让科学课先成为科学课，从几个课例说起

 

来源公众号：像科学家一样思考　作者：马冠中

科学老师为了上好一节课，常常会做很多准备。

找实验材料，设计活动，制作板书和板贴，准备学习单，搜集视频、动画和图片，还要考虑课堂纪律、小组合作、学生记录、学生表达、时间分配。尤其在小学阶段，学生年龄小，科学课课时有限，实验材料又常常比较复杂。能把一节课顺顺当当地上完，已经很不容易。

但是，在这些努力之外，还有一个更根本的问题值得我们反复追问：

这节科学课，真的像一节科学课吗？

所谓“像科学课”，并不是说课表上写着科学，学生做了实验，教师讲了科学概念，就一定是在上真正意义上的科学课。很多课看起来也很完整：有导入，有活动，有实验，有记录，有总结；学生也动手了，也回答问题了，也记住了一些结论。但它的内在逻辑，可能仍然是“把一个已经知道的知识讲清楚”。

真正有科学味儿的课，往往不是从“我要教会学生一个概念”开始，而是从“我们要一起搞懂一个现象”开始。

这件事，可以从几个课例说起。

一、同样教“水循环”，为什么两种上法味道不同？

先看“水循环”这一课。

如果要教水循环，很多老师自然会想到：水在自然界中有固态、液态、气态；海水会蒸发，水蒸气会上升，遇冷会凝结成云，云在一定条件下降水，落到陆地上的水又会通过河流等方式回到海洋。于是，水循环就可以被拆成几个过程：蒸发、凝结、降水、地表径流、水汽输送。

这样一来，课堂设计也很容易形成一种清楚的结构。

一种课例把主题设计成“小水滴的旅行”。课一开始，教师先带学生回顾水的三种状态，以及三种状态之间可以相互转化。接着，课堂活动分别对应水循环中的几个过程。

第一个活动讲“海上的内循环”。教师用热盐水模拟海水，在烧杯口覆上保鲜膜。过一会儿，保鲜膜上出现小水珠，有些小水珠又落回烧杯中。学生尝一尝或判断落下来的水是不是咸的，发现落下来的水不是盐水。于是，学生认识到：海水中的水蒸发以后，遇冷凝结，又可以落回来。

第二个环节讲水汽输送。海水蒸发以后，一部分水汽被风吹到陆地上空。

第三个环节讲降水。云中的水在一定条件下变成雨，落到海面或陆地上。

第四个环节讲地表径流。落到陆地上的水，沿着地势从高处流向低处，汇入小溪、河流，最后又回到海洋。

最后，学生用“小水滴旅行”的方式表演整个水循环过程：有人扮演风，有人扮演云，有人扮演降水，有人扮演地表径流。整节课结构清楚，一个活动对应一个过程，几个过程连起来，就是水循环。

这样的课有什么优点？很明显：教师好把控，学生容易记住。哪个环节讲哪个知识点，边界清楚，流程稳定，课堂不容易跑偏。

但我们再看另一种上法。

第二个课例没有从“小水滴怎样旅行”开始，而是把题目改成了：

海水怎么没有变少？

课一开始，教师给学生看一个现象：每年海洋里都有大量的水蒸发出去。按道理，海水蒸发了这么多，海平面应该下降，海岸线也可能发生明显变化。可是，人们实际观察到的情况是，海平面并没有因为每年大量蒸发而明显下降。

于是，问题来了：

明明蒸发了这么多水，为什么海平面没有明显下降？

这个问题一提出，课堂的性质就变了。学生会想到：既然海水没有明显变少，那是不是有水又回到了海里？那么，回到海里的水从哪里来？

有学生可能说，海水蒸发以后，遇冷会变成水再落下来。这个解释是否成立？课堂就需要实验来检验。教师仍然可以用热盐水和保鲜膜来做模拟实验，只是这一次，实验不再是为了“讲海上内循环这个过程”，而是为了检验一个解释：蒸发出去的水是否可能再落回海里。

也有学生可能说，江河里的水会流入海洋。这个说法符合生活经验，但新的问题又出现了：江河里的水从哪里来？学生会继续想到降雨。那云里的水又从哪里来？于是，课堂进一步追问空气中的水蒸气怎样变成液态水。教师可以再安排实验，让学生看到空气中的水蒸气在一定条件下遇冷凝结成小水滴。到这里，学生已经能够形成一个阶段性的解释：海水虽然不断蒸发，但有些水可以通过降水、江河汇入等方式重新回到海里，所以海平面不会因为蒸发而持续明显下降。

但是，课堂还可以继续。教师再给学生新的信息：如果把蒸发出去的水量和回来的水量放在一起比较，数据仍然对不上。那对不上的那部分水去哪儿了？是不是还有别的因素会影响海水总量？不同海区水温不一样，蒸发量会不会不同？海水不同深度的情况又怎样？

这样，水循环不再是教师提前整理好的四个过程，而是学生为了解释“海水为什么没有明显变少”这个现象，不断提出问题、形成解释、寻找证据、整合认识的过程。

两个课例讲的是同一个内容，都涉及蒸发、凝结、降水、径流，也都可以用“小水滴旅行”来帮助学生整合知识。但是，它们的课堂逻辑完全不同。

第一种课，是教师把概念结构拆成几个活动，带学生逐一理解。
第二种课，是学生为了搞懂一个现象，不得不一步一步发展出这些知识。

这就引出了判断科学课的第一个问题：
这节课是以“理解概念”为目的，还是以“搞懂现象”为目的？

科学课当然要学概念。但是，概念最好不是一开始就被交给学生，而是在解释现象的过程中变得有必要、有用、有意义。

二、知识不是不能讲，而是要看它从哪里长出来

再看一个关于天气的课例。有一节课原本要教“冷气团”和“暖气团”。第一种上法是这样的：课一开始，教师告诉学生今天学习冷气团和暖气团。接着问学生：听说过气团吗？学生大多没有听过。于是教师解释：气团是一团空气。然后继续讲，气团可以分为冷气团和暖气团。如果气团下面的地面温度较高，上方空气温度也较高，就可以称为暖气团；如果下面地面温度较低，上方空气温度也较低，就可以称为冷气团。

接着，教师再问：冷暖气团会不会相遇？相遇以后会发生什么？

学生进行预测后，教师安排模拟实验：一边是温度较高的空气或水，一边是温度较低的空气或水，中间用隔板隔开。抽掉隔板后，学生观察到热的一侧会上升，冷的一侧会下降。由此，教师引导学生理解：暖气团抬升，遇冷后其中的水蒸气凝结成小水滴，可能形成降水。

这节课并不是没有问题，也不是没有实验。它也问了“气团是什么”“冷暖气团怎样划分”“冷暖气团相遇会怎样”。但这些问题基本都是围绕概念展开的。学生学习的是一套已经整理好的气象概念。

另一种上法，把题目改成了：

为什么会下雨？

课一开始，教师不先讲冷气团、暖气团，而是从生活现象出发：下雨时，水从天上落下来。那这些水从哪里来？

学生会想到：天上有小水珠，小水珠聚在一起变大，就落下来了。可是，小水珠又从哪里来？学生可能联系生活经验：对着玻璃哈气，玻璃上会出现小水珠；热的水蒸气遇冷，会变成小水滴。

于是问题继续推进：如果雨水来自水蒸气遇冷凝结，那么天空中热的水蒸气从哪里来？学生可能想到，夏天地面被太阳晒得很烫，地面上方的空气也会变热。教师这时再引入“暖气团”：地面温度较高，上方那团空气也较热，我们可以把它叫作暖气团。相应地，地面温度较低，上方空气较冷，就可以叫作冷气团。

你看，同样是“暖气团”和“冷气团”，在第一种课里，它们是先被定义、再被理解的概念；在第二种课里，它们是为了解释下雨现象而被命名出来的概念。

接着，新的问题又出现了：热的水蒸气怎样遇冷？一种可能是空气升到高处，高处温度更低；另一种可能是暖气团和冷气团相遇。为了检验这种解释，学生再做冷暖空气或冷暖水相遇的模拟实验，观察热的部分怎样上升，冷的部分怎样下降。实验之后，学生再把这些证据和“为什么会下雨”联系起来。

这节课最后也能学到冷气团、暖气团、气团相遇、降水形成等知识。但它的逻辑不是“今天有几个概念要学”，而是“为了搞懂下雨，某些概念变得有用”。

这对小学科学教学很重要。

我们不是不能讲概念，而是要问：这个概念在学生这里是从哪里来的？是教师提前给出的术语，还是学生解释现象时需要的一种工具？

如果学生只是记住“暖气团会上升，冷气团会下降”，这当然也是学习。
但如果学生是为了回答“雨水从哪里来”“水蒸气怎样遇冷”而需要这个概念，知识就不再是孤立的名词，而成了解释世界的办法。

三、有现象导入，不等于现象驱动

再看“声音的产生”这一课。

很多课都会从生活中的声音导入。比如，教师播放或呈现小鸟叫声、呼吸声、空调声、汽车鸣笛声，让学生感受生活中有各种各样的声音，然后提出问题：声音是怎样产生的？

这样的导入当然比直接写出课题更生动。但是，仅仅有现象导入，并不等于这节课就是由现象驱动的。

关键要看：开头给出的现象，后面有没有被持续研究。

在一个课例中，课的开头确实呈现了多种生活声音。可是进入学习活动以后，学生研究的对象换成了塑料袋、钢尺、音叉、直尺等。学生捏塑料袋、敲打塑料袋，听它发出的声音；再观察钢尺、音叉等发声时有什么共同特点。最后，课堂逐渐归纳出“发声的物体在振动”或“声音由物体振动产生”。

这节课看起来也是从现象开始的，但开头的小鸟声、呼吸声、空调声、汽车声，并没有贯穿整节课。它们主要起到了“引出课题”的作用。后面的活动研究的是另一批材料发声的情况。所以，我们要区分两种情况：

一种是“用现象引出课题”。
另一种是“用现象贯穿研究”。

前者只是让课堂开头更有趣，后者才真正改变了课堂逻辑。

如果一节课开头提出“为什么海平面没有明显下降”，后面所有实验、讨论、资料分析都围绕这个现象展开，那就是现象贯穿始终。

如果一节课开头听了几种声音，后面却换成各种材料来归纳“声音和振动”的关系，那么开头现象只是引子，并没有真正成为整节课的研究对象。

因此，判断科学课时，我们不能只问“有没有现象导入”，还要追问：
这个现象有没有一直被研究？后面的每个活动，是否都在帮助学生把这个现象解释得更清楚？

四、不要急着把“反例”处理掉

“声音的产生”这个课例中，还有一个特别值得讨论的细节：材料选择。

有老师认为，用塑料袋做发声实验很好。因为塑料袋容易发出声音，也容易看到它在振动。学生一捏、一抖、一拍，既能听到声音，又能看到塑料袋在动。这样，课堂很顺，学生很容易得到“发声物体在振动”的结论。

相比之下，橡皮筋就麻烦一些。有的学生拉橡皮筋，橡皮筋变形了，却没有听到明显声音；有的学生弹橡皮筋，也不一定听得清；有的学生把橡皮筋甩来甩去，胳膊都酸了，仍然没有得到预期结果。这样一来，课堂就会出现“看见振动却听不见声音”的情况。

很多老师会担心：这不是把学生带偏了吗？这不是和我们想得到的结论冲突了吗？

于是，我们常常会选择更“稳”的材料，避免学生看到和预期结论冲突的结果。或者，当学生真的提出“我看到它在动，但没有听到声音”时，教师很快解释说：可能声音太小，可能频率不在人耳可听范围内，可能这个问题以后再学。然后继续把学生带回预设结论。

这种处理在课堂管理上是可以理解的。但从科学学习的角度看，这里恰恰藏着很有价值的地方。

科学研究中，经常会遇到实验结果和原有假设冲突的情况。真正重要的，不是赶快把冲突处理掉，而是认真追问：为什么会冲突？“看见振动却听不见声音”，至少有两种可能：

一种可能是，它确实发出了声音，只是声音太小或不在人耳可听范围内，我们没有听见。
另一种可能是，并不是所有振动都会产生我们所说的声音，原来的结论需要进一步限定。

同样，“听到声音却看不见振动”，也不应该马上默认“它一定在振动，只是我们看不见，所以要用放大法”。这当然可能是对的，但在学生还没有证据之前，它仍然只是一个需要确认的解释。

这就引出第二个判断问题：

这节课是顺着“知道答案的人”的思路展开，还是顺着“还不知道答案的人”的思路展开？

教师知道答案，所以很容易默认“声音一定由振动产生”。于是，学生看不到振动，教师就想办法让学生看到；学生看到振动却听不到声音，教师就想办法解释为什么听不到。所有处理都在保护既定结论。

但学生此刻并不知道结论一定成立。站在学生角度，结论应该还是未知的、不确定的。既然未知，课堂就不应该过早默认答案，而应该让学生看到：我们现在有什么证据？这些证据能说明什么？还不能说明什么？

科学课最怕的，不是学生暂时没有得到正确答案，而是在证据还不够的时候，就让学生相信了一个看似正确的答案。

五、“发声物体在振动”和“声音由振动产生”不是一回事

“声音的产生”这节课还有一个更细的地方。

很多课堂会让学生观察塑料袋、钢尺、音叉、直尺等发声时的状态。学生发现，这些物体发出声音时，都在振动。于是，课堂得出结论：声音是由物体振动产生的。

但仔细想一想，前面的证据真正支持的是哪个结论？

一个结论是：发出声音的物体在振动。
另一个结论是：声音是由物体振动产生的。

这两个结论并不完全一样。

前一个结论说的是同时发生：物体发声的时候，我们观察到它在振动。

后一个结论说的是因果关系：声音之所以产生，是因为物体振动。

如果要证明因果关系，仅仅看到“发声时有振动”还不够。还需要进一步看到：当振动停止时，声音是否也停止。如果没有振动，声音也没有了，才能更有力地支持“振动是声音产生的原因”。

所以，有些课堂会安排一个“停止振动，声音是否消失”的活动。这个活动当然很有价值。但它不应该被理解成“反证一下，巩固结论”。更准确地说，它是为了补上因果证据。因为在此之前，学生只能说“发声物体在振动”，还不能充分说“声音是由振动产生的”。

这里的关键不是术语，而是科学课的基本态度：

有多少证据，说多少话。

如果证据只能支持“发声物体在振动”，那课堂结论就先停在这里。

如果还要进一步说“声音由振动产生”，就要补充足够的证据来支持这个因果判断。

如果我们在证据不足时让学生跳到更高级、更复杂的结论，学生学到的就不只是一个科学知识，也可能学到一种不科学的习惯：证据还不够，也可以先相信结论。

这不是科学课希望培养的思维方式。

六、有时“不上完”，反而更接近科学

再看一个“昼夜交替”的课例。

课一开始，教师呈现某个地方白天和夜晚的照片，让学生确认：我们每天都会经历白天和黑夜交替出现的现象。接着，教师问学生：为什么会出现昼夜交替？

学生开始提出各种解释。有的学生认为，太阳绕着地球转，地球不动；有的学生认为，太阳不动，地球自己转；有的学生认为，地球绕太阳转；还有的学生认为，地球一边自转一边绕太阳转；甚至还有学生提出太阳和地球相互绕着转。

教师没有马上告诉学生哪个对，而是让学生把自己的解释画出来，再用发光的灯泡和白色泡沫小球来模拟。每提出一种解释，就做一次模拟，看这个模型能不能产生“一会儿亮、一会儿暗”的现象。结果，学生发现：好几种解释在模拟实验中都能产生昼夜交替的效果。

也就是说，到下课时，课堂并没有得出唯一正确答案。学生知道了几种解释都暂时可以解释“昼夜交替”，但还不能凭现有证据排除其他解释，只保留“地球自转”这一种解释。

很多老师看到这里，第一反应可能是：这节课没上完。因为教材或考试最终要学生知道，昼夜交替主要是由地球自转造成的。课堂没有得出这个结论，好像就不完整。

但换一个角度看，这节课很有价值。

在小学阶段，如果要让学生用充分、严谨的证据排除其他模型，只保留“地球自转”这一种解释，其实并不容易。很多时候，我们是用一句话把这个问题带过去：“科学家经过长期研究发现，昼夜交替是由地球自转造成的。”学生于是知道了答案，但并没有真正知道为什么其他解释不成立

这时，更科学的处理方式可能是：告诉学生目前科学共同体接受的解释是什么，同时也诚实地告诉学生——以我们这节课已有的证据，还不足以排除其他几种解释。

这样，学生既不会错过必要的科学知识，也能保留一种重要的科学态度：

我知道结论是什么，但我也知道自己现在还没有足够证据说明它为什么一定成立。

这不是失败。相反，这是一种很珍贵的科学诚实。

科学课不一定每次都要把所有问题“讲完”。有时候，让学生清楚地知道“我们现在知道了什么，还不知道什么”，比匆忙给出一个完整答案更重要。

七、模拟实验的材料，也不是随便选的

“昼夜交替”课例中，还有一个细节也值得注意：为什么用白色泡沫小球，而不是地球仪？

很多老师第一反应会觉得，研究地球上的昼夜交替，当然应该用地球仪。地球仪看起来更真实，也更像地球。

但如果学生最初画出的解释模型里，只是画了一个圆圈代表地球，并没有画出倾斜的地轴，也没有规定地球必须怎样转，那么模拟实验中突然使用带有固定地轴的地球仪，就可能多出了学生模型中没有的信息。

如果学生的模型只是“一个球在转”或“一个球绕着另一个光源转”，那么用一个普通的白色小球，反而更忠实于学生原来的模型。等学生的解释模型中出现了“固定地轴”“特定方向自转”等信息，再使用地球仪才更合适。

这提醒我们，模拟实验不是“越真实越好”，而是要看它模拟的到底是什么。

材料的选择，要和学生提出的解释模型相匹配。不该多的信息不要多，不该少的信息也不能少。

这就进一步引出第三、第四个判断问题。

第三个问题是：
课堂中有没有让学生看到真实的研究决策？

比如，研究哪个问题，先研究哪个问题后研究哪个问题，用什么材料代表太阳，用什么材料代表地球，用灯泡还是手电筒，用地球仪还是泡沫小球，这些都不是无关紧要的操作细节，而是科学研究中的决定。

第四个问题是：
这些决定是谁做的？

有时，为了节省时间，教师可以替学生做决定，但最好把决定的理由说清楚。比如，为什么这节课先研究“昼夜为什么交替”，而不研究“为什么有时白天长、有时白天短”；为什么这次用白色小球而不用地球仪；为什么这个实验只能说明几种模型暂时可行，还不能排除其他模型。

更进一步，教师也可以把部分决定权交给学生。让学生比较不同材料，讨论哪种材料更适合模拟自己的解释；让学生决定先检验哪一种解释；让学生判断证据是否足以支持某个结论。

学生是否参与这些决定，会影响他们在课堂中的位置。
只是按照要求完成活动，学生是任务执行者。
参与判断研究什么、怎样研究、证据说明什么，学生才更接近研究者。

八、让科学课成为科学课，不是让每节课都变得很复杂

说到这里，老师们可能会有压力：难道每一节课都要从现象开始？每一个问题都要让学生自己提？每一种材料都要让学生讨论？每一个结论都不能直接告诉学生？

不是这样的。

真实课堂有很多限制。课时有限，教学进度要完成，材料准备有难度，学生年龄不同，班级情况也不同。科学课不是理想化的研究所，教师需要在多种限制中做判断。

因此，“让科学课成为科学课”，并不是要求每节课都完全开放，也不是要求教师放弃讲解，更不是要求学生独立完成所有研究。

它更像是一组提醒：

这节课有没有一个值得学生搞懂的现象？
这个现象有没有贯穿后面的活动？
学生为什么要做这个实验，他自己说得清吗？
课堂是顺着学生未知、不确定的状态往前走，还是顺着教师已经知道答案的逻辑往前走？
学生得到的结论，有没有足够证据支持？
哪些研究决定是教师做的，哪些可以让学生参与？
即使教师替学生做决定，能不能把理由说出来？

很多改变，不一定从“大改课”开始，而可以从一个小问题开始：

学生知道自己为什么要做这件事吗？

如果学生知道，做这个实验是为了检验刚才的想法；看这组数据是为了判断解释是否站得住；学习这个概念是为了把现象说明白；选择这个材料是因为它更符合我们的模型；暂时不能得出结论是因为证据还不够，那么科学课的味道就会慢慢出来。

一节真正有科学味儿的课，不只是热闹，不只是有实验，不只是学生举手多，也不只是最后得出了正确结论。

它更重要的样子是：

学生遇到一个解释不清的现象；
学生愿意提出问题；
学生尝试形成解释；
学生寻找证据；
学生根据证据判断解释是否可靠；
学生知道自己已经知道什么，也知道自己还不知道什么。

这样的课堂，才会让孩子慢慢明白：科学不是背下来的知识，而是人们为了搞懂世界，反复观察、实验、比较、推理之后形成的解释。小学科学课的第一步，不是把课上得更花哨，也不是把每个环节设计得更复杂。

第一步，是让科学课先成为科学课。

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