大概念如何助力孩子的科学学习（1）

在《以大概念理念进行科学教育》一书中，英国科学教育家温·哈伦在 10 条有关科学知识的大概念的基础上，总结了 4 条关于科学本身的大概念。其中一条写道：“科学上的解释、理论和模型都是在特定的时期内与可获得的实证最为吻合的。”这条大概念点明了任何科学理论和模型都只在一定时期内有效，并常常会依据新的数据而被修正。秉持着这样的大概念，孩子就能以不断进步、更新的心态，来更好地面对物理、化学、生物等学科的学习，也能在今后的人生中，用发展的眼光来看待问题。

实验课如何避免孩子只看“热闹”不看“门道”

说起科学学习，就离不开科学实验。有趣的实验很容易吸引孩子的注意力，激发学习兴趣。但有的孩子在上完实验课之后被问及学到了什么时，只能说出个别印象深刻的现象，其他的就答不上来了。这就是只看了“热闹”没看到“门道”，对培养孩子的科学思维和科学探究精神助力甚少。

开展实验的目的，是探究实验内容之间的内在联系，验证知识本质，也就是对应学科的大概念。那么，该如何让孩子从只关注实验现象转变为思考现象背后的知识本质呢？在学科实验中或是在面对一些生活现象时，我们可以从以下三个方面对孩子进行引导和启发。

首先，在观察实验现象时，要分析其缘由。实验现象只是孩子探究的起点，在仔细观察每一个现象的同时，要鼓励孩子认真思考导致这些现象出现的原因、现象背后的本质，并引导孩子进行深入探究。

将一小块金属钠放入滴有酚酞的水中后，实验现象非常丰富：钠浮在水面上，熔成小球，四处游动，发出嘶嘶声，溶液变红。那么，钠能浮在水面上说明什么？为什么钠会熔成小球，四处游动，并发出嘶嘶声？是什么物质让溶液变红了？在回答完上述问题后，引导孩子进一步深入探究：这是一种什么类型的化学反应？反应前后各是什么物质？钠为什么会具有这么活泼的化学性质？如果投入其他金属是否还会出现类似的现象？……

把发声的音叉放入水中，水花四溅，这个实验现象也很明显。针对这个现象，我们可以引导孩子思考：水花四溅说明了什么？为什么要把音叉放入水中？这是哪种实验方法？这种实验方法可以解决什么问题？还有哪些实验也用到了这种方法？……

总之，孩子不能只看到实验现场的热闹效果，还要仔细观察每一个实验现象，并利用所学知识对实验现象和结果进行解释和说明，透过现象看到本质。

其次，当孩子自己上手做实验时，需要明确实验的目的，并掌握相应的实验方法。一般来说，中小学实验大致可以分为观察某个现象、测量某个量、验证某个已知的规律、探究某个未知的规律这几类。

如果是观察某个现象，就要看清楚反应前、反应时、反应后各有什么现象，状态、颜色、体积、气味、速度、位置等发生了怎样的变化。

如果是测量某个量，就要掌握测量时所用仪器的结构、测量原理、操作步骤等。比如用托盘天平测物体的质量，首先要认清天平的结构，知晓每个部件的作用，明晰它的测量原理，了解操作时的注意事项；其次在具体测量时，要严格按照测量步骤和操作规范来进行实验；最后要记录好实验数据，并进行误差分析。

如果想验证某个已知的规律，或探究某个未知的规律，首先要确定实验原理和实验方法，选择合适的实验器材，然后按照制定好的实验步骤进行操作，最后收集实验数据，得出实验结论。

验证浮力的阿基米德原理 F浮=G排，需要用弹簧测力计、溢水杯和小桶来测量物体所受的浮力和排开水的重力。按照如图所示的实验步骤，读出弹簧测力计的4个示数，进一步计算出浮力和排开水的重力，二者进行对比，就能对阿基米德原理进行验证了。

有时孩子会不重视课本实验，觉得既然结论都写在书上了，那做不做实验都一样。殊不知，等真正开始做实验之后，孩子就会发现自己过于想当然了：器材如何连接、药品如何使用、标本如何制作，这些看起来非常基本的问题都在考查孩子的动手能力，同时也会影响实验的成败。当孩子发现无法测出课本上要求的数据，或是无法观察到课本上写明的现象时，他一定会感到焦虑，然后利用各种手段和方法排查原因，解决实验过程中出现的问题，从而得出正确的结果。这样的过程能让孩子对实验的每一个步骤都了如指掌：为什么需要这一步？如果没做这一步会有什么样的后果？每一个量是如何测量出来的？每一个现象是通过什么反应产生的？这些问题的答案会借由实际的动手操作而变得印象深刻，也培养了孩子发现问题、解决问题的能力。

最后，孩子在经历了课本上的实验之后，可以在生活中提出猜想并进行实验，进而逐渐具备自主探究的能力。面对大千世界中的各种现象，孩子可以尝试把现象“翻译”成科学问题，并提出自己的猜想。提出猜想之后，孩子要进行实验设计，思考什么样的实验数据和实验现象能验证猜想，以及什么样的实验过程能得出相应的数据和现象。这就要求孩子不能只是孤立地记忆课本中各个实验的步骤，而是能将课本中所学的实验方法联系起来，针对不同的实验需求选取相应的实验方法，比如多变量问题要用控制变量法，不易直接观测的量可用放大法或转换法来进行观测，等等。最终孩子还要落地进行实验，记录所得数据和现象，如果和预期不符，应检查实验设计和操作过程是否有误，并进行交流评估与反思。