大學(xué)教授用折紙上出科學(xué)探究的真味道！
? ? ? ?——科學(xué)課與科學(xué)史的交融
廣西師范大學(xué)基礎(chǔ)教育課程研究中心的趙光平教授專注開發(fā)探究式的科學(xué)課程。他給研究生上的《探究科學(xué)》專題課程，主要是讓我們知道科學(xué)與教育界存在的兩種世界觀——理論科學(xué)家的世界觀與實(shí)驗(yàn)科學(xué)家的科學(xué)觀。而科學(xué)探究及科學(xué)探究課程的教學(xué)思想主要是基于后者。世界是未知的，也是不能完全依據(jù)已有的理論來計(jì)劃的。人類只有懷著好奇心，運(yùn)用科學(xué)探究的方法才能認(rèn)識(shí)不斷發(fā)展變化中的事物。
趙老師采用分組教學(xué)，主要通過給我們創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)思考，讓大家在小組中交流，并用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。小組活動(dòng)結(jié)束后，趙老師安排每個(gè)小組派代表上臺(tái)陳述觀點(diǎn)及解釋。大家討論完成后，趙老師一般會(huì)給出他自己的結(jié)論，也讓大家說說上完這節(jié)課的感受，并在最后說明這節(jié)課的設(shè)計(jì)意圖，讓我們這些研究生對(duì)探究科學(xué)課的理念有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。
這次課的問題情境是《折紙》。趙老師發(fā)給我們每人幾張報(bào)紙、面巾紙和A4打印紙，讓我們嘗試著用不同的紙去折出更多的次數(shù)，而他則氣定神閑地坐在那里觀察大家。
看大家完成的差不多了，趙老師就挑幾位同學(xué)上去講自己的做法與發(fā)現(xiàn)。
這節(jié)課的最終結(jié)論是，折紙的最大次數(shù)與厚度有關(guān)。那意義在哪里呢？先聽一下趙老師的現(xiàn)場慨嘆：我們這節(jié)課設(shè)計(jì)得有點(diǎn)兒像是在玩游戲。但玩兒和實(shí)驗(yàn)大家不要分得那么清楚，界限分明。非常遺憾，很多同學(xué)只是把它當(dāng)成游戲來玩了，而沒有下意識(shí)地將它作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)來琢磨一下。其實(shí)很多重要發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，正是在生活空閑中偶有發(fā)現(xiàn)，才產(chǎn)生了探索的想法后，再進(jìn)到實(shí)驗(yàn)里去研究的。
我們?cè)賮眍I(lǐng)會(huì)下這節(jié)課的設(shè)計(jì)意圖。當(dāng)報(bào)紙只改變面積大小時(shí)，每次可以對(duì)折疊的最大次數(shù)均為7。當(dāng)厚度增加時(shí)（報(bào)紙張數(shù)成倍增加即2n-1），折的最大次數(shù)就從7開始降為6、5、4、3、2、1，即n-1;由此推論，當(dāng)疊加的報(bào)紙數(shù)目為128張時(shí)，就無法再折了（當(dāng)然，這個(gè)過程中要算上那些不太能完全折的情況）。面巾紙和打印紙也有這樣的規(guī)律，只是當(dāng)各自為一張紙時(shí)，能折疊的最大次數(shù)不一樣。
盡管我當(dāng)時(shí)曾自告奮勇上臺(tái)去陳述其背后可能的力學(xué)原因，但趙老師說他的意圖不是要揭示什么科學(xué)原理，而是一種探究思考的方法。他想引出的是伽利略的“斜面實(shí)驗(yàn)”。
三百多年前，當(dāng)伽利略讓小球從不同傾角的斜面上滾下時(shí)，也隱約發(fā)現(xiàn)了類似于折紙的規(guī)律，即當(dāng)保持某斜面的傾角不變時(shí)，讓小球在不同位置滾下時(shí)，走的位移S與下滾到地面所用時(shí)間t之間存在S≈t2的關(guān)系。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件所限，數(shù)據(jù)上并不顯示出精確的關(guān)系。但伽利略堅(jiān)信自然現(xiàn)象背后一定是有簡單規(guī)律的。因此，他去除掉次要數(shù)據(jù)，尋找其間的近似規(guī)律，理想外推，最終解決了自由落體運(yùn)動(dòng)的問題。
這節(jié)課，用另外一種問題情境還原了實(shí)驗(yàn)科學(xué)家的思維實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，抓住主要矛盾，忽略次要現(xiàn)象的思想以及控制變量的方法被再次強(qiáng)調(diào)。
當(dāng)時(shí)的我，因?yàn)榻?jīng)常瀏覽“興華科學(xué)教育博客”網(wǎng)，略微了解一點(diǎn)兒這個(gè)教學(xué)內(nèi)容。雖然我也思考了一下其中的力學(xué)原理，但上課時(shí)玩兒的成份更多一點(diǎn)，甚至于還讀起了報(bào)紙上的“舊聞”?？墒牵n即將結(jié)束時(shí)，我陷入了思考中——教過幾年高中物理的我，對(duì)控制變量法是很熟悉的，而今天課上卻為何沒有主動(dòng)用上呢？是不是長久以來，我只重視結(jié)果而嚴(yán)重忽視了實(shí)驗(yàn)方法與過程？是不是長久以來只是關(guān)注紙面上的東西而少了真實(shí)情境下的體驗(yàn)？我在一線教書時(shí)是個(gè)有理科教育思想的老師嗎？這節(jié)課，真正意義上是面向過程與方法的教學(xué)設(shè)計(jì)，是由自然現(xiàn)象生成為實(shí)驗(yàn)探索再轉(zhuǎn)入研究方法（數(shù)學(xué)工具的引入）甚至到科學(xué)思維的不斷進(jìn)階。
趙老師不止一次地強(qiáng)調(diào)過，探究科學(xué)課程的設(shè)計(jì)立足點(diǎn)是建立在學(xué)生內(nèi)部知識(shí)體系中已知與未知的交叉部分上。這樣才能讓學(xué)生有探究發(fā)生，而非興致毫無或望而生畏。真實(shí)的問題情境，引發(fā)思考和認(rèn)知沖突，讓已知世界與未知世界開始有了交互。而這樣的探究歷程也是發(fā)生在實(shí)驗(yàn)科學(xué)家身上的。當(dāng)我們?cè)陂_發(fā)一門課程或是具體的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，是不是能將教學(xué)素材與科學(xué)歷史情境相交融呢？科學(xué)教師是科學(xué)家共同體在教育界中的代表。其實(shí)，在傳遞科學(xué)知識(shí)與科學(xué)方法的同時(shí)，我們更有責(zé)任將科學(xué)家的探索過程及思想與科學(xué)課堂建立起聯(lián)系，在回溯歷史時(shí)讓我們的學(xué)生能與大師們產(chǎn)生探索真理的共鳴！
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