【摘要】科学启蒙教育需要教师站在儿童的角度，理解儿童、关照儿童，在教学中精心安排材料，多安排学生摸摸、数数和装装等捣鼓实验材料的活动，让他们在对材料的或随意、或重复、或有序的“摆弄”中获取更多的直接经验，并通过研讨突出和放大与问题有关的细节，让学生的问题得以展示，假设得以验证，思维得以深化和发展，引导学生在短短四十分钟时间内经历像科学家那样的科学探究过程，从中感悟获取科学知识的方法和过程，从而领悟科学的真谛，提升科学素养。
【关键词】小学；科学；理解儿童；材料；摆弄；聚焦问题；验证假设；发展思维
2012年底，由中央教育科学研究所小学科学教育研究中心和教育科学出版社主办了第三届教科版小学科学优质课评活动，以“探索儿童的科学”为主题，给全国广大科学教育工作者指名了小学科学课程改革的方向。2014年4月，由杭州师范大学继续教育学院等单位主办的第78届浙派名师暨全国小学科学名师经典课堂教学艺术展活动在杭州举行，再次把“理解儿童”作为主题，12位特级教师或名师从教学目标的确定、教学内容的编排、教学策略的设计及课程资源开发等方面着手，多角度、全方位地进行了展示，通过引导孩子们学习科学、体验科学和探究科学的精彩演绎，为科学教师们提供了一个个智慧的实施案例。
小学科学课程标准指出： “小学科学课程是以培养科学素养为宗旨的科学启蒙教育”“在小学阶段，儿童对周围的世界有着强烈的好奇心和探究欲望，他们乐于动手操作具体形象的物体，这一时期是培养科学兴趣、体验科学过程、发展科学精神的重要时期。”科学启蒙教育需要我们从科学视野走向儿童视野，站在儿童的角度，理解儿童、关照儿童，在教学中精心安排材料，多安排学生摸摸、数数和装装等捣鼓实验材料的活动，让他们在对材料的“摆弄”中获取更多的直接经验，并通过师生对话突出和放大与问题有关的细节，聚焦关键节点，通过操作活动这一中介平台，让学生们的问题得以展示，思维得以深化、发展，引导学生在短短四十分钟时间内经历像科学家那样的科学探究过程，从中感悟获取科学知识的方法和过程，从而领悟科学的真谛，提升科学素养。
一、理解儿童注意的特点：让学生在随意“摆弄”中聚焦问题
注意是心理活动对一定事物的指向和和集中，小学的注意力很容易分散，虽然有意注意正在开始发展，而无意注意仍起着重要作用。因此，在小学教学上，充分利用儿童的无意注意，并积极发展儿童的有意注意，是使教学获得成效的重要条件之一。
“问题”是科学探究的起点，但问题不是凭空想想就能够提出来的，教师可以根据教学目标精心设计，把有助于揭示自然现象间某种关系的、有利于使学生原有认知与眼前现象发生冲突的材料组合在一起，把问题隐藏在这些特意组合的材料之中，使学生在随意“摆弄”这些材料的过程中，突出、放大与问题有关的细节，从而主动生成科学问题并产生迫不及待地想去探究的兴趣。
如五下《摆的研究》一课，要让学生经历推测“摆的快慢与哪些因素有关？”的过程并展开实验研究，得到实验结果。为此，笔者精心设计了能让学生在随意“摆弄”中就能提出“摆的快慢与什么因素有关？”的问题情境。教学时，学生一进教室，就看到桌上放有1个铁架台、1根线和1个重物。这是教师在课前就放在实验桌上的，每组的线的长短是不同的，每组的重物是体积相同而重量不同圆柱体，有的是铁块，有的是塑料块，是沉浮实验盒中的配套材料。教师在引导学生观察了桌上的材料后说：“能用老师提供的材料做一个摆吗？如果让我们的摆自由摆动15秒时间，会有几次呢？” 当各组把测得的摆动次数都板书出来后，教师提问： “发现了什么？”“有什么问题要问吗？”学生们纷纷举手回答：“每个摆的摆动次数是不一样的。”“为什么有的摆要快、有的摆要慢呢？” “摆的快慢与什么因素有关？” 教师接着提问：“你认为摆的快慢与什么有关呢？”学生们自然就联想到了各组材料的不同，很快就做出了“摆的快慢可能与摆锤重量有关”；“摆的快慢可能与摆绳长度有关”；“摆的快慢可能与摆幅大小有关”的猜想，并积极地设计了实验方案。
在整个过程中， 学生通过“摆弄”中获得了深刻的体验，不仅提出了合理的、高质量的科学问题，还很自然地提出了假设，形成了科学合理的探究方案，使实验目标更加明确，探究效率更高。
为学生提供具有启发性的材料给他们随意“摆弄”的机会，往往不需要教师太多的“开场白”，就能引起学生的注意，使学生在“不知不觉”中卷入问题情境，经历由“现象研究”到“问题提出”的过程，比如：当学生看到干电池、小灯泡和导线时，就会想到要让小灯泡亮起来，如果学生动手组装这些材料后发现有的小灯泡不能亮，就会根据这一现象做出“电路出故障了”的判断，从而提出“是电路中的哪一部分出了故障？”的问题；当学生看到磁铁、小铁钉、铜钥匙、玻璃弹珠和塑料尺等物体时，最想做的事情是用磁铁吸一吸这些材料，看看“磁铁能吸引什么物体？”。当学生用手捏一下浸在热水中的金属勺子上端，发现没有接触热水的勺柄部分也会变热后，就会产生“热是怎样传递的？”这一科学问题。
二、理解儿童感知的特点：让学生在反复“摆弄”中验证假说
心理学研究表明：对于儿童来说，技能的形成需要反复练习，他们常常依靠动手操作来认识和理解世界，而他们所能认识和理解的也往往局限于他们自己可以动手操作的具体事物。这是因为小学生对感知对象的局部和全体性把握还不够统一，很难把局部作为全体中的一部分去感知、综合与分析能力还比较差、对事物的感知往往凭直觉进行造成的。所以，教师应从学生的角度来审视与设计每一件实验材料，有效控制无关变量，引导学生通过亲身实践聚焦实验现象，收集基于事实的证据。并通过对直观现象的思维加工，获取对事物的正确认识。
1. 尽量选用有典型性的实验材料
如探究“声音是否由振动产生的？”这一问题时，笔者和学生一起准备了钢尺、皮筋、鼓、音叉、水盆、小泡沫块等有代表性、典型的材料，各小组设计了不同的验证活动：把钢尺按在桌边拨动，看到了钢尺在不停地上下颤动，捏住钢尺，钢尺停止颤动，声音马上消失；拉直皮筋后拨动它，看到皮筋在不停地来回摆动，捏住皮筋，皮筋停止摆动，声音也马上消失了；敲击鼓面，学生虽然看不出鼓面在运动，但能通过鼓上小泡沫块的跳动感觉到鼓面的运动；把刚敲击过的音叉放入水盆，学生也能通过观察水面的波纹感觉到音叉的运动。在实验中，学生不仅直接地看到了物体发出声音时的上下颤动或来回摆动，又间接感觉到了物体发声时的运动，在反复验证中，学生对“振动”这一科学概念有了丰富的认识，不仅有效地验证了自己的假设，还感受到了在探究中获取知识的快乐。
2. 尽量选用现象明显的实验材料
笔者在2011年浙闽两省小学科学教学研讨活动中执教的《热是怎样传递的》一课时，为学生准备的研究“热在金属片中是怎样传递的”实验材料让人耳目一新：金属片的其中一个面被涂上了蓝色的“颜料”，当学生在金属片的中心点加热时，蓝色马上会从中心向周围先后褪去，过了一会儿，金属片的一面恢复为蓝色的样子。当学生在金属片的边缘一个点加热时，蓝色马上会从加热处向周围先后褪去，过了一会儿，金属片的一面仍旧恢复了蓝色。学生们饶有兴趣地又开始了重复实验：加热后变色；放桌上冷却后恢复；再加热后再变色；放桌上冷却后再恢复……通过这些特殊的实验材料，学生们清楚地“看”到了热是从金属片上较热的部分向周围较冷的部分传递的。这节课上，不仅学生很有兴趣，连听课的老师也很好奇：涂在上面的是什么东西？课堂上，大家忍不住互相轻声询问起来。下课后，很多老师跑到材料区去看个究竟。
原来，这块金属片上涂的不是普通颜料，而是一种叫“温变油墨”的新型材料，这种材料具有遇热能快速变色、遇冷后又能很快恢复的特点。比起教材推荐的常规方法（在涂有蜡的金属圆片中心加热，观察蜡的融化情况来推测热的传递方向）来说，这套材料的有很多优点：既可以让热在金属片中传递的渐变过程变得更清晰、可视化，还可以解决在金属片上涂蜡烛油不均匀的难题；既可以让学生进行反复多次实验满足其好奇心，还可以减轻教师准备多个班级实验材料的繁重工作量。
3. 尽量选用易于理解的实验材料
在六下《在星空中（一）》一课中有“建一个星座模型”的活动，教材这样设计：用正方形纸板模拟天空，在上面打7个小孔，分别悬挂7颗橡皮泥小球模拟星星，然后用强光从侧面照射小球，看其在屏幕上的影子，从而得到北斗七星的图像。这个设计中存在着一个很大的问题：用橡皮泥小球来模拟星星并用强光从侧面照射看其影子来得到北斗七星的图像，与实际情况相差太大。因为实际的北斗七星是自己发光的，人们平时看星座时，其图像是在星星的原位置上得到的，只不过因为这些星星离我们太远而没有三维空间的感觉而已，教材上这种用投影的方式来得到平面图像的处理，其实是给学生的思维设置了障碍，增加了理解的难度。
笔者对该实验进行了这样的改进：把模拟星星用的橡皮泥改成了小电灯（发光二极管灯），用长短不同的电线把这些灯并联在电路中，实验时，学生只需装上两节干电池，星座中的所有星星都会发亮，从不同的角度透过一张半透明的塑料纸片观察这些“星星”，并在塑料片上描画出看到的图像，就可以得到不同形状的“北斗七星”的平面图像了。
该实验材料的改进很快拉近了模拟实验与实际现象的距离，这样的改进更容易使学生在观察活动中明白：星座是一些距离各不相同、彼此没有联系的恒星在天穹上排列的图像。
4. 尽量选用更具科学性的实验材料
科学性是选用实验材料最重要的标准之一，这是由小学科学的学科性质所决定的。因为，只有实验材料做到科学性，学生才有可能观察到所要观察的现象，发现所要发现的规律。
在《证明地球在自转》一课中，有一个要求学生通过实验发现“摆具有保持摆动方向不变的特点”的活动，很多教师做不成功，无法得出这个摆的特点。但这个实验是本课教学的关键，是必须做成功的，因为对“傅科摆证明地球自转”的理解是要在此基础上进行的。
该实验难以成功的主要原因是教材中的文字描述与插图中提到的实验材料存在问题，教材中的原话是这样的：“实验已证明摆具有保持摆动方向不变的特点。让我们也来做一个类似的实验：1.用铁架台（或自制木架）做支架，挂上一个摆。2.将铁架台和摆一起放到一个圆底盘上。先让摆前后来回摆动起来，再缓慢而平稳地转动圆底盘。”教材文字与插图提示用铁架台的竖杆当作这个摆转动的中心轴，致使摆在摆动时的中心位置在发生了移动，摆的摆动方向也就因此而发生改变了。
笔者对这一实验材料进行了改进：把铁架台改为三角架（摄像设备中的三角架），把重物挂在三角架上，再把三角架放在圆底盘（餐桌上的可转动的圆桌面）上，当这个摆摆动后，缓缓旋转三角架下面的圆底盘，观察者会发现：摆的摆动方向没有随着底盘的转动而转动，摆动方向真的是不变的！
三、理解儿童思维的特点：让学生在有序“摆弄”中发展思维
心理学研究证明：儿童的思维是从动手开始的，切断活动与思维的联系，思维就不能发展。材料是学生解决科学问题，获得科学知识、提高探究能力的基本载体，是学生感受科学与生活的联系、体验科学价值的重要资源。在教学中，我们常常发现：小学生对实验材料特别感兴趣，一旦确定了科学探究的问题，他们就会急于想得到所有的材料并开始动手操作。但是，过早地、整齐划一地呈现实验材料，会很容易造成学生注意力的分散与研究的混乱。因此，教师在为学生提供合适、有结构的材料的同时，还要注意材料的呈现技巧，让学生通过有序的“摆弄”验证假设、发展思维，从而有效建构科学概念。
1．在明确实验要求后呈现材料
同样是《热是怎样传递的》的一课，对于“热在固体中是怎样传递的”这个探究活动，有位老师这样处理：在讨论了实验操作方法（观察铝片上不同位置上的凡士林融化的先后顺序）后，问学生：“需要什么材料？”当学生把所需材料一一提出后，教师就让材料员来领取酒精灯、火柴、凡士林、铝片、夹子等材料了，当这些材料一到桌上后，组员们就迫不及待地“行动” 了：有的抢了火柴要点酒精灯；有的拿了凡士林要涂。教室里顿时热闹开了，但在热闹的背后，却隐藏着无序与危险，实验效果可想而知。这时候，如果教师有能力让学生安静下来，要求他们先了解“实验注意点”后再动手，学生还是会心不在焉的，老师的“友情提醒”在这里很难发挥应有的作用，即使他们的人坐端正了，他们的小脑袋里还会盘算着：等老师的话讲完后我要快点拿到最想要的那份，这是可以从这些学生不停地瞟着桌上某件材料的眼神中可以看出来的。
为什么会出现这样的情况？究其原因，是因为教师没有把握好材料呈现的最佳时机，发放材料前既没有出示给学生感知，也没有引导学生明确实验要求，学生注意力的分散必然会导致实验的无序和低效。
2．根据教学进度依次呈现材料
科学课中需要研究的问题大多是有层次的、逐步提出的。所以，准备的每一组材料要有极强的先后逻辑顺序，在教学时随着教学进度依次呈现。如《物体在水中是沉还是浮》一课，教材在编排上就存在着严密的逻辑关系，使学生从模模糊糊感觉到物体的沉浮与轻重、体积有关开始，在后续活动中又感觉到沉浮与轻重、体积无关，最后又感觉到与轻重、体积还是有一定联系的。这样一个从模糊到清晰，从肯定到否定又再次肯定的历程，都依赖于精心设计的材料，而这些材料只有随着学生思维的步步深入，分阶段、依次提供出来，才能在潜移默化中增强学生的探究欲望和动力，促使学生去一步步发现，从而在无形中调控了课堂教学秩序。
3．根据探究需要灵活呈现材料
一组材料预示着一个现象，不同的呈现方式会对学生探究活动的开展有直接的影响，因此，每一组材料的呈现方式要以让学生对其保持高度的重视为前提。
如果是上课一开始就要让学生观察的，教师可以把这些材料直接放在实验桌上，让学生一进实验室就把注意力集中在与这些材料有关的探究主题上，如前面提到的《摆的研究》一课，学生已经在前一节课的学习中已经对摆比较熟悉了，教师就可以直奔主题，组织学生让每组上不同的摆自由摆动起来，数一数15秒内摆动了多少次，学生很快就会发现“摆的快慢是不同的”这一现象，继而对“摆的快慢与什么因素有关”进行猜测并展开研究。
如果是上课中途需要使用的材料，教师可以事先把材料放在信封内、实验桌的抽屉里或其它隐蔽的地方，需要的时候再让学生拿出来。
还有一些实验材料，需要学生根据自己的设计方案领取，像三年级上册《比较水的多少》一课 “学生自行设计刻度杯比较水的多少”活动，因为每组的需求不同，教师就可以把学生可能用到的漏斗、烧杯、双面胶、试管等材料都放在一个区域内，组建一个“材料超市”给学生自主选择。
“儿童是天生的科学家”不是一个隐喻，儿童不断进行着自己的研究，或因困惑，或因好奇，他们不断的进行着自我挑战和科学实践，从而发展自己的理解。精心选择和合理安排有利于学生探究的实验材料，利用材料调控学生的思维，使其沿着正确的方向发展，可以使学生更容易地发现问题、解决问题、获取新知，让学生在较短时间内经历人类的几个月、几年、几十年乃至几百年研究的历程，使学生在亲身经历以探究为主的学习活动中更好地得到身心健康发展，从而培养学生良好的科学素养。