叶笛
【摘 要】融通式科学教育倡导将各学科知识融会贯通，从而获得对科学本质的深刻理解。融通式科学教育聚焦综合科学素养，重视知识之间的类比，强调方法之间的迁移，关注事物之间的联系。教师可通过“基于课程标准，批判借鉴教材”“创设问题情境，产生认知冲突”“联系生活实际，促进迁移应用”等策略实现深度学习，提升科学核心素养。
【关键词】融通式 科学教育 深度学习
相较于其他学科，科学最鲜明的特征就是“动手实验和探究活动”。科学不同于物理、化学、生物学的是其“基础性和综合性”特点。《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出：“义务教育科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程，具有实践性。”目前，科学课主要面向小学生。科学课所适用群体的认知特点决定了此学科知识相对比较简单、浅显，缺少所谓的“高深性”。然而，作为一门启蒙教育的基础性学科，科学对于一个人的成长具有独特的促进作用和不可替代的长远价值。
一、融通式科学教育聚焦综合科学素养
笔者在近二十年的青少年科学教育的一线教学实践中，逐步探索并形成了融通式科学教育的个人教学主张。“融通”即融会贯通，融会—融合领会，贯通—贯穿畅通，就是把各学科的知识、规律、方法、思想等融合汇集在一起，在头脑中进行二次加工，抽离和提炼出通用的、本质的核心内容，并从中获得全面、深入、透彻的理解。与其把科学作为“一门学科”来对待，不如把它看作“一类学科的集合”。因为，在这门学科里包含了物理、化学、生物学、地理以及数学等多门学科中最基础的一部分知识。在科学教材中，这些学科知识并不是按某一学科知识体系呈现的，而是以主题的方式将多个学科的相关知识糅合交织在一起，更贴近学生的生活实际，易于学生联系已有生活经验。而科学教育的核心目的，也不仅仅是让学生学会这些相关学科的基本概念而已，还要让学生能够从这些单一学科知识的学习中加深对科学本质的理解，习得科学研究的一般方法，掌握科学实验的基本技能，培养科学研究的严谨态度、传承求真的科学精神。方法的习得不能脱离具体知识的学习，需要以知识为载体。因此，以提升科学素养为宗旨的科学教育要以科学知识的学习和具体探究活动的实施为主体。但学习科学知识并不只是让学生知道一些简单的科学事实，记住一些基本的科学概念，背会一些通用的科学原理，以及运用所学科学知识来解答一些问题，还要让学生依托知识载体，发展科学思维，形成科学观念，内化科学思想，养成科学办事习惯，从而提升综合科学素养。因此，在科学课堂教学中，笔者特别强调促进学生深度学习的发生。
二、融通式科学教育重视知识之间的类比
融通式科学教育的核心思想就是知识的“类比”与方法的“迁移”。所谓“类比”，就是将两个不同事物各自的属性进行一一罗列，相同的属性越多，二者的相似性就越大。这种方法在我们的日常生活中早已被广泛运用，也非常适合低龄学生建立起事物之间的联系，有助于学生实现从朴素的生活经验向抽象的科学原理的认知进阶。学生学习新知识前头脑中已经形成了原有认知经验，其中有些是模糊不清的，有些是错误的，而科学教育就是为了更好地将新知识同化到学习者已有的认知结构中去，这就需要学生主动建立起新旧知识之间的联系。例如，在讲解“电流的磁效应”的时候，学生会自然而然地联系到生活中常见的、熟知的磁铁。对此，教师可以先从磁铁有哪些特性入手，引导学生归纳特点，如可以吸引铁制品，可以指示南北方向，会干扰小磁针，磁铁的同极相斥而异极相吸，等等。然后，教师引导学生制作一个电磁铁，并尝试验证其是否也可以产生同样的磁现象。通过“类比”可以判断电磁铁有磁性，进而再探究能够让电磁铁产生磁性的根本原因，最终发现“通电导线有磁性”这一科学现象。这种以“类比”为中心进行的教学设计，打破了传统的以“电流的磁效应”科学知识的讲授为中心的教学模式。以科学知识传授为中心的教学，强调学生记忆科学概念、规律、原理等陈述性知识内容；
而以习得科学方法为中心的教学，则更关注学生的核心素养，聚焦知识背后所赋予学生的能力。尤其对于低龄儿童而言，学习科学知识的核心目的并非熟记大量的科学知识，而是增强对科学的探索欲，生发对未知世界的好奇心，学习基础的科学探究方法，掌握实验操作的基本技能，为未来开展深入的科学研究奠定前期基础。
三、融通式科学教育强调方法之间的迁移
科学原本就具有良好的先天优势，学生渴望探寻未知的天性可以在这门学科的学习中得到释放。照本宣科的讲授式教学抹杀了学生对科学探究的欲望，因此，科学教育需要引导学生在探究实践活动中学习新的知识、习得新的方法、感悟科学的魅力。然而，教师对科学实验的粗浅理解和草率处理，令本该熠熠生辉的科学实验变得黯淡无光，丧失了宝贵的育人价值。融通式科学教育强调“方法之间的迁移”，让学生联系自己的生活实际，将某种方法从一处迁移到另一处，从而体会方法的普遍适用性，提高解决实际问题的能力。例如，在学习“物质由粒子构成”时，教材中呈现了一个非常经典的实验—将少量的高锰酸钾颗粒溶于水，吸取一部分溶液加入另外一杯清水中，以此类推，不断稀释溶液，而后利用逆推法判断原溶液中的高锰酸钾粒子数量巨大。传统教学方式就是教师呈现教材中的实验步骤，指导学生小组合作完成实验并观察现象后分析得出结论。学生在实验前并不明确实验的目的，全程被动地被教师牵着走，丧失了探究学习的主动性。其实，教师完全可以不呈现这个既定的实验，而是先抛出一个问题：“用什么方法可以证明一小勺高锰酸钾颗粒里面存在大量的粒子？”学生为了回答这个问题，绞尽脑汁地寻找解决方案。当学生提出将高锰酸钾颗粒分割成更小的粉末时，教师可引导学生思考：“如何将细小的粉末继续分割？”引导学生联系生活中用什么方法可以将白糖颗粒分割到肉眼无法观察到的程度，学生自然而然地想到了溶解在水里。而后，教师可顺势让学生回忆生活中自己涮洗毛笔的过程，想一想能否把用瓶子涮洗毛笔的方法迁移到这个实验中。在教师的循循善诱下，学生通过交流讨论，不断完善实验方案，最终提出趋近于教材的实验步骤。这个思维渐进的过程是传统教学无法实现的。学生不仅通过一个实验来理解科学现象，还经历了设计实验方案来验证假设的过程，从而提升了运用已有知识和生活经验解决新问题的能力。
四、融通式科学教育关注事物之间的联系
科学教育内容丰富多样、包罗万象，涵盖了物理、化学、生物学、天文、地理、数学等多门学科知识。而这些知识往往都是以碎片化的形式呈现的，不成体系。科学教育需要引导学生寻找学科之间的关联，探寻事物之间的联系，体会蕴含其中的规律。在对事物之间的区别和联系有了深刻认识的基础上，学生将提升透过现象看本质的分析能力。例如，在学习“酸、碱溶液混合后的变化”时，教材中提供的方式是向碱性溶液中不断加入酸性溶液，并实时检测溶液的酸碱性来说明“加入酸性溶液会使原溶液的碱性减弱”。尽管传统教学方式比较直观，却无法引起学生深入思考。通过观察实验现象，学生只能记住一个科学事实，却无法发展科学思维。科学的学习并不是仅仅通过展示一个又一个实验来反映客观规律，而应体现出其独特的“预见性”价值，即对客观事物发展趋势做出有根据的论断，并指向未来必然结果。针对本节课的教学内容，教师完全可以另辟蹊径，一改直观演示实验的呈现方式，而着眼于科学规律的探寻。教师可先呈现前一节课所学的“pH标度”，引导学生寻找其与数轴之间的关联。学生把二者进行全面深入的比较分析，找出二者之间存在的密切联系（见图1、表1），归纳出二者之间的共通性—数轴上的正、负数相互“抵消”的思想与pH标度上酸、碱溶液混合的“中和”现象高度契合，从而借助数轴来推断等量的不同pH酸、碱溶液混合后的酸碱性，再通过实验来验证假设正确与否。通过这一案例，学生提升了寻找事物之间联系的能力，发展了联想的思维能力。
表1 数轴与pH标度之间的联系
关联性 数轴 pH标度
关联点1 中间的数字为“0” 中间的数字为“7”（中性）
关联点2 从左往右数值逐渐增大 从左往右数值逐渐增大
关联点3 从0向右侧（正数方向）延伸，表示数字的值越来越大 从7向右侧（碱性区域）延伸，表示碱性越来越强
关联点4 从0向左侧（负数方向）延伸，表示数字的值越来越小 从7向左侧（酸性区域）延伸，表示酸性越来越强
五、融通式科学教育有利于实现深度学习
在教育领域，深度学习关注“促进高阶思维的发展”，更强调批判性理解、抽象事物本质、重构原有认知、迁移与运用等。融通式科学教育将知识学习转化为能力提升，注重培养学生分析、综合、归纳和总结的能力。在面对实际生活中的真实问题时，人脑总是需要从各个学科存储单元中检索、筛选、判断出有用的知识信息，再将这些信息整合起来加以运用，从而解决实际问题（见图2）。传统的教学更强调如何将学科知识以结构化、系统化方式输入人脑固定的学科单元中加以存储，并辅以强化训练巩固加强记忆。而灵活运用所学知识解决复杂的实际问题，则需要学生具有筛选和重组多学科知识的能力。因此，科学教育需要教师采取多样化教学策略以促进学生实现深度学习。
图2 人脑调取有用知识解决实际问题的过程
1. 基于课程标准，批判借鉴教材
传统教学往往采用照本宣科的方式，完全依照教材内容实施教学。但教材只是为课堂教学达到课程标准的要求所提供的一种可能实施的教学内容参考，教材的编写顺序是按照材料内容的相互联系而组织起来的，并不一定符合教学活动的逻辑顺序。因此，教师需要批判性借鉴教材，做必要的、适当的拓展延伸，根据课堂教学的实际需要优化教学内容，才能促进学生的深度学习。教学内容的难易程度既要依据课程标准的规定，还要符合学生的认知规律。只有教学内容适切，课堂教学才会有新的生长点，科学探究活动才有开展的价值。
2. 创设问题情境，产生认知冲突
尽管科学课程本身具有吸引力，但平铺直叙、生搬硬套的教学方式也会令学生感到枯燥乏味。教师需要通过创设问题情境，打破学生原有认知，进而激发学生的探索欲。当学生看到匪夷所思的现象后，会先积极搜寻已有知识来解释现象或解决问题。当他们绞尽脑汁也无法应对挑战时，就出现了强烈的认知冲突，并产生积极的探寻意识，进而更加主动获取新知识来完善和重构原有的认知结构。这是促使学生从浅层思维活动走向深层思维活动的契机，能够激发他们从低阶思维到高阶思维的跃迁。
3. 联系生活实际，促进迁移应用
在传统教学中，科学原理往往以专业实验室中的典型实验来呈现，在教师讲授知识后，学生通过相应的习题来巩固理解，并未将知识迁移到生活中，科学知识成了书本上的“死知识”。其实，科学规律或原理可以衍生出多种变式应用，教师需要基于日常生活筛选出最有典型性和针对性的应用实例，引导学生分析其中蕴含的科学原理，学以致用。例如，教师在讲授“电流的磁效应”后，学生并不能领悟到电磁效应的价值。教师呈现“电磁起重机”工作视频，让学生对比磁铁来分析电磁铁的工作原理，学生才能够体会“电磁铁的磁性有无是可控的，磁性的强弱也是可调的”，这是电磁铁的独特优势，从而联系到生活中更多利用电磁效应工作的装置，如磁悬浮列车、电动机、电磁弹射器等。
总之，融通式科学教育“不以知识学习为本位”，而倡导“以知识学习为载体”，促进学生科学思维的发展，特别强调提升学生洞察事物之间联系和运用多学科知识解决实际问题的能力，从而促进学生实现深度学习，提升学生的综合科学素养。
责任编辑：赵继莹
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