凸顯科學本質 感悟學科之美
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加深學生對科學本質的理解是小學科學學科核心素養培養的重要組成部分。對小學科學課而言，重在培養以下三方面素養：一是培養學生的質疑精神，即讓學生意識到科學結論是有局限性的，隨著時間的推移，其結論也是可以改變的;二是培養學生的實證意識，即讓學生意識到科學是一種實證系統，它可以通過證實的、證偽的方法來判斷并得出結果，可以重復多次、反復檢驗的;三是培養學生的邏輯思維，即讓學生意識到科學的結論是符合邏輯的，可以通過推理的方法得出結論。因此，有計劃地把“科學本質觀”培育細化滲透到探究活動的具體指導上，形成跟“科學本質觀”有關的科學特質的認識，感悟科學的學科之美，是很有必要的。下面，筆者以“物體在水中是沉還是浮”一課的教學為例，來談談對上述問題的認識。
一、強化質疑求證，凸顯探究實踐，感悟科學探索之美
科學中蘊含奇妙的美，許多偉大的科學家都在追求這種科學美，如牛頓對古典力學從統一性的美學角度成功地進行了完美的綜合，又如法拉第對電磁力轉換定律那“簡單而又美麗”公式的思索，等等。出于對這種美的渴望，科學家逐漸產生了深厚的哲學信念，并成為他們自然觀的重要組成部分和創造活動中無窮毅力和耐心的動力來源。為此，強化質疑求證，凸顯探究實踐，既是“科學觀本質”養育的重要方法，也將有助于學生更好地感悟科學探索之美。
?。ㄒ唬├斫饨滩模詫嵶C為主線，巧妙重組教學內容
教師應通過大量的經驗證據為每個結論提供大量的科學依據，使學生理解教科書中的結論是基于大量科學推理過程中的科學依據和相應的推理過程而得出的，以激發學生的實證意識。
“物體在水中是沉還是浮”是教科版《科學》五年級下冊“沉和浮”單元學習的第一課，主要是從學生常見的沉浮現象開始研究有關沉與浮的知識。教科書內容分為三部分。
第一部分為“觀察物體的沉浮”，通過“觀察磚塊、木塊在水中的沉浮”這一項簡單的觀察活動，確定判斷物體在水中是沉還是浮的標準。同時，規定了實驗操作的方法應該是：把物體輕輕從水面放入水里，而不是把物體扔進水中，也不是放在水面上。
第二部分為“觀察更多的物體在水中的沉浮”，課本安排了七種結構材料讓學生進行觀察。在這個觀察活動開始前，教材對觀察活動提出了新要求，即要先預測物體在水中的沉浮狀況，并說出理由，再把它們放在水中觀察檢驗。
第三部分為“觀察同種材料構成的物體在水中的沉浮”，這部分研究的內容實際上指向的是物質的密度概念，但并不出現密度概念。通過用橡皮、蘿卜、回形針和木塊作為研究材料，學生會明白：同種材料構成的物體，把它們的體積、重量增大或縮小，它們的沉浮狀況不會改變，隱含著材料本身的質地（物質的密度）與物體在水中的沉浮有關系的規律。
對五年級的學生來說，“物體在水中的沉浮”是他們十分熟悉的現象。一方面，學生對于“沉和浮”有著豐富的生活經驗;但另一方面，他們也有著許多似懂非懂的認識，如他們常常會說：“重的物體下沉，輕的物體上浮”“大的物體下沉，小的物體上浮”，有時他們也會不解“鋼鐵會沉下去，用鋼鐵制造的輪船卻為什么能浮起來”。所以，作為該單元的第一課，在進行目標定位和重難點確定時，應側重于組織學生通過反復的推測和實驗，不斷調整自己的猜測，及時糾正自己的錯誤前概念，經歷“觀察—發現—預測—驗證”的這樣一個科學探究的過程才是本節課的教學重點。
因此，在設計課堂教學過程時，教師分三次安排了讓學生發表自己對影響物體沉浮主要因素的看法：
【片斷一】預測更多的物體在水中的沉浮
師：老師還為每個小組準備了八種物品（小石塊、泡沫塑料塊、回形針、蠟燭、帶蓋的空瓶、茭白、橡皮、環形磁鐵），把它們放入水中，哪些會沉，哪些會浮呢？你們的預測還會那么準嗎？請仔細觀察，預測并完成記錄，并在小組內交流預測的理由。
?。▽W生匯報）
師：大家認為物體在水中的沉浮情況可能與物體的輕重、體積的大小、材料和形狀等因素有關（出示一張大鉛畫紙，把相關因素張貼上去），那你認為影響物體沉浮的主要因素會是哪一個呢？請你用紅色的圓圈代表你的意見，把它張貼到相對應的區域。
【片斷二】更多的物體在水中的沉浮實驗后再次做出判斷
師：請大家將材料擦干后放回材料盒。哪一組同學愿意來匯報一下你們的實驗結果？
?。▽W生匯報）
師：大家對于他們組的實驗結果有意見嗎？都同意，好，那現在請你根據實驗結果再好好地思考一下，對于影響物體沉浮的主要因素是否需要更改你的想法，請你再次用黃色的圓圈代表你的意見，把它張貼到相對應到區域。
【片斷三】觀察同一種材料構成的物體在水中的沉浮
師：現在如果我們不改變材料，改變它們的體積大小與輕重，比如這是剛才研究的橡皮，它在水中是沉的，現在我用剪刀剪的方法，把橡皮逐步變小，橡皮還會一直沉嗎？相反，如果我們用疊加的方法將同一種材料增加它的體積大小與輕重，比如這是剛才研究的環形磁鐵，它在水中是沉的，如果兩顆、三顆磁鐵吸在一起，會怎樣？
?。▽W生預測并實驗）
師：我們發現同一種材料構成的物體，改變它們的體積大小和輕重，在水中的沉浮現象不變?，F在如果請你再次發表自己的看法，你會這么選擇呢？請你再好好思考一下，最后請你再次用綠色的圓圈代表你的意見，把它張貼到相對應的區域。
上述三次判斷過程，實際上反映出學生的一個思考辯證、思維螺旋上升的過程。在這一過程中，通過以實證的意識組織教學內容，引導學生根據實驗整理、分析研究結果，從而總結物體在水中的沉浮與哪些因素有關，在潛移默化中達到培養學生“科學本質觀”的最終目的。
?。ǘ嶒瀸嵺`，以探究為核心，不斷完善科學概念的形成
探究是科學發展的前提和基礎，作為一門以培養學生科學素養為宗旨的基礎性課程，教師不能忽視科學實驗環節對驗證科學理論的重要作用，應該將科學探究與提升學生科學素養兩者進行有機結合，特別是學生自己動手實驗。通過自主實驗，學生可以更直觀地觀察相應的科學變化、把握科學的本質。 例如，對于沉浮每個孩子都有自己的看法，如何從學生已有的基礎上出發，對原有的前概念進行不斷地修正和完善，這是本單元面臨的問題，也是本節課開始探索的任務。所以，在設計本課時，教師注重通過反復的猜測和實驗，組織學生不斷調整自己的猜測，糾正錯誤的先入之見，體驗“觀察—發現—預測—驗證”科學探究的一般過程。
【片斷四】課堂小結
師：同學們，通過剛才的預測、實驗，以及后來的新思考，關于物體沉浮到底與哪個因素有關，我們的意見一直都在發生變化，這是因為我們找到了一些證據證明或推翻了我們原來的想法，尋找證據證實我們的想法，這在我們的科學學習中很重要。那么，物體在水中的沉浮到底跟什么因素有關呢？是不是就真的只與材料有關，與物體的輕重、大小無關呢？目前我們還仍然有不同的意見，我們也將通過一個單元的學習去尋找真正的答案，大家準備好了嗎？
在課堂小結階段，通過對學生的三次判斷結果展示的介紹，引導學生意識到尋找證據證實我們的想法在科學學習中的重要性。而且，直到課的結束，仍然沒有一個確切的答案，可能反而使學生對影響沉浮的因素產生了更大的困惑。這一設計意圖打破課內外的界限，讓學生帶著問題走出教室;這實際上也體現了單元起始課的一個重要作用，那就是為接下來的進一步學習激發起更強烈的學習欲望和興趣。從無疑到有疑，到產生新的疑，小疑則小進，再疑則再進，課始于疑，課終還有疑，學生質疑，教師激疑……疑是學習起步，亦是發現探索之源。
?。ㄈ┩卣菇滩?，滲透科學史教學，以創新的視角看待技術改進和科學發展的過程
科學本質涉及科學的歷史、哲學與社會等方面。因此，“科學本質觀”的培養不能脫離科學知識的學習。在科學教學中適當融合科學史，在學生可以理解的程度上，讓學生在有事實依據的歷史背景或情境中學習科學，不僅有利于學生獲得科學知識，同時還能更好地了解科學概念、定理及理論的發現和演變的邏輯過程，進而更為透徹地看待科學知識和科學方法，領悟科學的本質。
比如，本課教學后可巧妙引入阿基米德巧辯皇冠真假的故事，幫助學生進一步理清物體在水中是沉還是浮的原因。當然，類似的例子還有很多，如在學習“電與磁“的時候，教師告訴學生奧斯特發現電與磁的過程，這樣學生便知道，即使是生活中常見的事情也經歷了一個漫長的發現過程，正因為依靠科學家的不斷研究和創新，今天生活才呈現出了便利的狀態。
通過對科學史、科學哲學知識的滲透、融合，可以逐步引導學生思考和思維創新，傳遞給學生“創新作為科學的本質，在科學發展中發揮著巨大作用”的觀點，激勵學生進行主動探索科學創新，更好地把握“科學本質觀”。
二、強化教學對話，凸顯思維過程，感悟科學理性之美
科學之美主要還是反映在理性之美，反映在內容的真與形式的美相結合中，主要表現為對自然界或反映自然界運動規律的科學理論、科學成果在結構上的理解和欣賞。對于科學產生的理性美感，審美主體在科學探索中逐步形成的理性觀念對美的發現和美的感受起到了關鍵作用。為此，強化教學對話，凸顯思維過程，是“科學觀本質”養育的重要方法，將有助于學生更好地感悟科學理性之美。
?。ㄒ唬┱檄h節，化繁為簡，留出更多思考時間
很多時候，我們常常會抱怨課堂時間不夠，完不成教學任務，從而沒有更多的時間去關注和重視這些核心素養的培養。究其原因，往往主要是教學活動過多、環節過多造成的。
如“物體在水中是沉還是浮”這一課，教材安排了四個觀察活動：觀察磚塊、木塊在水中的沉浮，確定判斷物體沉浮的標準和操作規范;觀察更多的物體在水中是沉還是浮、提出沉浮可能與什么有關;用橡皮和蘿卜作為研究材料，研究材料不變的情況下減小物體體積和重量是否會影響沉浮;用回形針和木塊作為研究材料，研究材料不變的情況下增大物體體積和重量是否會影響沉浮。
如果從核心素養培養的角度出發，則需要我們對教材進行深入的解讀，透過活動現象的表面去挖掘深層次的思考，突出教學活動的本質。因此，這節課理想的教育期望應該是：通過這些活動讓學生感悟到，物體在水中的沉浮可能與大小、輕重、材料、形狀等因素有關;而同一種材料的物體，改變大小、輕重不改變物體的沉浮狀況。通過這些活動，不斷質疑、完善和修正學生錯誤的前概念，幫助他們對影響沉浮的因素進行深層次的思考，從而促進思維的發展，這才是這節課要真正追求的目標。但是，從多次教學實踐來看，這么大的活動容量如果不加以整合和精簡，往往是來不及完成任務，或者只能是讓活動停留在表面，而不能真正深層次地去促進學生的思維發展。如何更好地體現活動的價值，幫助學生不斷突出思維發展這一目標？帶著這些思考，我們進行了新的教學設計和實踐。
首先，筆者對導入環節進行了精心的設計，采用直奔主題的方式，設計了一個讓學生猜測、觀測裝有水的氣球在水中是沉還浮的活動。雖然活動簡單，但卻包含三個意圖：一是通過對裝有水的氣球在水中是懸浮狀態引發學生對沉浮判斷的思維矛盾，從而自然地引出課題，激發學習興趣;二是通過這一活動明確沉浮的判斷標準;三是通過示范引導學生明確實驗操作規范。接著，再通過讓學生示范驗證磚塊和木塊在水中是否沉浮的實驗，進一步明確實驗操作方法和判斷標準，同時引導學生在預測時要有依據，提高思維的參與度，為接下來的自主探究做好鋪墊。實踐證明，在這兩個環節里，雖然用時不多，也沒有教師過度詳細的指導，但效果是明顯的，達到了“一石三鳥”的目的。
其次，把“用橡皮和蘿卜作為研究材料，研究材料不變的情況下減小物體體積和重量是否會影響沉浮”和“用回形針和木塊作為研究材料，研究材料不變的情況下增大物體體積和重量是否會影響沉浮”這兩個活動整合在一起進行，形成一個較長時間的探究活動，減少了教師指導的次數，達到簡化環節的目標。
以上活動的整合和精簡，大大提高了學生活動的效率，節約出不少的活動時間，而正是這些多出來的時間卻恰恰保證了本節課核心探究活動——沉浮因素探討環節的深入開展，達到了預期的目標。 ?。ǘ┚x材料，改進實驗，保障探究深入開展
材料的選擇非常重要，它是實驗順利進行、課堂高效運作的基礎，能為探究活動的順利開展、核心內容的教學提供保障。把握實驗的準確性、高效性、針對性，必須保證材料在實驗中的穩定性和一致性，還要有代表性和普遍性，能充分體現實驗的意圖。
如課本“觀察更多的物體在水中是沉還是浮”活動中，選擇的七種物品就非常具有目的性：小石塊、泡沫塊是最常見的，學生很容易辨別;回形針、蠟燭代表兩種不同材質的物體，在判斷上會有一些難度;帶蓋的空瓶是為了說明空心也會影響物體的沉浮;蘿卜、橡皮是為后面的深入探究做鋪墊的。
然而在實踐中，我們發現蘿卜這種材料出現了問題。在教材中是把蘿卜當作浮在水中的物體，但在課前檢查中卻發現有的是沉的或半浮半沉，容易使學生產生分歧，直接影響了教學的順利進行。針對此種情況，我們決定更換更合適的材料，經過多次試驗，最終選定茭白筍。因為該種材料完全符合實驗意圖——體積大、比較重又能浮在水面;另外，對于茭白筍學生比較熟悉，就地取材也比較方便，利于材料準備。
實踐證明材料更換是正確的，較好地回避了一些不必要分歧的產生。同樣，在進行第二次分組實驗“探究同種材料做的物體改變體積、重量是否會改變沉浮現象”時，我們將小刀換成了剪刀，將回形針換成了環形磁鐵、將小木塊用透明膠組合換成了雙面膠粘。這些材料的調整，既使得剪切和疊加等實驗操作更為方便，大大提高了實驗的效率，又增強了安全性，為課堂探究活動的順利開展，特別是為研討階段活動的開展爭取到了更多的時間。
?。ㄈ┳鹬貍€體，強化對話，促進思維縱深發展
對話和討論有助于啟發并加深學生的理解，特別是在科學本質的教學中。中學生和高年級學生已經開始對哲學思考產生興趣，在圍繞有關科學本質問題的對話與討論中，除了引導學生思考“是什么”“為什么”“怎么樣”等基本問題外，還可以就事物的本體特征、方法、過程和認識論等提出需要進一步思考的問題，如“你已經知道什么？”“你是怎么知道的？”“我們的思考可靠嗎？”“我們還可以怎樣思考？”“有沒有不同意見？”等具體問題，引導學生通過對話與討論進一步認識科學，同時又要注意有序深化，不操之過急，注意揭露和批判偽科學。
如本課教學中，教師分三次安排了讓每個學生發表自己對影響物體沉浮主要因素的看法（見片斷一）。三次判斷過程實際上反映出學生一個思考辯證、思維螺旋上升的過程。在這個過程中，學生通過討論、實驗、尋找證據，一步步地糾正了自己原先不全面或者錯誤的看法，一步一步地探索，逐步明白現象背后的原因，認識到事物的規律。讓每個孩子都發表自己的看法，既是對他們個體的尊重，也蘊含著實證意識的培養，使他們意識到“不人云亦云”的重要性。
學者成尚榮曾說過：“教育就是讓我們一起探究，幫助學生學會假設和求證?！笨茖W課多一些質疑和求證，更有利于學生“科學本質觀”的建立，也會讓他們能更好地感悟小學科學的學科之美，愛上科學。
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