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当今时代，人们从小就感受到了科学技术所带来的种种影响，因此，科学素质的培养必须从小抓起。早期的科学教育会对一个人科学素质的形成产生巨大的影响。
那么，小学生的科学知识该如何建构，科学素养和科学探究能力如何培养？问题发现与问题解决、实验探究、科学概念科学原理与生活的联系，这些科学学科的核心内容如何在教学中得到落实？今天，“第一教育”为大家推荐一篇文章，作者对对儿子就读的荷兰乌得勒支国际学校五年级“科学”单元的教学进行了观察和记录。让我们看看他们是如何让小学生独立完成一个实验项目的。
“科学”单元总体情况
本单元的学习持续8 周，从11 月初至12 月下旬。在单元教学之初，老师给家长发来一封邮件，具体说明该单元的教学目的、探究框架、关注重点、核心概念以及数学、语言等其他学科的目标如何整合在其中，让家长了解本单元探究的核心是什么，并告知最后要举办一个科学展（Science fair），展示学生的学习成果，希望家长能配合该单元的学习，鼓励学生在家里做实验探究问题，并欢迎家长去参加科学展。
由于学校采用的是IB 课程，其核心课程是以单元的形式来组织的，所以在这个单元教学周期内，学生基本每天在校都会有两节课至半天不等的时间在学习“科学”单元的内容。
学生在校期间以做各种实验为主，到周末，教师都会布置一项开放的周作业，以回顾、拓展、应用本周所学的重点概念和原理。最后两周，班级学生两人一组合作，独立完成一个实验项目——确定实验主题和内容，进行整个实验过程（尝试，改进，重复再试），设计与制作所有与实验相关的过程记录、实验图表和实验报告，完成科学展的展示汇报。为配合学习内容，这个单元还安排了一次科学博物馆的参观活动。
小学生这样独立做一个实验项目
“科学”单元的后半段，学生需要独立完成一个单元实验项目，整个项目活动将持续三周。在项目开始时，老师又给每位家长发来一封邮件，告知这个项目的大致情况：学生两人一组，自己讨论选择做什么实验，本周确定主题，并在周末准备好足够的实验材料，因为下周几乎每天都要做他们选定的实验。老师还随信附上了这个项目的检查清单（checklist），并告知最后进行项目展示的时间，希望家长能前来参加。简单来说，这个单元项目就是学生自己寻找实验主题和内容，完成实验过程，最后以科学展的方式展示和报告整个实验的过程和结果。
1项目的准备和实施
三周的项目进程大致安排如下：第一周，利用两天时间，两人一组上网查找、讨论做什么实验，确定主题内容；第二周，反复进行实验，在过程中发现问题、讨论、调整，上网查找资料，改进实验；第三周，为科学展的各项实验报告、展示材料做准备；第四周；前两天制作科学展资料，周三是正式的科学展。一切项目工作都对照项目检查清单中的各项要求进行。
第一周：确定主题
按照项目要求，实验最好是源自在实际生活中产生的问题或困惑，但实际上学生大都是在Youtube、Google 网站或者专门的科学实验网站上用关键词先查找相关实验视频，从中选择自己感兴趣的主题，向老师确认是否可行，老师会根据具体情况，向全班补充一些安全方面的要求，如不能用干冰、不能用火、不能有爆炸等。
第二周：做实验
这周就是实验周，全班学生分为8组，分头做实验。在这个过程中，孩子们聚焦于自己小组的实验内容，对于其他组的实验只有一个大概的了解。儿子讲述了他们这一组遇到的难点：不知道一些现象背后的原理，通过上网查找资料，再调整实验材料，最后解决了问题。他也讲述了全班同学都遇到的问题：检查清单中有一项要求——实验中需要有容量、体积等可以观察和测量的数据并用图表表示出来，每个小组都需要找到自己的实验中符合这条要求的地方。
做实验期间，学校只提供白大褂实验服和防护眼镜，其他实验材料都是各组自备，老师也基本不参与各组的实验过程。各组在进行实验的过程中，可以问老师一些小问题，老师会做一些提示，然后让各组自己决定采取什么措施。
第三周：准备实验报告
本周的主要工作是准备各项实验报告的材料，中间可能还需要反复改进实验。学生需要对照检查清单逐项检查，确保自己的项目报告符合清单中列出的近30 项要求。一周来，孩子们忙着做展板、打印材料、画实验图表，忙得不亦乐乎。
2科学展
说是科学展，实际上就是五年级两个班的学生在自己班级做的项目研究展示。周三上午，家长们陆续到校，自由参观孩子们的成果。教室桌椅贴墙摆放成一圈，每组的展示台前张贴着实验的汇报材料，桌子上摆放着各自的实验器材，有的桌子上还放着电脑辅助展示。孩子们两人一组，穿着白大褂站在自己的展示台前，向前来的家长演示说明，解释自己的研究项目，也有的应家长提问重复实验的部分环节。
儿子班级各个小组的具体实验如下——
1.Lucy 和Maria 组：“薄荷糖和可乐的实验”
将苏打粉和薄荷糖放入汽水中，出现像喷泉一样的效果。具体来说，是研究不同牌子的薄荷糖放入可乐中形成的喷泉的效果对比。
2.Carmen 和Jana 组：“火山熔岩”实验
把油、水、色素、维生素C 等放在一起，冒出像“火山熔岩”一样的泡泡，分析该现象背后的科学原理。
3.Izzie 和Enze 组：“花在变色”实验
将白色玫瑰花插到加了色素的水里，玫瑰花会变色，通过实验验证色素浓度大小对玫瑰花变色深浅的影响。
4.Natasha 和Noa 组：“漂浮的叶子”实验
一个与光合作用有关的植物叶片浮沉实验。通过有无光照的对比，记录叶片在水中浮沉的时间和数目，并探究原因。
5.Haohan 和Teddy 组：胶状色素（色素和玉米糖浆的混合物）是否溶于玉米糖浆的实验
本组实验重点是通过观察和测量等手段，研究实验现象，看胶状色素在纯玉米淀粉液体中是否能溶解。
6.TJ 和Avolo 组，Lukas 和Ciccio组：小船在加了洗洁精之后的水中移动的距离实验
这两个小组在寻找实验主题时，碰巧选中了同一个主题，又都不愿意放弃，经老师同意后，他们两组做了相同主题的实验。
7.Rufus 和Angelo 组：自制弹力球的研究
虽然实验内容和展示形式各不相同，但是全班8 个小组的项目报告框架和内容都较为规范和成熟。各组项目汇报基本包括如下要素：“项目概述”“实验材料”“实验过程”“我们的目的”“我们的假设”“我们的结论”“这个实验的科学原理是什么”“我们学到的东西（反思）”“今天谁在使用这个实验的原理”等内容。其中，“我们的目的”是进行一项研究的指向，也是起始需要思考并贯穿始终的重要内容；“假设- 验证- 结论”是科学实验的基本过程；“今天谁在使用这个实验的原理”，是促使学生进一步思考这个实验的实际价值和意义；“我们学到的东西”是总结和反思。这些清晰明了的框架和要素，是科学实验研究的本质，既指导和聚焦研究过程和方向，同时也规范研究项目的表达和展示。
让我们来看其中一个案例↓↓↓
案例：Rufus 和Angelo 组的“自制弹力球”实验项目报告
（1）弹力球是如何弹跳的？是什么让弹力球弹跳的？
弹力球是用伸缩非常迅速的橡胶做成的。当你握着一个自制的弹力球，你感觉到你可以去塑捏它，这就是它落到地上弹起来的原因。
（2）怎样做一个弹力球？
所需材料：（略）。
制作过程：（略）。
（3）形态
观察：它们伸缩得很快。
识别：这类像胶可以很少损失地将动能转换为势能。
描述：这种球非常有弹性，这也是它们能弹跳的原因。
分类：橡胶被称作聚丁二烯。
（4）我们的预测
我们的预测是玉米淀粉更多会有更强的弹性，玉米淀粉越少弹性越小。这是我们的预测，因为我们认为没有玉米淀粉，它将变成一堆烂泥。
（5）我们的图表
玉米淀粉的多少是如何影响自制弹力球的弹跳高度的？
（6）发生的变化
水会弹跳吗？不会。这里的任何成分会弹跳吗？不会。现在试试这个弹力球。它会弹跳吗？是的。为什么？那是因为化学反应。当所有的物质被放到一起时，会产生化学反应，这个反应主要发生在胶水和硼砂之间。这个变化就是当你混合所有成分时，这个球或聚合物会弹跳。
（7）对这些材料和变化的新认识在生活中的应用
以前你不知道弹力球是怎么弹跳的，现在如果别人再问你这个问题，你应该能回答了，不是吗？现在，如果你想回家后做一个可以弹跳的东西时，也可以从容地去做了。现在，当你再拿起一个弹力球时，你会从不一样的角度去看它了。
（8）我们的预测
就像你看到的，我们之前的预测并不正确。为什么呢？我们认为那是因为烂泥和油灰是非牛顿力学的液体，所有更多的玉米淀粉就更像固体，它不会快速地压缩和复原。为了改进这个实验，我们用了二分之一汤匙的玉米淀粉。在将来我们认为弹力球的原理会运用于汽车制造。
（9）总结
动能：能使物体移动的能量。
势能：具有转化为动能的能量。
聚二丁烯：一种橡胶，用于汽车轮胎和弹力球。
化学反应：一种永久性的反应。
聚合物：大分子包含许多亚基。
非牛顿流体：一种介于固体和液体之间过渡状态的物质。
印象和体会
· 学生的科学素养得到锻炼和培养
在这个项目中，除了惊叹五年级学生表现出的超强自主探究能力外，我还对学生们在这个过程中获得的科学素养有着很深的印象。项目报告的规范性前面已经有详细的介绍，而在展示材料中，我还注意到几个具有共同性的细节。
（1）项目来自于问题。在项目的检查清单中有一项要求——这个实验是由什么问题驱动的？这项要求是驱动学生去意识到，科学探究来自于问题，并要研究问题和解决问题。因此，学生在实验探究的过程中，要去挖掘这个实验的核心问题是什么，从而帮助学生思考和认识这个实验的本质。
（2）与单元核心概念相联系。这也是检查清单中的一项要求。这个项目探究源于本单元的内容，所以学生在进行实验的过程中需要思考实验背后的本质知识是什么，从而回归到概念和原理知识。如Carmen 组的报告说在他们的实验中用到的核心概念是“密度”和“分子”，Natasha组的报告说：“我们对物质和材料的了解帮助我们进行可靠的选择。通过这项实验，我们能够理解材料的属性是怎样影响材料的。”
（3）图表和流程图的运用。检查清单明确规定学生必须用图表来表达实验中可以观察和测量的现象，这也是科学实验中基本和必要的方法和手段。最终，各个小组都在自己的实验中找到看对应的观测点，并将观测结果以图表的形式呈现出来。虽然不是所有小组的观察、测量、记录、结论都那么科学或正确，但是这种重要方法的应用经历却会深深印在学生脑海中，成为他们科学研究能力的一部分。大多数小组还画出了实验过程的流程图，这无疑是对学生归纳、简化和清晰表达能力的锻炼。
（4）参考资料注明来源。所有小组的项目报告中都注明了所参考的资源来自于什么网站。
· 探究和报告的“真实”
虽然各小组的实验主题都来源于在网上找到的有趣的科学实验，但是由重复实验（或改进实验）到生成整个项目，过程、结论、问题、假设等所有项目内容都是学生亲自经历并发展生成的。
如Carmen和Jana 组的项目报告中写道，“我们的目的是：希望能看到油和水的不同之处，后来我们想看到把泡腾片放入装有油和水的瓶子里会发生什么。我们的假设是：我们认为小的色素泡泡会先上升，再下降，然后重复这样的过程。我们想，这个现象发生的原因是泡腾片释放二氧化碳，二氧化碳会带着色素浮在油的表面，然后二氧化碳在最上面，释放出色素。因为色素比油和水重，所以它又再次下沉。这个过程重复进行，直到泡腾片完全溶解为止。我们的结论：为什么油比水轻？因为色素上升又下降。油分子浮在水分子表面。当我们把瓶子倒过来后，水跑到上面，但是油和水的成分不会混合。这一切发生是因为油分子和水分子是分离的”。这样的探究报告并不完美，有的组语焉不详，有的组探究不深，有的组内容逻辑不严密，但可贵的是，这些过程和结果都是学生亲自经历的全过程，来自于自己所做实验的内容、结果和现象，基于他们自己的观察与疑问，是他们真实科学认知和能力的反映。
· 自信大方的表达和交流
科学展中，每一个小组的学生都非常自信大方地向家长介绍其实验的内容。因为从头至尾每个环节、每个内容都是学生自己经历、自己制作的，所以交流时他们都能侃侃而谈。在和Rufus 交流时，我请他演示一下他们组的实验内容，他打开PPT，问面前的观众：“你觉得弹力球是如何弹跳的？是什么让弹力球弹跳的？”他自信中甚至带点狡黠和挑战地直视着我的眼睛问问题的样子，让我印象深刻。
可以说，通过这个探究项目的实施，让孩子们“像科学家那样思考和研究”不再是一句空话。“源自问题- 探究问题”的科学研究思维，“假设- 结论”“现象-原理”的科学实验研究核心要素，用图表呈现观测数据的科学研究方法，清晰规范地呈现科学研究的过程和结果，都在这个做中学的过程中得到真正的落实和锻炼。
最后通过科学展向公众宣讲、解释疑问、交流意见，更是对孩子们表达、沟通能力的锻炼。我深深体会到，只要提供机会，只要敢于放手，只要设立足够精细规范的研究指导框架，只要指导老师具备这样的意识，培育这样的氛围，学生的潜力远远比我们想象的大得多！
（本文作者系上海市浦东教育发展研究院刘惠琴，本文原载于《上海教育-环球教育时讯》6月刊，有所删节，更多内容，请参见杂志。）
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