1、小学科学地球与宇宙教学策略概览专题讲座小学科学“地球与宇宙”教学策略概览 北京市密云县教研中心 李伟臣 关于教学策略概念界定，众说纷纭，莫衷一是。“通常意义上，人们将教学策略理解为：在不同的教学条件下，为达到不同的教学结果所采用的手段和谋略，它具体体现在教与学的相互作用的活动中。”（何克抗主编教育技术培训教程（教学人员中级）2007年10月第一版第50页）与人们常说的教学模式相比，它比较灵活。在一个模式中，可以采用多个策略；同一个策略，则可以应用在不同的模式中。 在新课程改革中，探究学习的模式得到普遍推崇，相应的教学策略研究也得到普遍重视。例如，探究学习的“5E”教学模式，参与、探究、解释、迁
2、移、评价的五个基本环节中，每个环节的实施都要有相应的策略支撑（详见表 1）。 表 1 5E教学模式的运用（策略） 阶段 阶段说明 教师行为 学生行为 参与 教师提出关于周围事物的一些问题，将学生引入学习状态，同时，了解学生的已有背景知识和概念 引起兴趣； 产生好奇心； 提出问题； 引起反应，以便了解学生对于主题知道和思考了些什么。 问问题，如 “为什么这样？ ”、 “对于这个我已经知道了什么？ ”、 “关于这个我能发现什么？ ”； 对于主题表现出兴趣。 探究 学生制定计划进行研究，收集证据回答问题。 鼓励学生在没有教师直接指导的情况下共同工作； 当学生相互交流时注意观察和倾听； 在必要的时候提
3、问探索性的问题间接指导学生的调查； 为学生提出质疑的时间； 给学生充当顾问。 在活动范围内自由思考； 测验预言和假设； 形成新的预言和假设； 尝试各种选择，并与其他人进行讨论； 记录观察结果和观点； 对判断提出质疑。 解释 在学生探究和解释的基础上，教师正式揭示一些词汇、概念和原理。学生在教师的指导下，使用新知识建构科学的解释，回答最初提出的问题。 鼓励学生用自己的语言解释概念和定义； 要求学生给出理由（证据）； 提供正规的定义、解释和新的短语； 用学生已有的经验解释概念。 解释可能的解决方案或其他人的答案； 批判性地倾听他人的解释； 对他人的解释提出质疑； 倾听和尽量理解教师提供的解释； 参
4、考以前的活动； 在解释中运用记录的观察结果。 迁移 学生运用新的理解解决新的问题 期望学生运用正规的短语、定义以及以前提供的解释； 鼓励学生在新的情境中运用或扩展概念和技能； 提醒学生注意模糊的概念； 向学生提及现存的数据和数据，并问 “你已经知道了些什么 ”、 “你为什么这么想 ”。 在新的近似的情境下运用新的短语、定义、解释和技能； 运用原有的信息提出问题，提出解决方案、做出决定、设计实验； 从证据中总结出合理的结论； 记录观察结果和解释； 在同伴中检查理解。 评价 教师和学生用正式的或非正式的方法评价新的知识、理解和能力。 当学生运用新的概念和技能时观察学生； 观察学生已经改变了的思维和
5、行为的证据； 允许学生评价他们自己的学习和过程性技能； 问一些开放性的问题，如 “你是怎么想的 ”、 “你有什么证据 ”、 “对于这个你知道些什么 ”、 “你如何解释 ”等。 运用观察的结果、证据和以前接受的解释提出一些开放性的问题； 展示对概念或技能的理解或知识； 评估自己的进步和知识； 提出鼓励进一步探究的相关问题。 在表 1中，我们可以将教师行为部分视为教的策略，将学生行为部分视为学的策略。在实施教学时，应视具体的教学内容和教学条件来选择与其相适应的策略。学生探究的内容类型不同，策略的选择也会有所差异，但总体上仍会体现教学模式的基本环节。 基于大家对“生命世界”和“物质世界”的教学策略概
6、览的了解，本讲继续就“地球与宇宙”方面的教学策略展开研讨。 一、 “地球与宇宙”相关背景知识 首先来看宇宙。“宇宙”一词，最早出自庄子这本书，“宇”代指的是一切的空间，包括东，南，西，北等一切地点，是无边无际的；“宙”代指的是一切的时间，包括过去，现在，白天，黑夜等，是无始无终的。宇宙是万物的总称，是时间和空间的统一。宇宙是物质世界，不依赖于人的意志而客观存在，并处于不断运动和发展中。宇宙是多样又统一的。它包括一切，是所有时间和空间的统一体，没有时间和空间就没有一切。 宇宙中各天体系统的排列层次如下图所示： 再来看地球。在浩瀚无垠的宇宙中，地球不过是一颗微不足道的行星，它的结构基本上按物质密度
7、大小的顺序分异，从外向内大致呈现同心圆状分布，主要包括地表以上的大气圈、水圈、生物圈和地表以下的地壳、地幔、地核。对于人类来说，它是我们赖以生存的唯一家园。 “地球与宇宙”相当于中学地理（自然地理）学科的内容。 人类居住在地球表层。地理学就是研究地球表层环境与人类活动关系的一门学问。有了一定的地理知识，才能从更高的层面上去关爱我们居住的地球表层。 地理学研究的对象是由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈（由地壳及上地幔顶部固体岩石组成）所构成的地理环境。地貌、气候、水文、土壤、植被、动物是地球表层自然地理环境的最基本的自然要素。其中，地貌、气候、水文是地球表层的无机成分。土壤、植被和动物是地球表层的有
8、机成分。它们共同构成了完整的地球表层系统。 全日制义务教育科学（ 3-6年级）课程标准（以下简称标准）关于地球与宇宙的内容标准主要涉及地球的概貌和组成物质，地球的运动而引起的各种变化，天空中的星体三大部分内容。 通过对前两部分内容的学习，学生将在已有粗浅认识的基础上，获得有关地球的更完整印象。让小学生用探究的方法研究地球物质的性质，不仅可以使他们获得有关的知识，了解科学探究的过程和方法，体验到探究的乐趣，还可以使他们对习以为常的地球物质“刮目相看”，意识到地球物质的价值和保护它们的重要性。 天空中的星体这部分内容为小学生撩起了星空的神秘面纱。他们通过观察记录太阳和月球的运动变化，探究它们的运动
9、模式，锻炼自己的毅力；他们通过了解人类对宇宙奥秘的探索，认识科学的进步和人类智慧的潜力。这部分内容的教学重点是点燃小学生的求知欲，这远比告诉他们太阳的直径、温度更重要！ 地球与宇宙内容标准框图： 有关“地球和宇宙”知识的学习，不仅可以满足儿童的好奇心，还可以使儿童了解人类为科学地了解宇宙所做的努力。儿童通过对地球物质的学习，了解地球物质对人类及其它生物生存的意义，从而对地球物质怀抱感激之情。同时认识人类活动对地球物质的破坏，树立保护人类唯一家园的意识。 从总体上看，“地球与宇宙”部分的学习内容中，很大一部分都是大尺度的、特别宏观的，远距离的东西。这在没有现代化信息技术手段之前，要完成这些任务将
10、会非常困难。 二、“地球的概貌与地球的物质”教学策略 （一）地球的概貌 标准在本部分中要求： 1.1 知道地球的形状、大小。 1.2 知道地球是由小部分陆地和大部分水域构成的。 1.3 知道地球内部有炽热的岩浆。 1.4 了解人类对地球形状认识的历史。 1.5 了解地球仪、地图的主要标识和功用。 学生通过前三项内容的学习，将能从内外两方面获得比较完整的 地球总轮廓印象；通过对科学史的学习，有助于他们形成科学是不断发展的价值观；通过对地球仪和地图的认识，既能在小学生头脑中形成一个完整的地球表面概貌图景，又能为学生的生活带来便利。 主要教学策略 ： 1、 充分利用地形地球仪和地形地图 小学阶段主要
11、了解的是地形地球仪和地形地图，主要标识包括比例尺、颜色等少数几个最普通的。 （1） 从学生第一次接触地球仪开始，就应明确告诉学生地球仪是地球的模型，要示范地球仪正确的摆放方法：地球仪的北极应始终朝向实际的北方。 （2） 在具体应用中认识地球仪和地图的功用和主要标识。如：结合相关的照片和视频认识地球的形状；通过观察地形地球仪的颜色区分陆地和海洋，利用数经纬网的格数分别估算陆地和海洋的面积；根据比例尺计算地球的大小；通过在地球仪或地图上找自己家乡、祖国及其他国家大致位置、地形特点、距离远近等活动综合认识地球仪和地图的功用。 在地球的物质部分，认识自然界水资源的分布时，同样要用到地形地球仪。 （3）
12、 尽可能指导学生亲自尝试绘制地图、制作地球仪。（具体举例略） （4） 对地球内部特征的认识可借助地球的解剖模型，或利用其他图片。 2、 重视科学史内容的学习 （ 1）精心设问，尽可能激发学生的好奇心； （ 2）布置任务，尽可能鼓励学生广泛收集相关资料； （ 3）组织讨论，尽可能关注核心问题的解决方式； （ 4）梳理概括，尽可能明确人类对某一问题的认识过程； （ 5）总结提升，逐步形成科学是不断发展的观点。 对于科学史部分的学习，不能仅仅满足于教材提供的或从不同渠道收集到的资料的阅读。要尽可能引导学生对资料的分析。 例如：河北人民出版社科学“科学在线”栏目提供的资料是： 人类认识地球的历史公元2
13、至3世纪，古希腊的科学家们通过对出海的帆船、月食等现象的长期观察，提出地球是球形的假设。后来，人们通过对星空星座的观察，进一步证明地球是球形的。航海家麦哲伦绕地球航行一周回到出发点，用事实验证地球是球形的假设。随后，地球是球形的结论逐渐被人们广泛的接受。 1961 年前苏联宇航员加加林，驾驶“东方” 1号宇宙飞船，首次从上百千米的太空，惊奇地看到人类赖以生存的的地球是一个蔚蓝色的星球。 随着现代科学技术的不断进步，航天卫星和遥感技术的应用，人们能够精确的计算出地球形状的各种数据，证明地球是一个略扁的球体。 讨论题： 人类怎样知道地球是球形的？在人类认识地球的过程中，科学技术是如何发挥作用的？
14、河北人民出版社科学教师用书的介绍是： 地球的形状和大小地球是人类的摇篮。自古以来，人类就在不断地探索自己生存的这个世界，力图说明它的形状和大小。人们对地球的认识，由浅到深，经历了漫长曲折的过程，直到科学技术高度发达的当代，对于地球的形状和大小，才有了比较准确的科学认识。 远古时代由于人类的活动范围有限，无法看到地球的全貌，长期以来，人们曾认为大地是平的。我国古代就有“天圆如张盖，地方如棋盘”的说法。 地球是球形这一概念最先是公元前五、六世纪的古希腊哲学家毕达哥拉斯（ Pythagoras）提出的。但是他的这种信念是因为他从理论上认为圆球在所有几何形体中最完美，而不是根据任何客观事实得出的。以后
15、，亚里士多德根据月食时月面出现的地影是圆形的，给出了地球是球形的第一个科学证据。公元前 3世纪，古希腊天文学家埃拉托斯特尼（ Eratosthenes of Cyrene）根据太阳高度和观测地的距离，第一次用数学的方法计算出地球的周长。公元 726年我国唐代天文学家一行主持了全国天文大地测量，利用北极高度和夏日日长计算出了子午线一度之长和地球的周长。 1622年葡萄牙航海家麦哲仑（ Ferdinand Magellan）领导的环球航行证明了地球确实是球形的。 17世纪末，牛顿研究了地球自转对地球形态的影响，认为地球应是一个赤道略为隆起，两极略为扁平的椭球体。 1733年巴黎天文台派出两个考察队
16、，分别前往南纬 2的秘鲁和北纬 66的拉普林进行大地测量，结果证明了牛顿的推测。 20世纪60年代后人造卫星上天，为大地测量添加了新的手段。现已精确地测出地球的平均赤道半径为 6378.14千米，极半径为 6356.76千米，赤道周长和子午线周长分别为40075千米和39941千米，北极地区约高出18.9米，南极地区低下去243米。有人说地球像一只倒放着的大鸭梨。其实，地球的这些不规则部分对地球来说是微不足道的。从人造地球卫星拍摄的地球照片来看，它更像是一个标准的圆球。 现在我们可以利用人造地球卫星给地球拍照片，可以乘宇宙飞船或航天飞机直接观察地球，甚至到月球上面观察地球，通过这些途径可以很清
17、楚地知道地球是球形的，但是在古代，人们怎么知道地球是球形的呢？ 教师实际教学时，一定要想法设法激发学生的好奇心，视本校学生的实际情况，适当要求学生课前收集一些有关地球形状和大小的资料。因为多数学生已经知道地球是球形的，课上讨论时，要把重点放在人们都用了哪些方法来证明地球是球形的，科学技术（包括方法、手段、设备、工具）的发展是怎样帮助人类更准确地认识地球形状的。在学生充分讨论的基础上，教师要引导学生梳理人类对地球形状认识的三次飞跃，以形成科学不断发展的观点。三次飞跃是：天圆地方球形椭球体不规则椭球体。 科学课中应重视科学史教育，这将有助于学生形成科学是不断发展的价值观。“地球与宇宙”部分有关科学
18、史的内容还有“了解古人对昼夜成因的猜想与哥白尼的贡献”；“探索宇宙的历史”等内容，教师都应认真对待。 （二）地球的物质（岩石、沙、土壤、水、空气） 标准中有关 “ 地球的物质 ” 的要求有 14 条，大致可以分为两大类，详见表 2 。 表 2 地球的物质部分内容标准简单归类 组成地球的各种基本物质（也包含各种物质之间的联系） 组成地球的各种物质与人类及其它生物之间的联系 2.1 能用不同的分类标准对岩石进行分类。 2.2 知道主要的能源矿产、金属矿产及其提炼物的名称。 2.3 知道土壤的构成。 3.1 知道自然界水资源的分布。 3.2 知道水能溶解一些物质。 3.4 欣赏自然界水体的美丽。 4
19、.1 能用一定办法证明空气的存在。 4.2 了解人类对空气性质的利用。 2.4 设计不同土壤对植物生长影响的实验。 2.5 意识到人类生存与陆地物质的密切关系，意识到保护陆地物质的重要性。 3.3 意识到水与生物的密切关系。 3.5 知道水域污染的主要原因。 4.3 知道空气对生命的意义。 4.4 了解人类活动对大气层产生的不良影响。意识到保护大气层的重要性。 标准将自然大纲中作为独立部分的水、空气整合进地球物质主题。这样处理有利于在全球尺度上把握地球系统的组成物质（岩石圈、水圈、气圈），及其相互之间的联系，这是对地球本质面貌的真实反映；还可以把宏观层面水、空气的属性，如水域、水体、大气层等与
20、微观层面水、空气性质的学习统合起来。 标准 加强了组成地球的各种物质与人类及其他生物之间的联系方面的内容。这是可持续发展教育需求的使然。应该让儿童从小就对地球物质怀抱感激之情并对其日益受到危害的状况给予高度的关注，这是标准中培养目标十分强调的一点。 作为四大圈层间的过渡带，土壤圈是一个运动的开放的物质与能量系统，与地理环境不断地进行物质和能量的交换和转化。地理环境中的水分、养分、空气和热量不断向土壤输入，引起土壤性质发生变化，形成不同的土壤类型。 主要教学策略： 教学“组成地球的各种基本物质”方面内容的基本程序 教学内容为“形态、构造、性质、变化”的教学，首先指导学生把认识对象（物体的形态、构
21、造、性质、变化过程）分解为若干部分，分别进行观察、比较；然后把观察的结果综合起来，描述出这个物体的整体特征、性质或变化过程；最后指导学生运用本课学习的知识和方法识别物体，或用本课学习的方法观察、描述其它物体的形态特征。教学过程的基本模式如下图： （引自人民教育出版社 殷志杰老师关于课型研究的理论，下同） 例如：教学土壤一课 常规的教学 (略 ) 探索性教学（刘老师的教学实例）第一课时，野外考察。学生带着工具到学校附近的田地中实际观察土壤。老师先提出一些具体要求，然后学生分组观察土壤并记录。当学生有了足够的发现后，再要求学生取回土样作细致观察。（主要是自然状态下的观察） 第二课时，课内分析。每个
22、小组的桌子上都摆放着放大镜、一次性塑料杯、沙布、脸盆 (里面装着水)，学生们也带来了自己取来的各样土壤。教师首先引导学生提出若干想研究的问题。学生提的问题很多，刘老师把学生的问题简约地逐一写在黑板上，然后指导学生对问题进行了整理，选定了本节课可以尝试着通过实验去进行研究的问题：除了看到的东西外，土里还有些什么？上面的黑土与下面的黄土里面主要有什么不同？干土与湿土的颜色不一样与什么有关？土壤里有没有空气供蚯蚓等小动物呼吸？之后，老师请每个小组讨论选择认为自己有能力研究的问题来研究。 研究之前， 刘老师要求各小组同学商量一下，针对所选的题目，要用到什么材料，怎么实验 (方法、步骤 )，哪些东西是需
23、要记录下来的；有了一个比较明确的计划后再动手。（分析过程） 十多分钟的活动后，各个小组都有一些发现。学生纷纷交流他们的发现并提出自己的解释，教师予以适当指导，并组织相应的讨论。（综合过程） 此后，布置了 3 个课后完成的作业：考察本村农田里的土壤，腐殖质的形成实验，生活垃圾对土壤的危害。（运用过程） 5 模式的教学针对“土壤中有什么？”的问题，如果用 5 模式来上会怎样呢。下面是选自教作为探究的科学一书中的教学设计。 材料准备：土壤（庭院土壤）、明矾、带盖的塑料小瓶（小瓶直径大概英寸，高约英寸）。注：英寸 .厘米 参与 1、 提问：土壤中有什么？我们怎么知道？ 探究 2、 观察庭院土壤 往小瓶
24、中加入 英寸深的土壤。 往小瓶中加入一小撮明矾。告诉学生，明矾是一种用来做泡菜的化学物质。它们是安全的，但是不要尝它们。 往瓶里加满水，盖上盖子，用力摇动。 把小瓶放在桌上，静置不动。 几分钟后，观察小瓶里的现象，记录下来。明矾就像分离剂，使土块分离成小颗粒，易于分层。学生可以观察到，在小瓶底有砂石，细沙位于砂石之上，再上面是黏土、水，一些生物的残片浮在水面上。 解释3、 提问：根据你的研究结果，你认为土壤里有什么？哪些成分颗粒比较大，是砂石、细沙还是黏土？为什么？迁移和评价环节缺省。 对三个案例的思考： 常规的教学，按部就班，注重探究活动的过程和结果，指导较多。 美国的案例问题明确，探究活动
25、设计简捷，探究结论比较明确。 中国刘老师的案例更符合新课程改革的要求，不仅仅关注探究的结果，更关注探究的过程。只是教师的指导稍弱，科学知识的学习不够明确。 三个案例的切入点不同，均关注对认识对象的描述，都有分析综合的过程。 2. 教学“自然界物质之间相互联系”方面内容的基本程序 “自然界物质之间相互联系”方面内容的教学，首先引导学生把自然事物间的“多边关系”分解为一个个的“双边关系”（有的是一种事物分别与其他几种事物之间的双边关系，有的是每两种事物之间的双边关系），分别进行研究；然后把分别研究的结果综合起来，从整体上把握这些自然事物之间的相互联系；最后再引导学生把学到的知识广泛联系实际。教学过
26、程的基本模式如下图： 3、突出观察活动的设计与指导观察是最基本的科学探究技能之一。在“地球的物质”部分的教学中，既有对具体物质的观察，也有对现象的观察。在教学时除了要注意具体的观察步骤外，还要注意以下几方面：（）观察活动要有比较充裕的时间，使学生充分地进行观察。（）要指导学生运用“整体部分整体”的方法进行观察。这实质是一种“分析综合”的方法。运用这种方法，有助于全面地观察。（ 3）要教给学生运用比较的方法进行观察。通过比较，有助于发现物体的细微特征。（ 4）要重视观察结果的汇报。让学生用自己的话把观察到的各种情况充分地表达出来。只有这样，才能达到观察的目的，切实培养学生的观察能力。三、 “地球
27、的运动与所引起的变化”教学策略 （一）、 地球运动与天气变化 地球运动与天气变化这部分内容标准的撰写体例和其它部分有些不同，它包括了课程目标的诸多侧面：知识、动作技能、思维技能及情感、态度价值观。 “知道天气可以用一些可测的量来描述”，“能列举天气变化对动物行为影响的实例”是知识方面的目标；“会用温度计、简易风向仪、雨量器进行观测会收集有关数据，并能分析数据得出某些结论”，是技能方面的目标（科学方法）；探究风雨的成因是“过程技能”和知识结合在一起的目标；“欣赏美丽的天气”、“体会到长期测量和记录天气数据是非常有用的，”体验到天气对人类工作、生活的影响“是情感态度价值观方面的目标。 由于目标不同
28、，采用的相应教学策略也应有所区别。标准中提供了很多教学建议可供借鉴。 主要教学策略 ： 1. 运用 “学习科学方法”的基本教学程序，培养动作技能 测量是用各种标准化的工具及单位进行量化的方法。凡涉及科学方法的内容，教学时首先通过讲解、演示、分步操作、连贯操作等步骤，使学生初步掌握方法的要领，然后让学生使用不同的材料对这种方法反复进行练习，达到“初步学会”，最后引导学生运用学习的方法解决一些实际问题，以便检验学生是否真正掌握了这种方法。教学过程的基本模式如下图：例：气温计的使用 了解气温度计的基本构造，如底板、液泡、刻度等； 让学生尝试使用后，再按气温计使用的基本步骤讲解演示使用要领，并简单说明
29、这样做的理由； 要求学生两人一组，互相监督操作程序是否规范，如检查气温计是否完好、手持气温计的方法或悬挂位置、读取温度的方法、温度的读写等等； 强化练习，攻克难点，如零上温度和零下温度读数方法； 实际运用气温计，坚持至少记录一周的气温。 2. 运用 “认识规律和原因”的基本教学程序探究风雨的成因 探究风雨的成因属于认识自然事物的规律和原因方面的内容，这类教学是以归纳概括为中心展开的。根据教学内容和学生的学习情况不同，具体过程又略有不同：有时是按照“现象问题实验思考（归纳概括）结论应用”的程序进行的；有时是按照“现象问题思考（归纳、猜想）假设验证结论应用”的程序进行的。教学过程的基本模式如下图：
30、 举例 探究风的成因 利用身边材料尝试制造风，明确空气的流动形成风； 出示实验箱（进口和出口均有小风车），提出问题：怎样让实验箱内的空气流动形成风？ 学生尝试用吹、扇等方法在实验箱内制造风，小风车转起来了学生就认为有风了； 教师提供蜡烛，学生再实验，小风车同样能够转起来； 教师要求学生用画图的方式解释实验箱内的空气是怎样流动起来形成风的？（学生大多认为点燃蜡烛后，热空气会从蜡烛燃烧处分别向实验箱的进口和出口流动） 提供蚊香，利用烟的路径验证学生的想法； 指导学生针对实验现象作出合理的解释； 当学生知道冷热不同的环境是产生风的原因时，进一步让他们解释自然界中的风是怎样形成的。 3. 情感、态度与
31、价值观目标的达成 情感、态度价值观的目标达成，不是孤立的，它与科学知识和科学探究的目标是相互联系的，是互相制约互相影响的。因此，讨论情感、态度与价值观目标的达成必须与具体的教学相结合。 在活动中体验。说教和贴标签式的教育没有任何意义，当学生的言行不一时，教学的效果是负向的。只有在具体的实践活动中体验，才会真正收到成效。 在过程中渗透。很多时候，学生只要老老实实地按科学探究的基本程序和要求完成学习过程，很多教育性目标是不必点出来的。 在交流中感悟。组织学生的交流活动时，只要稍加指导，对许多问题的看法大家就会互相启发下有所感悟。 在积累中提升。很多目标的达成都不可能做到一步到位，只有日积月累，才有可能从量变到质变。 早在 1992年出版的九年义务教育全日制自然教
