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[NSTA专栏]模式的重要性——帮助2年级学生探索物体性质的模式与科学的本质

文_Jesse Wilcox Reade Reiter Abby Rose Alex Alberts Katie Murano 翻译_熊 侃

2023-03/总第324期

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尽管《新一代科学教育标准》有3个维度,但跨学科概念往往是被忽略的维度。教师不强调跨学科概念的原因之一可能是因为它们是全科、跨领域的概念,很难用有意义的方式概念化(Osborne、Rafanelli和Kind,2018)。然而,如果教学得当,跨学科概念可以“融合工程学、物理、生命科学和地球/空间科学”,因为这些概念可以帮助学生以习得的方式理解科学(Duschl,2012)。当跨学科概念与科学的本质一起教授时,教师可以将学生的注意力吸引到有关科学是如何运作,以及科学家是做什么的等重点上来。例如,美国国家研究院(2011)指出,模式这个跨学科概念,与科学的本质相关,因为科学家经常在自然界寻找模式,帮助他们理解各种现象。

教授科学本质的前提是让学生像科学家一样行动。通过探究的方式教授科学,可以增强学生的判断力、求知欲和批判性思维等科学家在工作中经常用到的能力(Wilcox、Kruse和Clough,2015)。探究的经验为科学的本质奠定了基础,教师需要明确地教授科学概念的本质,并帮助学生仔细回顾自己的经历(Khishfe和Abd-El-Khalick,2002)。此外,Kruse等人(2020)发现科学问题的特定性质(如为什么创造力可能是科学家工作的重要组成部分?)能够比一般性质(科学家是做什么的?)更好地帮助学生理解科学概念的本质。我们建议使用计划工具(表1)帮助教师编写适合小学生的具体、明确、思辨性质的科学问题(Wilcox和Lake,2018)。

在为期3天的关于物质结构与性质的课程中(2-PS1-1),我们帮助学生了解如何利用性质模式帮助分类与识别材料。这些活动给学生提供了一次探究的经历,从中我们可以明确地讨论模式与科学概念的本质。


第1天(45分钟)

为活动作准备

上课前,我们为每组2名学生准备了装有24件物品的塑料工具盒(表2),每个盒子都附有物品清单。也可以使用更少的物品,但我们想确保与学生讨论物质的每种性质至少要有2个对象(例如:物态、硬度、金属/非金属、磁性、弹性、黏度、颜色、光泽、气味)。此外,这些物品既便宜又容易获得,对学生来说也是安全的。我们通常把液体放在2盎司的带盖塑料杯中以防溢出。

开始活动

开始的时候,我们在教室里来回走动,向学生展示其中的一盒材料并提问:“你们注意到盒子里有什么物体?”学生通常回答:“里面有许多不同的东西。”然后我们提出引导性问题:“这些材料之间有什么相似与不同之处?”我们让学生转身与同伴讨论如何解决这个问题。学生商量把类似的材料放在一起并仔细观察。分发材料之前,我们要求学生思考如何才能保证安全。我们的学生通常会讨论不要吃这些材料,小心不要把它们洒出来,不要把材料扔掉。切记一定要检查食物致敏的问题。

学生充分了解这些要求后,我们将他们分成2人1组,让1名学生为他们自己和搭档拿1套材料。给学生分组时,我们会考虑他们的准备情况与配合度,并确保学生在一段时间内能够尽可能地多与其他学生一起合作。我们尽量灵活分组,帮助学生提升沟通技巧。学生拿到材料后,我们会给他们几分钟的时间观察,并与搭档讨论正在观察的内容。

学生用一两分钟时间观察完材料后,我们让学生把材料放回盒子里。然后让他们转向搭档,一起讨论他们对于材料如何分类的一些想法。我们在教室里来回走动并聆听他们的想法。例如,我们听到一组学生在讨论水和醋,学生一致认为它们应该分在一类,但最初他们弄不明白这些液体有何不同。在我们建议他们小心取下盖子,然后闻到飘出的气味后,一个学生才连忙惊呼:“这个是醋,因为它有刺鼻的气味!这个是水,因为它是透明的且没有气味!”还有一些学生发现有些物体比其他物体更光亮。我们问学生可以用什么工具帮助他们弄清楚这些物体的光亮程度,一个学生建议用手电筒照这些物体,看看它们是否光亮。

大约5分钟后,我们让学生来到白板旁的地毯区域。我们问学生:“你们想出了什么方法对材料进行分类?”学生通常会想到颜色、是否发光、气味、液体/固体、金属/非金属和硬度等。我们把这些观点记录在一张图纸上,以此图纸上的列表供学生参考。为了对学生对物质性质的掌握进行形成性评价,我们要求他们在小组中使用多种性质描述其中的2个物体,并与大家分享。我们的学生可以列出相同材料的多个性质。

对性质进行深入研究

虽然我们的学生可以自己提出物质的许多性质,但有些需要帮助。我们通常需要引导学生考虑其他性质,如弹性、黏度和磁性。我们对学生提出支持性问题:“如何进一步划分金属?”以及“磁铁如何帮助我们做到这点?”根据我们的经验,学生通常能正确识别出许多材料是金属或含有金属,但在判断这些材料是否具有磁性方面却不那么准确。例如,一组学生在测试之前认为弹珠、钉子、螺丝、回形针和锡纸都有磁性。通过测试,我们帮助他们了解到并不是所有的金属(或硬质材料)都具有磁性。

中国科教工作者协会会员专属文章,

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