo)學(xué)生思考和激發(fā)學(xué)生的探究欲望，在這個(gè)過(guò)程中也能夠促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。

在“時(shí)間在流逝”這一課中，教師從學(xué)生耳熟能詳?shù)摹耙混南恪边@個(gè)詞語(yǔ)入手，提出“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案證明一炷香可以用于計(jì)時(shí)”。學(xué)生能設(shè)計(jì)出對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案，但是同時(shí)燃燒一炷香需要的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這顯然不適合用在課堂教學(xué)中。這時(shí)，教師提供了課本實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生了解到可以把燃香變成四等份，引導(dǎo)學(xué)生借鑒四等份這一思路想到每1 厘米為一截，一共燃燒四截，比較出每一截的燃燒時(shí)間。教師又提供第二份材料——微課，并提出問(wèn)題：“視頻中點(diǎn)火后立刻計(jì)時(shí)是否合理？”繼而引導(dǎo)學(xué)生思考要留出點(diǎn)火段，在學(xué)生達(dá)成共識(shí)后再提供實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。這樣結(jié)構(gòu)化的材料引發(fā)了學(xué)生由表及里的思考，延伸了思考的深度和廣度，提高了學(xué)生科學(xué)思維的嚴(yán)密性。

（二）運(yùn)用遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

科學(xué)課堂，每一課時(shí)是由若干個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)組成的，教師需要厘清實(shí)驗(yàn)活動(dòng)之間是否有聯(lián)系、有遞進(jìn),并且以學(xué)生能理解的方式呈現(xiàn)。筆者以“用水計(jì)量時(shí)間”一課為例，談?wù)勗趯?shí)踐中如何利用遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生的思維。

聚焦本節(jié)課的問(wèn)題“你認(rèn)為水鐘的流速均勻嗎？”，在學(xué)生猜測(cè)后，教師組織他們討論出了實(shí)驗(yàn)方案：“在容器中裝150 毫升水，計(jì)量流出50 毫升、100 毫升和150毫升水時(shí)，分別需要多長(zhǎng)時(shí)間？” 教師使用微課向?qū)W生展示如何合作，接著，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)記錄單的引領(lǐng)下開(kāi)始了實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)這種裝置的流速越來(lái)越慢，這顯然不適合制作水鐘。這就形成了認(rèn)知沖突,怎么辦呢？教師向?qū)W生展示古代水鐘的裝置。學(xué)生從古人的改進(jìn)中得到啟發(fā)：保持水位不變，可以使流速均勻。于是，學(xué)生開(kāi)啟了第二輪實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。在容器中裝150 毫升水，計(jì)量流出50 毫升水所需要的時(shí)間，并補(bǔ)足150 毫升水，第二次測(cè)出流出50 毫升水所需要的時(shí)間，以此類(lèi)推測(cè)出第三次流出50 毫升水所需要的時(shí)間。從這一輪實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)“初始水位一樣，流出等量的水用時(shí)基本相同”，也就是保持水位相等的水鐘可用于計(jì)時(shí)。這種遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)可以促進(jìn)學(xué)生的邏輯思維循序漸進(jìn)地發(fā)展，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，對(duì)學(xué)生邏輯思維的培養(yǎng)起著不可估量的作用。

（三）運(yùn)用實(shí)驗(yàn)記錄單，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

單元整體教學(xué)需要一份份有效的實(shí)驗(yàn)記錄單作為教師指導(dǎo)學(xué)生的工具，讓探究活動(dòng)有效落地。有效的實(shí)驗(yàn)記錄單能發(fā)揮學(xué)習(xí)支架的作用，幫助學(xué)生準(zhǔn)確地處理數(shù)據(jù)；幫助學(xué)生找出數(shù)據(jù)背后的聯(lián)系；還給學(xué)生自主權(quán)，是學(xué)生自主探究的階梯。這些效用的背后是學(xué)生的思維能力得到提升。

在“機(jī)械擺鐘”這一課中，教材的實(shí)驗(yàn)記錄單中，全班統(tǒng)一使用一個(gè)擺鐘，并讓每個(gè)小組重復(fù)三次測(cè)量出這個(gè)擺鐘的鐘擺一分鐘擺動(dòng)的次數(shù)，從而得出擺的等時(shí)性?？上攵?，每個(gè)組的答案都是一樣的，這樣的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有培養(yǎng)學(xué)生自主思考的能力。但是，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從實(shí)踐的結(jié)果可以看出，學(xué)生有固定擺的次數(shù)算時(shí)間的方法，也有固定時(shí)間段數(shù)擺的個(gè)數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法，固定的時(shí)間段也是各種各樣的。這樣的實(shí)驗(yàn)記錄單給足學(xué)生思考的空間，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有了自主權(quán)，他們的思維也被調(diào)動(dòng)起來(lái)了。

在“用水計(jì)量時(shí)間”這一課中，教師采用折線圖表示數(shù)據(jù)，讓學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)不僅僅停留在獲取層面，而是通過(guò)數(shù)據(jù)圖像化發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。進(jìn)入信息化時(shí)代，大數(shù)據(jù)需要合適的處理、架構(gòu)，使數(shù)據(jù)直觀地呈現(xiàn)顯得日益重要。讓學(xué)生學(xué)會(huì)揭示數(shù)據(jù)掩藏的規(guī)律及其本質(zhì)，既培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，也提升了學(xué)生的理性思維能力。

在“時(shí)間在流逝”一課中，在進(jìn)行燃香實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師利用教材提供的實(shí)驗(yàn)記錄單，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)由于單位的不統(tǒng)一，有的學(xué)生計(jì)時(shí)用“分”表示，有的學(xué)生則以“秒”為單位，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)錯(cuò)誤。另外，教材提供的數(shù)據(jù)表要求是每一截一計(jì)時(shí)，在暫停和開(kāi)始時(shí)，需要消耗時(shí)間，而香并沒(méi)有熄滅，這也不夠嚴(yán)謹(jǐn)。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，筆者改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)記錄單，對(duì)所用的時(shí)間統(tǒng)一單位為“秒”，實(shí)驗(yàn)是持續(xù)燃燒和計(jì)時(shí)，并讀出燃燒到每一截所需要的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，再算出燃燒每一截香所消耗的時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)后，筆者組織學(xué)生對(duì)兩份實(shí)驗(yàn)記錄單展開(kāi)討論，不僅引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)記錄單設(shè)計(jì)嚴(yán)密的重要性，而且培養(yǎng)了學(xué)生的嚴(yán)密思維。

（四）運(yùn)用集體論證，提高科學(xué)思維的嚴(yán)密性

集體論證是多人對(duì)某一主題就多個(gè)觀點(diǎn)進(jìn)行基于證據(jù)的互動(dòng)交流，最后達(dá)成可接受的結(jié)論的過(guò)程。

根據(jù)兒童的年齡特點(diǎn)，教師在集體論證中會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的加工處理。例如，“機(jī)械擺鐘”這一課的集體論證，教師通過(guò)取值的方式，提取出具有代表性的數(shù)據(jù)，幫助學(xué)生在繁雜的數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息。這樣，學(xué)生在集體論證時(shí)基于“證據(jù)”的相互討論中逐步建立起科學(xué)概念，有利于批判性思維的培養(yǎng)和發(fā)展。有時(shí)，教師還采用可視化的集體論證方法，這樣能最大限度地刺激學(xué)生不僅關(guān)注自己的數(shù)據(jù)，還關(guān)注全班的數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為觀點(diǎn)。觀點(diǎn)的表述我們稱(chēng)之為“出聲的思維”，通過(guò)集體論證，學(xué)生完成自我建構(gòu)。例如，“時(shí)間在流逝”這一節(jié)課中，教師把四個(gè)班的數(shù)據(jù)累加起來(lái)。當(dāng)大量的數(shù)據(jù)集中在一起時(shí)，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)燃燒每一截香的時(shí)間大致在60~70 秒。在集體論證中兒童多次得到“香燃燒的速度大致相等，可用于計(jì)時(shí)”這個(gè)科學(xué)概念。由此可見(jiàn)，集體論證也是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密思維的有效途徑。

三、創(chuàng)造評(píng)價(jià)，提高科學(xué)思維的遷移性

在這一單元中，學(xué)生經(jīng)歷以下學(xué)習(xí)過(guò)程：以“設(shè)計(jì)并制作計(jì)時(shí)工具”的項(xiàng)目來(lái)啟動(dòng)教學(xué)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)、制作作品、評(píng)價(jià)，從而反思改進(jìn)作品。

在起始課中，學(xué)生明確了項(xiàng)目要求后，進(jìn)行了設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)稿成為每一節(jié)課的學(xué)習(xí)起點(diǎn)。學(xué)生學(xué)習(xí)了水鐘“同水位，等時(shí)性”的原理之后，開(kāi)啟了制作水鐘的項(xiàng)目。當(dāng)教師調(diào)出學(xué)生設(shè)計(jì)的作品時(shí)，學(xué)生表示還需要進(jìn)一步改進(jìn)他們的設(shè)計(jì)，改進(jìn)設(shè)計(jì)稿之后，他們就開(kāi)始制作作品。作品制作出來(lái)后，每個(gè)小組按評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，為每個(gè)作品打分，并且評(píng)選出小組最優(yōu)的作品。通過(guò)“游園活動(dòng)”，學(xué)生欣賞了優(yōu)秀的作品，進(jìn)一步強(qiáng)化了在實(shí)踐層面對(duì)如何真正做到使水流的流速均勻的認(rèn)知。這時(shí)，學(xué)生對(duì)自己的作品產(chǎn)生了更多的想法，并改進(jìn)自己的作品。這讓學(xué)生經(jīng)歷了一個(gè)完整的閉環(huán)學(xué)習(xí)過(guò)程。這種創(chuàng)造性評(píng)價(jià)的過(guò)程，讓學(xué)生從理論層面走向操作層面，提高了科學(xué)思維的遷移性。