教育信息化不能让科研实验平面化,该如何培养有“一万种能力”的学生? 一起来看看!

时间:2024-03-25 07:57:33 编辑:

导读 【教育信息化不能让科研实验平面化,该如何培养有“一万种能力”的学生?】具体的是什么情况呢,跟随小编一起来看看! 《细节决定成败》的...

【教育信息化不能让科研实验平面化,该如何培养有“一万种能力”的学生?】具体的是什么情况呢,跟随小编一起来看看!

《细节决定成败》的作者汪中求曾经讲过一个故事:有一天他问三个小孩,旧轮胎有什么用?一个孩子说,可以放在码头让船靠岸时作缓冲用;另一个说,可以挂在外墙上标识“修车店”;第三个小孩则说,轮胎有一万个用途。“一万”是个虚数,轮胎的成分是橡胶,从它的微观组成来看,是原子。原子重新组合,可以形成未知数量的万物。

汪中求感叹,子曰“君子不器”,君子不要变成一个具体的器皿,而是要根据需要成为合适的材料,那发挥的空间就很大。同样,教学中,教师也需要有“轮胎有一万种用途”的逻辑,唯有如此,才有培养学生创造性思维的可能。

传统教学常常是点对点的理念,以一个知识点解决一个问题,学生需要用大量各种形状的容器去匹配不同的知识点,学习方式往往是记忆、背诵、整理、纠错,直到不犯错。但这不应该是学习的目标。就教师而言,引导他们去创造知识,甚至引导他们希望变成科学家,这才是培养高于应试人才的理想目标。

2017年,“新课标”对教学提出重要指导,要求培养学生的核心素养。这种素养的特征就是“大、通、合、跨”,仿佛是塑造能容万物的大容器。在“以学生为中心”的教育模式下,教师必须专注于让学生具有宽广的问题视野,在与学生研讨式的互动中启发和引导学生发现新问题,培养学生解决复杂问题的能力。而这种能力,归根到底,就是要培养学生的科学思维。

让学生具备活化知识和符号的能力

一般而言,个体的学习,就是直接面对人类既有的认识成果,这些客观事物及其联系,往往以符号及符号系统呈现。但每个人的头脑中其实还有一种知识体系,那就是日常生活知识,它不是静态的文字符号,而是可以在教师带领下,通过实验、探索等方式去弄清其原理。

以化学为例。学生往往因为实验吸引而喜欢化学。实验中,丰富的变化是物质在一定条件下发生变化的过程,有高于表象的原理——对学生而言,这是一门创造性的学科。将学生领进化学大门的是一些经典的趣味实验,也可称化学魔术,如大象牙膏、魔棒点灯、红绿灯、碘钟等。

蓝瓶子实验自1960年至今经过多次改进,已形成稳定、安全、重复性好的兴趣实验。实验原理是:空气中的氧气和葡萄糖在碱性条件下发生氧化还原反应、借助有机分子亚甲基蓝(白)颜色的周期性变化,摇晃锥形瓶时呈现蓝色、静止后又无色。当学生看过“热闹”后,他们会思考,非得加葡萄糖吗?那么多还原剂,可不可以用铁粉呢?生活中食品包装里的脱氧剂主要是铁粉,而亚甲基蓝是花鸟市场观赏鱼用的杀菌药,容易获得。

有学生尝试了改变,发现制造变量可以复制,他还发现月饼包装袋里的脱氧剂侧边有条红线,当打开包装、脱氧剂暴露在空气中后,这条红线会逐渐变成蓝线,这也是蓝瓶子实验的原理,通过红线是否变蓝来表征脱氧剂是否有效,从而可推知食品是否安全、是否变质。

化学有很大一部分知识是在需氧和抗氧中博弈,由此衍生出很多化学方程式,让学生觉得繁杂难学,但若在真实应用中引导学生理解记忆,不过就是二元论:得和失、阴和阳、正与负。

趣味实验引导学生进入理科世界,它的教学功能具有延伸性,不仅为学生学习化学埋下种子,还能引导学生走向自主实验、解密实验背后的化学原理。正如2024年央视春晚的魔术节目,全国观众跟着刘谦做扑克牌匹配实验,成功者期待解密、失败者更希望知道真相。

教师的作用就是将学生的眼光引向真实世界,并将这些不同事件关联起来。而善假于物是发展科学思维的智慧保障,透过表象看本质,当学生有活化公式符号的能力、有以一当十的策略,才能具备科学思维。

教育信息化不能让科研实验平面化

培养学生的科学素养,实践和体验是重要环节,这些都离不开实验室和实验工具。值得注意的是,当下部分学校常常会过度强化实验安全而导致教师平面化处理实验,由此产生学生的实验体验不足的问题。

平面化实验即播放实验视频,教师为了节约上课时间,让学生看实验。从时间成本而言,典型的演示教学包括教师现场搭建实验装置、加装药品、启动实验、废液处理、拆除装置等步骤,至少十分钟,这还不包括因不可控因素导致实验失败、重做的时间。

而如今,信息技术加持下,教师在播放视频时还会快进或只放反应发生那一瞬间的镜头,可能只需花一分钟甚至更少,正如我们质疑“5分钟短视频看一场电影是否真的看了一场电影”一样,这样的实验课上,学生是否真的做了实验?有时,教师不仅是为了节约时间,还有对普及信息技术教学的误解,或者对实验存在安全隐患的回避,甚至可能是教师本身的科学素养不足。学校的学习空间有四分之一到三分之一是实验室,而这些空间的使用情况和产出,是一个需要重视并研讨的课题。

实验的确时间花费较多,如果将实验项目与作业融合起来,让学生回到生活中去体验,可以化解时间成本的问题。事实上,越贴合生活的小实验,越能得到学生的共情。比如日常网购、外卖等可以带来保鲜、保活、低温、自热、缓冲、牢固等与材料有关的科学议题;学生的文具袋里可以有pH试纸、胶头滴管等学习工具,通过测定生活中常用物质的酸碱性的活动,自主形成样品处理、物质提纯、误差分析等实验方法。但这些活动往往需要教师结合课程标准的要求和教材内容,为学生提供项目,放大学习空间,让学生在鲜活的现实生活情境中思考、实践,认识科学的本质,养成科学精神,提高科学素养。这样的实践作业并非增加学生的作业量,而是将习题转化成锻炼学生解决真实问题能力的实验。

学校的学习空间有教室、实验室、图书馆、运动场,当这些空间都被充分利用时,当我们的学生能够“泡”在实验室和图书馆时,我们的学生就能更好地发展科学思维,用预见去超越未见。

从科学实验到思想实验,学生收获探索未知的热情

俗话说,眼见为实,但那些未见的呢?高中课堂上,学习燃烧三要素时,有学生会问,有没有第四要素?蜡烛在太空中是否能燃烧?2023年9月21日,神舟十六号航天员为地球上的青少年做了蜡烛燃烧的实验。蜡烛在地球上燃烧,火焰呈长条形,而在失重条件下,因为无重力即无密度大小,冷热气体不会产生对流,火焰燃烧呈现球形且不能持久。航天员在相距地球400公里的中国太空站为青少年解密,实验现象符合学生的想象和推测,激发学生产生更多设想,等待被证实或证伪。

哲学上有个名词叫“思想实验”,即呈现一种想象的场景,由此激发直觉的或推理的回应,思想实验主要是激发思考和澄清难点,实验者从不同角度预测并加以解释,极有可能创造出新的知识。《庄子·天下》有“一尺之棰,日取其半,万世不竭”的例子,来预测物质的无限可分;伽利略的重力实验也是著名的思想实验,用以反驳亚里士多德的自由落体速度取决于物体质量的理论,也就是说伽利略并没有去比萨斜塔扔铁球。人类通过思想实验去触摸未来。

所以,创新的前提是思考,而思考的前提是知道,不仅是知道“知道的”,还要知道“不知道的”,才可能开展思想实验。只有切实开展实验教学,体验从趣味实验、自主实验、创新思维、思想实验的进阶,让学生形成科学精神和科学思维,旧轮胎有一万种用途的想法才会自然生成。

“轮胎”也是一个思想实验,我们不少学生刚进入高中就开始忧愁高考“3+3”的选科,认为选择的科目与未来职业有不可更改的联结,将自己陷入未知性的恐慌中。其实,唯有培养学生的核心素养,当他们成为“大而通”的人,那就具有一万种的工作能力和改变世界的冲动。

来源:文汇报 作者:曾德琨

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