第二章 科学观察课的教学

|第一节|科学观察的意义

从事科学研究活动离不开科学观察。

科学观察是科学家进行科学实践活动的基本形式和重要流程,科学观察是连接自然现象和科学真理的桥梁。巴普洛夫曾经将“观察,观察,再观察”作为他的座右铭。作为科学研究的一种基本方法,科学观察不是简单地用眼睛看、耳朵听、鼻子问、用手摸,不是仅仅凭借人的感官在自然界中进行盲目搜索的活动。真正的科学观察具有目的性和计划性,要确定观察的对象、观察的角度、观察的步骤等等。这使科学观察区别于一般的感性认识活动。

小学科学课堂的观察是对科学家的科学观察实践活动的模拟,是小学生未来从事真正科学研究活动的预热和准备,亦是小学生认识周围五光十色世界的途径之一。他们借助观察走近世界、深入世界,让自己的内心世界和客观的自然世界联结在一起,从而打通内外联系的壁垒,获得对世界的理解。

小学生的课堂科学观察活动,因为受年龄限制,往往不够深刻,不够全面,主观性比较强,也很难持久。具体如下:

1.观察科学现象不够深刻
儿童认识周围的世界主要依靠自己的感官,包括眼睛、耳朵、鼻子、皮肤、舌头。他们睁开眼睛就能感受到周围的阳光,看到自然界的绿色,对此早此习以为常,他们并不会对这些现象进行深入地观察和思考,因此存在一种“熟悉的陌生”现象。例如,儿童可以通过农村生活、电视、动物园等途径看到牛这种动物,可是,如果你要让学生回答,牛这种动物有什么特点,它的进食和消化方式是什么样的,和其他动物有何区别,绝大多数学生都无法确切地回答,因为他们对熟悉的事物缺少有意识的观察。而科学观察不仅仅要观察那些显而易见的表象,更要通过严谨、深刻的思考得出科学的结论。
2.判断科学现象不够客观
小学生的观察活动,受主观的影响非常大。他们在接受信息的过程中,常常因为先入为主的认识局限,而将观察活动与想象活动纠缠在一起,不能厘清两者之间的关系。例如,低年级学生在观察蜗牛的过程中,经常会有学生说蜗牛缩进蜗牛壳,是因为怕冷或者怕人,他们常常忽视天气的炎热或者有人在场的环境特征。“求实、客观”是科学和观察活动的基本要求,是科学精神的精髓所在,也是科学学习活动的大前提。任何时候,任何活动,都不能偏离“客观”二字,否则观察活动再多再翔实,也不是科学观察。
3.认识科学现象不够全面
科学观察活动是通过观察者的观察,对一个事物的诸多方面形成整体的认识,这必然要动用观察者的诸多观察视角。小学生的观察活动往往具有“盲人摸象”的典型特征,他们往往看到了部分现象,就认为自己已经看到了全部现象;观察到动态的现象,就会忽视对静态现象的观察。
4.科学观察缺乏耐心和持续性
在日常观察活动中,很多自然现象,诸如宇宙星际的运转信息、植物的变化信息等,不是短时间内就能观察到的,也不是在课内能完成的,需要在课余时间有耐心地持久观察,才可能获得较多的观察认知。比如对月相的观察,要持续观察一个月,才能完整绘出月相变化图。小学生由于年龄的限制,很难做到持之以恒,很可能三天打鱼两天晒网,也可能虎头蛇尾。这种做法的结果是让科学观察半途而废,无法通过科学观察获得对自然、对宇宙的科学认知。

科学观察可以直接用肉眼,也可以借助放大镜、显微镜等仪器,或利用照相机、录音机、摄像机等工具,有时还需要测量。科学观察不同于一般的观察,要有明确的目的;观察时要全面、细致和实事求是,并及时记录;对于需要较长时间的观察,要有计划,有耐心;观察时要积极思考,多问几个为什么。在观察的基础上,还需要同别人交流看法,进行讨论。在引导小学生进行科学观察活动的过程中,有几个要素值得关注:

1.制订观察活动的计划
科学观察活动最主要的特征是通过观察活动获得一定的证据,而不是随机观察。这就要求观察者通过文字的形式制订具体的观察要求,促使整个观察活动围绕具体的目标有序进行,同时可以使观察活动的后续改进具有一定的框架。哪些观察活动还需要强化、哪些观察活动还需要保持、哪些观察项目需要改进等问题都与观察计划密不可分。
2.采用多种方式进行观察
科学观察要突破简单的“看”,形成深刻的“思”。依靠肉眼观察很多时候是无法突破的,需要借助工具进行观察,我们分别将其称为直接观察和间接观察。间接观察是获得更多观察结果的重要形式。例如,医学家为了观察到人类的肝、肺等内脏器官,而发明了核磁共振、X光等技术和工具,从而获得人类的更多病理信息。
3.进行客观、翔实的科学记录
科学观察只是科学活动的手段。科学之所以成为科学,就是因为具有无法改变的客观事实,这些事实的得来依赖于科学证据。科学记录是科学证据最直接的伙伴。所以进行科学观察活动时,要进行有效的、有序的记录活动。首先,记录要真实、客观,不能掺杂任何感情色彩,做到实事求是。其次,记录要翔实。对于观察的点滴都要进行记录,特别是一些意外现象的出现,均要记录下来,不排除最后的科学结论与这些意外之间的直接联系。
|第二节|动物观察课
动物观察课的教学主要是为了让学生通过观察活动,认识自然界的动物,了解动物的外形特征和生存环境之间的密切联系,了解动物的系统和生命之间的关联机制,从而了解动物生存的奥秘。

动物观察课的教学内容主要分为三大块:

一是生物体形态的观察和认识。引导学生通过观察比较身边常见的动物,如蚂蚁、蜗牛等,认识动物的外形特征和生活习性,从而培养学生的观察能力和观察意识。从简单动物的观察入手,逐步发展为观察鸟类、爬行动物、哺乳动物等,比较不同种类动物外形的区别。

二是生物体结构的观察和认知。认识多种生物,比较这些生物在接触相同环境时身体结构的异同,例如,同样是游泳,蛇依靠躯体扭动,鸭子依靠蹼划动,鱼类依靠鱼鳍摆动,人类依靠手臂和腿脚的配合。这些都需要学生深入观察。

三是生物体功能的观察和认知。生物的生命活动依靠各个器官协同工作,生物器官的工作原理是其功能的体现。这部分观察主要是模拟观察,让学生通过模拟,观察人体的心脏、肺、眼球等器官的结构和工作原理,理解动物的功能特征。

此外,对动物和周围环境的适应关系的观察,也应该作为重要内容。通过观察身边动物的生活变化,理解动物在气候、食物、空气、水源、温度等环境因素改变时,行为特征的同步变化。组织学生观察燕子、大雁等动物南飞北返的生物现象,感受动物与环境之间的紧密联系。

案例1——观察蚂蚁的外形特征
【案例背景】小学生对于蚂蚁的观察有两种途径:一种是自然状态下的观察,一种是课堂上的观察。自然状态下的观察更接近科学观察,是值得提倡的,但是由于环境等原因,学生不可能在自然界随时观察到蚂蚁,所以本课只能在课堂上观察蚂蚁。为了能够让学生顺利观察到蚂蚁的外形特征,需要准备一个透明的玻璃瓶子和一个有甜味的草棒。

【案例描述】

教学环节一:激发学生对蚂蚁的观察兴趣

师:蚂蚁是一个神奇的生命体,它会爬,会跳舞,会搬运食物,还会搭建房屋,它运动起来灵活协调,小小的身体充满神奇的力量。那么你们知道它的身体究竟是由哪几部分组成的吗?

师:请大家拿出笔,将你头脑中的蚂蚁外形用笔画出来,越详细越好。

生:(用笔画出自己印象中的蚂蚁)

师:每个小组的同学交流一下,看看你所画的蚂蚁和小组内其他同学画的蚂蚁有哪些部位是相似的,哪些部位是不一样的。

生:(小组内交流)

师:想知道我们所画的蚂蚁哪些是正确的,哪些是错误的吗?让我们一起来观察蚂蚁。

教学环节二:组织学生进行蚂蚁观察活动
1.研究观察蚂蚁的方法

师:我们想观察蚂蚁的身体结构究竟是由几部分组成的,可是蚂蚁总是喜欢爬来爬去,如何才能观察到蚂蚁呢?

生:我们可以等蚂蚁睡觉的时候去观察。

生:我们可以在桌子上观察。

师:蚂蚁爬动不利于我们的观察活动,我们可以想办法让蚂蚁静止一段时间,比如我们可以在棍子顶端沾点糖水,吸引蚂蚁。

2.用肉眼观察蚂蚁

师:请各组同学利用桌子上的蚂蚁饲养瓶、苹果片、草棒来观察饲养瓶中的蚂蚁。特别要注意的是:蚂蚁是非常弱小的动物,请不要用手指去触碰蚂蚁,观察活动结束后要将蚂蚁放到草丛里,不能伤害蚂蚁的生命。

3.用放大镜观察蚂蚁

教师一边巡视,一边观察。每个小组发放一个放大镜,这个工具将有助于小组的观察活动。

4.绘制蚂蚁身体结构图

师:观察结束,请同学们将蚂蚁饲养瓶放好,根据自己的观察重新绘制蚂蚁身体结构图,注意比较前面的绘制图和现在的绘制图有什么不同。

教学环节三:交流汇报观察发现

师:在刚才的观察活动中,我们发现蚂蚁的身体由几部分构成?

生:蚂蚁的身体由三部分组成。

师:每一部分都有哪些典型的特征呢?先说说最前面的部分。

生:最前面的是蚂蚁的头,头上有两个长长的触角,还有眼睛。

师:还有补充的吗?

生:蚂蚁的头部有嘴。

师:蚂蚁身体的中间部位是什么样子的呢?

生:中间有腿,由好几节组成。

师:有几条腿呢?它们是怎么分布的呢?

生:有六条腿,身体的左右两侧各有三条腿。

师:这三条腿还是一一对称的呢。那么,蚂蚁身体的最后一个部分有什么特征呢?

生:最后一个部分是圆圆的肚子,上面还有一圈一圈的印痕。

师:对,蚂蚁身体的三个部分,分别是头、胸、腹。蚂蚁有一对触角,猜猜看,这对触角是干什么的呢?

生:探测外界的信息。

生:和同伴交流。

师:你们说得都对。此外,触角还可以用来感知障碍物、寻找配偶等。你们再说说看,在你们第一次画出自己印象中的蚂蚁结构图时,最容易出错的是哪里?

生:我把蚂蚁的腿画错了位置,还多画了蚂蚁的腿。

生:我没有画出蚂蚁的触角。

生:我多画了一节身体。

师:看来我们印象中的蚂蚁与实际观察到的蚂蚁还是有很大的区别的。眼见为实,只有我们观察到的才是科学可信的。

案例2——观察蚯蚓的生活环境
【案例背景】蚯蚓是制造腐殖质的生物之一,蚯蚓的运动方式非常独特,学生通过对蚯蚓的观察可以深入了解蚯蚓的生活习性。生物与生活环境是匹配的,一定的生活环境造就了生物的习性。蚯蚓生活在土壤中,平时不容易观察到。因此,可以引导学生从细节观察。

【案例描述】

LD教学环节一:观察蚯蚓的外形特征

师:蚯蚓对我们来说是一种很神秘的动物,大家有没有见过蚯蚓呢?

生:我在操场上见过。

生:我在马路上见过。

生:我在草坪上见过。

师:那你们一般在什么时候见到蚯蚓呢?

生:在白天。

师:夜晚有人见过蚯蚓吗?

生:夜晚看不到,因为蚯蚓没有眼睛,在黑夜它看不见。

师:你确定蚯蚓没有眼睛吗?为什么这么认为?

生:我就是认为它没有。

师:到底它有没有眼睛呢?蚯蚓是什么样子的呢?我们一起来观察一下培养皿中的蚯蚓。

教学环节二:观察蚯蚓的生活环境

师:你们一般在什么天气情况下见到的蚯蚓比较多?

生:下雨后的路上,经常能见到蚯蚓。

师:看来蚯蚓喜欢雨天出来活动,那么蚯蚓生活在哪里呢?

生:生活在草丛里。

生:生活在土壤里。

师:从哪里可以观察到蚯蚓的居住环境呢?我们一起到花圃里找一找蚯蚓吧!

生:(观察蚯蚓的洞)

师:你们发现蚯蚓爬出土壤的洞有什么特征?

生:圆圆的,大小和蚯蚓的身体粗细差不多。

师:那么土壤里面蚯蚓的生活环境是什么样子的呢?我们一起来观察蚯蚓生活环境图。说说你观察到的蚯蚓生活的环境有什么特征。

生:我看到蚯蚓生活的土壤里有很多弯弯曲曲的洞,蚯蚓生活在里面,不需要阳光。

师:它需要空气和水分吗?

生:需要。它们经常从洞里出来就是为了获得空气和水。

师:其实土壤里面本来就有空气和水,蚯蚓喜欢潮湿的环境,所以下雨的时候,蚯蚓会出来活动。

LD教学环节三:探究蚯蚓的生活环境

师:蚯蚓真的不喜欢干燥的环境吗?为了研究蚯蚓是否喜欢干燥的环境,我们一起来做一个实验。在一个纸盒里放入干泥土和湿泥土,再将蚯蚓放置在里面。为了不让人为因素干扰蚯蚓的选择,我们将盒子盖上盖子,十分钟以后观察变化。

生:(操作实验,观察现象)

师:你们观察到什么现象?说明什么问题?

生:我们观察到蚯蚓爬向了潮湿的土壤,说明蚯蚓喜欢潮湿的环境。

案例3——观察蜗牛的生活习性
【案例背景】蜗牛是小学生经常见到的动物之一,也非常适合用来做培养学生观察能力的实验素材。小学生由于先入为主的思维模式,很多时候对观察带有主观想象的成分,如何引导学生抛弃自我的非客观认识方式,走向讲究证据的科学方式,对蜗牛生活习性的观察是一个值得借鉴的案例。

【案例描述】

教学环节一:观察蜗牛的外形特征

师:你们见过蜗牛吧?它是什么样子的呢?蜗牛喜欢生活在什么样的环境里?

生:蜗牛喜欢生活在花丛中、菜园里,它有一个圆形的壳,两个触角喜欢晃来晃去。

师:请大家结合自己的观察,将蜗牛的外形画在记录纸上,越详细越好。

师:我们一起来交流一下你们的观察。

生:(汇报蜗牛的外形)

教学环节二:探究蜗牛的生活习性

师:有没有同学知道,蜗牛喜欢吃什么样的食物呢?

生:蜗牛喜欢吃土豆。

师:你见过蜗牛吃土豆吗?

生:没有,蜗牛生活在地下,土豆上经常有很多洞眼,我猜是蜗牛啃的洞。

师:蜗牛究竟喜欢吃什么?不喜欢吃什么?有什么办法能知道呢?

生:我们可以让蜗牛去吃一吃这些食物。

师:我们可以一起来研究一下。我们可以先将蜗牛放在圆盘中间,然后大家小组讨论一下怎样进行观察。

生:可以将不同的食物放在距离蜗牛一样远的地方,分别放上生菜、牛肉、蘑菇、香干。把这些食物和蜗牛都装在一个盒子里,盖上盖子。中间不可以有任何干扰,每隔半个小时去观察一次,多观察几次,看看是不是一样的结果。

师:我们可以现场观察,如果没有结果,我们可以再多观察一会儿。每次观察结束,别忘了做好观察记录哟!

案例评析
上述三个案例虽然都是观察动物,可是观察的侧重点不一样。观察蚂蚁时侧重于观察蚂蚁的外形结构特征。将课堂观察的蚂蚁与其他图片上的蚂蚁进行比照,看看自己的观察结论与其他不同类型的蚂蚁特征是否相符。

观察蚯蚓时侧重于蚯蚓生活环境。蚯蚓喜欢黑暗、潮湿的生活环境,通过探究活动让学生确信蚯蚓真的不喜欢干燥的环境。在证据面前,学生才能信服。

观察蜗牛则侧重于蜗牛的生活习性。蜗牛喜欢吃什么食物?对于学生带有强烈主观色彩的猜测,教师要引导学生用实验活动替代主观臆断,并且比较主观认识和客观事实之间的出入,反思自我认识的不足,从而形成一种尊重事实、尊重证据的科学求实态度。

教师在动物观察课型的教学活动中,要善于把握观察的本质,围绕需要达成的教学目标,启迪学生调动自我的认识经验,善于制造观察障碍,引导学生从新的视角观察习以为常的动物,遵循科学研究的路径,获得更多的科学认识。在课堂教学活动中有以下几个方面值得注意:

1.动物样本的选择
尽可能选择生活中常见的动物作为观察对象。同时,这些小动物在课外可以随时找到,便于学生在课外持续地独立观察,不让观察活动随着课堂铃声结束而结束。
2.课堂教学的结构
主要从动物的外形特征的观察、生活习性的观察、生活环境的观察、动物自我保护的观察等主题展开。无论是学生熟悉的还是不熟悉的,教师一定要善于感知孩子的观察视角,从孩子知道的开始,向孩子不知道的进发,让孩子启动观察的触角。要以孩子的观察盲区为话题,引导学生进行深度观察。
3.观察本质的渗透
区分观察和动物两个主题的联系和区别,我们是借助动物实现观察的目的,而非以观察动物、发现动物特征为目的。观察的本质是有目的的研究活动,通过研究促进学生观察素养的提升。科学观察不是简单地“看”,而是科学研究的历程。学生对于观察任务和观察目的的理解和把握,对于他们提高观察质量和培养观察能力具有重要的意义。