资源简介

2021新苏教版四年级下册科学教材分析
专项学习
像科学家那样……
设计意图
1.主题的提出
科学探究是人们探索和了解自然、获得科学知识的重要方法。在科学教学的过程中，教师应该鼓励学生“像科学家那样”，以探究的方式来学习。教师应理解和把握什么才是“像科学家那样”。
首先，教师要带着学生像科学家那样去“做”科学。“做”科学，一方面要培养观察、测量、分类、实验、推理、预测、控制变量、假设、解释、交流等技能，另一方面要亲历科学探究的过程。从儿童认知发展规律及科学学习的一般特征出发，《课程标准》将科学探究过程概括为八个要素：提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价。这八个要素，表达了科学探究过程的结构。具体的科学探究技能，在科学探究过程结构中运用，形成了科学教学中学生“看得见的探究”。
更重要的是，教师要带着学生像科学家那样去“想”科学。就像加德纳说的那样，科学有着这个领域的系统思考与质疑方式。学过像科学家那样思考的人应该明白，科学家不问“为什么”的问题，他们善于对与问题有关的现象进行分析，通过对各个因素的分析，找到可以进一步研究的问题并提出假设。
要使一项假设成立，必须制订研究计划，通过合理的实验来检验假设的因果关系。像科学家那样“想”科学，就是要以证据为基础，运用各种信息分析和逻辑推理得出结论，公开研究结果，接受质疑，不断更新和深入。在这个过程中，运用和发展创造性思维、逻辑思维是科学探究的主要特点，体现出科学课的学科本质。
因此，探究式学习是学生学习科学的重要方式，是在教师的指导、组织和支持下，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究的过程，以获取科学知识、领悟科学思想、学习科学方法为目的的学习方式。从发展儿童科学素养的角度来看，动脑想与动手做必须紧密结合，不可偏废。正如加德纳在《受过学科训练的心智》中指出的那样：“要想得到学科思维的训练，绝不仅仅是用事实填满脑袋就行，而应该深入研究某一事件的细节，从中发展出学科思维的脉络。”
培养学生能够“像科学家那样”是一个循序渐进、日积月累的过程。在日常的科学教学中，围绕概念的发展，学生应该也必须亲历科学探究的过程。如果鼓励学生对探究活动进行反思，帮助学生回顾与勾画探究路径的结构，对一些方法的要素加以点拨提升，那么学生必然能体悟到科学探究的一般思路，掌握科学方法的要旨，这也正是苏教版小学科学教科书设置专项学习“像科学家那样”的用意。
本套教材中，专项学习“像科学家那样”与“像工程师那样”一起，构成两个面向的技能方法发展体系。在一年级到六年级的12册教材中，分上、下两册交替安排，各有侧重，做到依据学生的发展水平，选取不同的重点和深度，让学生获得探究能力、思维能力、实践能力等多方面的提高。
专项学习的选题，选取有利于清晰凸显探究过程及其要素的活动，旨在帮助学生更好地掌握探究的技能和方法。发展学生探究过程技能的教学，并非仅在本专项学习中进行，它已经逐步渗透在各年段教学过程中，但各有侧重。每学年所安排的专项学习强调的要点，教师要有所把握，在日常教学中即应有所体现，并在专项学习中帮助学生进一步整理、明晰，对科学探究的技能方法与思维方式形成完整的认识。
2.对《课程标准》的落实
本套教材中的专项学习“像科学家那样”，以落实《课程标准》对科学探究能力发展的目标为指向，结合教材编写组的研究，将科学探究过程细化为八个步骤，在遵循《课程标准》提出的要素基础上，又有一定的特色，包括：提出问题、作出假设、查阅文献、设计方案、搜集证据、处理信息、得出结论、分享交流。这八个步骤在本套教材中遵循螺旋上升的设计思路：在低年段，由发现问题、寻找证据、分享交流这三个步骤统领；进入中年段以后，扩充为提出问题、作出假设、设计方案、搜集证据、处理信息、得出结论、分享交流这七个步骤；进入高年段以后，又增加了查阅文献。通过这样的编写安排，对学生过程技能的训练和提升得以进一步凸显。
本册教材的“像科学家那样”选取了“摆的快慢和什么因素有关”这一主题，通过提出“摆的快慢与什么因素有关”这个问题，让学生在教师引导下，亲历对这个问题的探究过程。在四年级，重点对提出问题、作出假设、搜集证据和处理信息进行较为细致的指导。首先，让学生进一步掌握提出问题的方法，在之前学习的基础上，引导学生提出“探究某种变化与什么因素有关”的问题；其次，强调在作出假设时，要尽可能把影响结果的因素都罗列出来，但一次只能选择其中的一个作出假设，培养学生“公平实验”的科学态度；再次，对实验中的观察、记录等证据搜集方法和要求进行指导，要求学生要认真、客观地做好实验记录，有条件的情况下，实验要多做几次，确保证据的准确可靠；最后，在信息处理上，将数据整理的方法引入科学探究活动，具体提出学生应运用表格，以后还会有更多的信息处理方法被运用在科学探究中。需要指出的是，虽然着重在四个方面提出了新要求，体现探究过程技能的螺旋发展，但并不意味着未被突出强调的方面(如得出结论、分享交流等)在探究过程中不重要，这些过程同样要让学生去经历，特别是之前学习的思考的方法，要给学生一些时间去加以运用。
3.在整套教材中的地位
随着学生年段的提升，苏教版小学科学教科书对科学探究活动的指导要点就技能要求，在一、二年级的基础上，又有所提升。
科学探究活动指导要点(一、二年级)
年段
发现问题
寻找证据
分享交流
一
年
级
多提与这些词有关的问题：谁、什么、怎么样、什么样、哪里……
寻找证据时可以：通过观察，收集有关信息。用图画、照片、文字来记录。
分享交流时可以：整理记录的信息。在班级展示你的发现。
二
年
级
多提与这些词有关的问题：谁、什么、怎么样、什么样、哪里……
多提自己能够研究的问题，并能通过观察和实验找到答案。
寻找证据时可以：通过观察和实验收集。用图画、照片、视频、文字或数据等记录。
针对提出的问题，寻找合适的证据。
分享交流时可以：整理记录的信息。把观点和结论说清楚。展示找到的证据，并说明获得证据的过程。认真倾听，提出疑问。
科学探究活动指导要点(三——六年级)
提出问题
作出假设
查阅文献
设计方案
搜集证据
处理信息
得出结论
分享交流
三年级
有些科学
问题和对
比有关,
通过实验
来解答。
设计对比
实验注意
公平性。
根据实验结果对假设进行判断
结合结论进行介绍,质疑时要有证据
四年级
问题可以是探究某种变化与什么因素有关
可能的因素都罗列,一次选一个作假设
实验多做几次;认真客观做好实验记录
用表格记录整理信息
五年级
可以通过查阅资料去寻找答案的问题
对不同人作出的不同假设,要寻找证据
去哪里收集?尽可能用第一手资料
区分观点和证据;交叉考证的方法
分门别类进行整理,用各种方式进行整理
结合证据得出结论;无论证据能否支持假设都要实事求是
撰写论文或制作PPT;倾听及质疑
六年级
细心观察,怀疑批判就能发现可研究的科学问题
了解他人的研究,为自己提供借鉴
完整研究方案的结构
尽可能多地记录观察的数据和现象;思考别人的疑问,有针对地收集信息
从图表中概括关键信息
有时需要继续求证;得到否定假设的结论也是科学探究的成果
展示证据及结论,接受质疑,反思他人建议,作出评价
本套教材从一年级到六年级共安排了六次科学探究指导、六次工程实践指导，且都放置在每册教材的最后。从科学探究与工程实践的教育目标的视角出发，专项学习在整套教材的探究能力培养、品质提升中居于核心地位，是整套教材的重要组成部分。
在一、二年级的过程要素上，突出了提出问题、搜集证据和分享交流三个要素，并以适合一、二年级学生年龄特点的方式，用发现问题、寻找证据和分享交流这三个词语来表达。
从三年级开始，进一步拓展到全部的探究过程环节，仅将查阅文献这一独特的探究方式在五年级专门介绍。从三—六年级科学探究活动指导要点来分析，体现了由观察到实验、由定性到定量、由简单到复杂，逐步螺旋上升的特征。
4.次级主题的构成及逻辑关系
本册教材的专项学习“像科学家那样”主要由两部分构成。第一部分介绍科学家所具有的共同素养，以李四光、哥白尼、魏格纳和竺可桢为例，用科学家的事迹，使学生体悟科学家关注大自然，并力求解答大自然中无数的“为什么”，表现出“对世界充满好奇”“不盲从权威”“重视证据”“持之以恒”的科学品质。第二部分从观察摆及摆动现象入手，让学生亲历“提出问题—作出假设—设计方案—搜集证据—处理信息—得出结论—分享交流”的过程，着重对提出问题、作出假设、搜集证据、处理信息进行指导。
从探究技能的提升来看，四年级逐步将学生进行对比实验的能力，从直接观察可见的现象及其变化，向需要通过收集数据、整理数据的对比实验上提升，在对比实验中牵涉的因素更多，更需要学生在细致观察的基础上进行思考与分析，并基于已有经验和所学知识，从现象和事件发生的条件、过程、原因等方面提出假设。对运用观察与测量工具，运用统计图表来记录、整理信息，以及有条理、合逻辑地陈述证据和结果，也有了更高的要求。
第一部分引导学生理解科学家所具备的共同素养，总体而言偏重于科学学科所强调的态度、精神。每个学科都承担着学科育人的重任，科学学科在培养完整人格方面，理应突出学科的本质，传递科学的核心价值。而价值观念的塑造，是通过亲历探究活动逐步渗透的，这也就提醒我们，第一部分的内容要引领第二部分乃至整个科学教学活动中的价值追求。
教学目标
通过自主阅读和交流介绍，了解科学家的事迹，知道科学家的共同素养，体悟科学家的科学精神，激发科学探究的意识。
能够从观察单摆运动的现象中发现问题，经历“提出问题—作出假设—设计方案—搜集证据—处理信息—得出结论—分享交流”的科学探究过程，并通过回顾这一探究过程中各个环节的要点，形成对科学探究活动要素的整体认识。
学习像科学家那样思考问题，记录实验数据，运用表格进行信息分析，经过逻辑推理得出结论，并能够依据证据进行分享和交流。
活动框架
课时建议等
1.课时建议：2-3课时。
2.重点与难点
重点：了解和掌握提出问题、作出假设、设计方案、搜集证据、处理信息等方面的新要求。
难点：提出“某种变化与什么因素有关”的问题，并根据这个问题作出假设，设计对比实验时通过控制变量来做到公平实验。
3.教学准备
教师材料：教学课件。
学生分组材料：可调节摆长、摆重和度量摆幅的单摆装置，铁架台，细线，钩码，卷尺，秒表，实验记录表等。
参考资料
单摆在科学史与科学教学中的作用
单摆对伽利略、惠更斯、牛顿、胡克等科学家而言，是非常重要的。单摆的研究带来了很多重要的成果：准确的计时方法，进而解决经度问题；发现守恒和碰撞定律；测定重力加速度g的值，表明g从赤道到极地的变化，进而确定地球为扁球体；为牛顿综合地面力学和天体力学提供关键证据，说明基本定律在太阳系中具有普适性；为地球绕轴自转提供动力学证据；惯性质量与引力质量相等；精确测量地球的密度，进而得到地球的质量，等等。可以说，在近代科学史上，单摆起到了重要的作用。历史学家伯特·霍尔说：“在物理学史中，单摆扮演了非常重要的角色。从17世纪初伽利略宣布单摆运动定律的公式到20世纪初它被更精确的装置取代，单摆在天文学、引力和力学中要么是研究的对象，要么是研究问题的手段。”
对于小学生而言，他们所能研究的关于单摆的现象，只能在摆的快慢与摆长、摆重、摆幅中什么因素有关上，其背后简约的单摆公式小学生还不具备理解的知识基础。但是，摆的有关规律，伽利略在1632年出版的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》和1638年出版的《关于两门新科学的对话》中就明确地提了出来，包括：质量无关定律、摆幅无关定律、摆长定律和等时性定律。
正因为单摆在科学史上具有如此重要的地位，一些科学教育专家提出，单摆运动在科学课堂教学中具有非常重要的意义，它能够将一些重大的科学主题体现在教学中，如：
现代科学发展过程中数学、观察和实验的相互作用；
科学与文化、社会之间的相互影响；
哲学与科学的相互作用；
物质对象与科学作用下这些对象之间的区别；
在为科学主张辩护或证伪的时候，经验证据所起的不确定性作用；
现代科学概念化和常识概念化之间的对比。
虽然这些重大的主题很多都超过了小学阶段的认识水平，但是，单摆运动的研究，对于学生亲历完整的科学探究的过程，学习细致观察、发现问题、分析要素、作出假设、搜集量化证据等科学探究的技能，实在是非常好的载体。又正因为单摆在未来更为复杂和深入的科学学习中，将反复被研究和深化，或许也使得这一次的探究活动更加具有对科学不懈求索的意味。

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