正版新书]小学科学活动设计与指导/21世纪小学教师教育系列教材

第一章小学科学活动与创新教育第一节青少年科学活动与儿童创新素质的培养一、创新与创造二、创新素质的构成要素三、科学活动对培养儿童创新素质的意义四、青少年科学活动的新理念第二节创新思维概要一、创新思维的基本特征二、常见的思维定式三、创新思维的主要类型第三节创造技法基础一、头脑风暴法二、列举法三、设问法四、组合法讨论及思考题练习题或案例题阅读导航第二章小学科学活动的组织与管理第一节科学活动课程的功能与模式一、科学活动课程的功能二、科学活动的模式第二节小学科学活动课程的编制与实施一、小学科学活动课程的编制二、小学科学活动课程的实施三、小学科学活动课程的组织第三节小学科学活动室的建设与管理一、科学活动室的功能二、科学活动室的布置与配置三、科学活动室的管理讨论及思考题练习题或案例题阅读导航第三章小学科学活动方案设计第一节小学科学活动方案设计的基本方法一、选题二、活动目标确定三、活动资源准备四、过程设计五、评价方案制定第二节小学科学活动类型及指导策略一、小学科学活动特点二、小学科学活动类型三、小学科学活动指导的主要策略第三节小学科学活动资源的开发利用一、科学活动资源的类型二、科学活动资源开发的基本原则三、开发利用科学活动资源对教师的要求四、小学科学活动资源开发的途径讨论及思考题练习题或案例题阅读导航第四章专题研究第一节理论概述一、专题研究界定二、专题研究的基本特点三、如何指导学生开展专题研究四、专题研究的选题第二节活动方案设计与指导讨论及思考题第五章科技制作第一节理论概述一、科技制作界定二、科技制作的基本特点三、如何指导学生开展科技制作第二节活动方案设计与指导讨论及思考题第六章生物科学活动第一节理论概述一、生物科学活动概述二、生物科学活动的常见内容与形式三、如何指导学生开展生物科学活动第二节活动方案设计与指导讨论及思考题第七章科技竞赛第一节理论概述一、科技竞赛类型二、科技竞赛的基本特点三、如何指导学生开展科技竞赛第三节活动方案设计与指导讨论及思考题第八章基本操作和器材使用第一节基本操作技能一、测量二、溶解三、加热四、电路组装第二节工具使用一、常用工具二、基本加工技能讨论及思考题参考文献

陈慧，现任上海师范大学教育学院初等教育系教师。主要研究方向是科学教育。参与编写上海市二期课改小学自然教材及教学参考资料（科教版），著有《人类与自然》、《人类与社会》、《小学自然教学设计及案例解析》等高校教材，及《小学环境课程编制构想》、《对小学科学课程基本取向的思考》、《中美小学科学教与学比较研究》等多篇论文。参加的“小学教师教育综合课程的设计与实践”研究获得上海市教学成果奖二等奖。多次对杨浦区、黄浦区、宝山区等区的小学自然教师进行专业培训，参与设计并实施了2008年“上海市新农村教师专业发展培训”项目的自然教师培训部分。自2009年起，为上海市市教委小学“自然”名师基地举办自然科学本题知识讲座。参与了上海市教委“《人类与自然》重点课程建设”、“运用PDS实施旨在促进教师专业发展的参与式校本培训的运行模式研究”等课题研究。

“创造”与“创新”往往会被联系在一起。“创造教育”发端于20世纪初，而在我国，陶行知在20世纪20年代就提出了“创造教育”的主张，他在《创造的儿童教育》中指出：“创造力是千千万万祖先至少经过五十万年以来与环境不断奋斗所获得而传下来之才能之精华，教育是要在儿童自身的基础上，过滤并适用环境的影响，以培养加强这种创造力，使他们成长得有力量，以贡献民族与人类。”改革开放以来，我国不少地区开展了“创造教育”的实验，推动了教育改革的发展。“创新教育”与“创造教育”相比，有更丰富的内涵，可以说是“创造教育”的发展和升华。一、创新与创造创造是个体和群体根据一定的目标（或任务），运用一切已知条件（信息），产生出新颖、有价值的成果的认知和行为的活动。或者说，创造就是人们为了实现开发出前所未有的独创性成果目标，借助由灵感激发的高智能劳动，产生新社会价值的活动。参见周延波、郭兴全编著：《创新思维与能力》，2页，北京，科学出版社，2004。早在古希腊时期，亚里士多德就将创造定义为在精神和物质领域“产生前所未有的事物”，而国内外学者对创造也有不同角度的理解，如何在学术上给创造下一个严格的、统一的定义，到目前还是各抒己见。但是，在对创造的不同理解中存在着两个共同因素：“新颖性”和“适用性”。“新颖性”一是指独特性；二是指超越性和突破性，超越已达到的水平，突破已有成果；三是指前瞻性和预期性，超越现实，预测未来，代表事物发展方向。“适用性”即真理性和价值性，创造活动及其成果必须实事求是，符合客观规律，有益于社会或个体、群体的进步和发展，经得起实践的检验。创新作为经济学的一个概念，最早是由诺贝尔经济学奖获得者熊彼特（Joseph Schumpeter）提出的。他认为创新是发明的第一次商业化应用，他还从企业的角度提出了创新的五个方面——产品创新、工艺创新、市场创新、要素创新和制度创新。我们习惯上把学者们提出的经济范畴内的创新称为狭义的创新，而广义的创新指的是人类为了满足自身的需要，不断拓展自己对主客观世界的认知，借以改善自身生产和生活的活动。参见袁张度、许诺编著：《创造学与创新方法》，53页，上海，上海社会科学院出版社，2010。具体来说，创新是指人为了一定的目的，遵循事物发展的规律，调动已知信息、已有知识，对事物的整体或其中的局部进行变革，产生出某种新颖、独特、有社会价值的新概念、新设想、新理论、新技术、新工艺、新产品等新成果的智力活动过程。创造（creation）和创新（innovation）都来自拉丁文，creation最初的拉丁文本意是“种植”和“生长”，意味着从无到有，innovation的拉丁文词根nova表示“新的”，加上前缀in动词化，具有“更新”的含义。可见，创造比较强调从无到有、产生新东西，侧重物化成果；创新强调破旧立新，侧重变革过程。创新的成果并不一定是全新的东西，旧的东西以新的形式出现或与新的方式结合也是创新；创新的成果也不一定是一件物品，它也可以是一种无形的东西。创造与创新在词义上虽然有一定的区别，但是两者又是不可分割的，无论创造强调的是产生对社会有意义的前所未有的事物，还是创新主张的改进和更替，这两种活动都能产生新事物，都是改变世界、推动社会发展的积极方式。因而，近年来，也有学者提出，创新似乎更全面地概括了具有新颖性的创造活动，它不仅可以指称“二度创造”，也可指称“原创”。因为各个领域的创造活动都必须在充分掌握前人已经取得的成果的基础上进行新颖的、有价值的活动，所谓“原创”与“二度创造”，有时界限并不是非常分明的，而往往是你中有我、我中有你。因此，我们可以把创新理解为涵盖创造、具有更丰富含义和更大外延的一个概念。创新并不是少数科学家或者发明家的专有活动，创新活动人人可为、时时皆有、处处都在。二、创新素质的构成要素创新素质是指人在先天遗传素质基础上，后天通过环境影响和教育所获得的稳定的、在创新活动中必备的基本心理品质与特征。参见陈英、毛霞：《论创新教育——从中国没有诺贝尔奖谈起》，载《教育探索》，2001（4）。创新素质可由三大部分构成，即创新能力、创新意识、创新人格。创新能力是个体运用已有的基础知识和可以利用的材料，并掌握相关学科的前沿知识，产生某种新颖、独特、有社会价值或个人价值的思想、观点、方法和产品的能力。参见张宝臣：《高等师范教育改革与中小学生创新能力的培养》，载《教育理论与实践》，2004（2）。创新能力主要包括有利于创新活动的认识和迁移能力、实践操作能力、表达能力、评价决策能力、组织交往能力等，具有创新思维，能熟练掌握和运用创造技法尤为重要。创新意识是指推崇创新、追求创新的观念和意识，包括好奇心、探究兴趣、求知欲、不满足现状、对新异事物的敏感、敢于怀疑以及具有远见胆识等。创新人格是指有利于创新活动的气质、性格等方面的个性心理特征，主要包括创新责任感、使命感、事业心，顽强的意志、毅力，能经受挫折、失败的良好心态，坚忍顽强的性格等。创新人才的培养，并不是某个阶段教育的培养使然，而是各个阶段的教育影响所形成的接力效应。科学技术发展过程表明，知识具有一定的稳定性和生发性，往往一个知识可生发创新出若干新技术，而技术具有突变性和创新性，并且技术的创新要比新知识的生成速度快得多。“知识爆炸”时代更多地体现在“技术爆炸”，并且是在知识点上的裂变。同时，小学生的思维水平和知识经验决定了他们尚不具备否定旧事物创建新事物的能力，其创新不大可能是“前所未有”的“新”，而更可能达到的是对事物内涵外延“潜台词”的求索、应变与扩散想象，不受一方定式的桎梏，不拘于某一答案，是一种适应其水平发展的发现与创造。因此，小学阶段创新教育的重要目标应当放在创新素质的培养上。这里所说的创新素质，不是指一个人创新意识的强弱和创新能力的大小，而是指日后创新意识和创新能力得以发展的原初的个性品质，主要有以下三个方面：一是创新思维，包括联想、想象、发散与集中思维等；二是创新个性，包括好奇心、兴趣与动机等；三是创新精神，包括质疑、勇于克服困难、尊重事实等。三、科学活动对培养儿童创新素质的意义1.科学活动能激发儿童的创新意识只有在强烈的创新意识引导下，儿童才会产生强烈的创新动机、树立创新目标，充分发挥创新潜力和聪明才智，释放创新激情。科学活动在内容上贴近儿童的生活。科学活动会让儿童探索他们感兴趣的事物，活动不仅新颖有趣，且富有挑战性，由此极大地调动儿童参与的热情，使他们在“认知、情感、行为”上都能投入活动，故而也极大地激发起儿童实践创新的热情。科学活动在形式上寓教于乐，为他们提供施展才能的阵地和机会。玩乐是儿童最自由、最快乐的时刻，对创造心理来说是最佳时机，此时儿童思维活跃，联想流畅。由此，儿童会在科学活动中真正领略创新和实践的快乐，在玩乐中激发起创新欲望。科学活动过程中，儿童会经历创意的产生、发展、检验与论证、实施、完善等过程，不时体验参与创造、获得成功的快乐。而成功的愉悦会成为儿童进一步参与研究的精神动力。2.科学活动有利于培养儿童的创新能力科学活动不仅仅传授知识、技能，更主要的是培养学生的创新思维和创新能力。只有在具有创新意识的同时，具备丰富的科学知识和技能，学生才能逐步形成严谨的科学态度和高尚的科学修养。想象是创新的基础，它不同于胡思乱想，是对以前的表象进行选择加工和改组的过程。在科学活动中，鼓励儿童有目的、有计划地展开设想，发挥想象力。想象能激发兴奋点，兴奋时大脑的思考力特别灵活，并且思路清晰。想象还能产生灵感，灵感有其偶发性，往往产生于想象的一刹那。虽然教师在课堂上向学生传授知识的同时也传授了科学的思维方法，但实践证明，仅有课堂上的常规教学是远远不够的。有教师曾在一次科技兴趣活动中做过这样一次实验，要求学生用四张A4纸制作一个有一定标准的承重结构，但样式不限，以能承重的书本数量来决定胜负。受过训练的同学（学校科技兴趣小组的同学）的创造能力明显高于没经过训练的同学，他们的作品不但坚固美观，而且制作方法灵活多样。这说明科学活动实践让学生的创新思维更为活跃。思维是从动作开始的，切断了动作和思维之间的联系，思维就得不到发展。青少年科学活动的最终目的是为了让他们学会动手、发展创新思维，从而开发创造力。培养儿童的动手能力是青少年科学教育的重要内容，也是培养儿童发明创造的先决条件。不动手的发明创造是空想，不动手的科学教育是空谈。儿童只有在观察自然、探究事物的过程中，边学边做、边做边学，在动脑、动手的自我磨炼中，才能逐渐学会科学思维，养成善于动脑、勤于动手、求真、务实的科学精神。久而久之，儿童的思维就会变得活跃起来，甚至能够学会广泛联想、周密设计和常出新意，创新意识得到有效激发。如电子技术实践性很强，只有亲手操作，才能真正认识各种电子元器件，认识电子电路；通过不断研究实践，才能逐渐掌握这门技术。在既要动手又要动脑的电子制作活动中，儿童的观察力、思考力和动手操作的能力，真正得到锻炼，创新能力不断得到提高。总之，科学活动会引导儿童依据已掌握的知识和方法，自主学习、独立思考、大胆探索，积极提出自己的新思想、新观点、新思路、新设计，探索未知领域，寻找独创性的解决问题的方法，从而形成儿童比较持久的、内在的学习动力，获得独立观察发现问题、获取知识信息、解决实际问题的能力。3.科学活动有助于养成儿童的创新个性凡有助于儿童参与创新活动、形成创新成果的个性品质,都可以涵盖在创新个性之中。创新个性的养成是一个潜移默化的过程。科学活动对儿童创新个性养成的作用是多方面的。儿童在科学活动的过程中，由于教师的引导、同伴的影响以及成功的激励等，能够逐渐养成认真、客观、勇于质疑、善于听取不同意见的态度。他们往往一开始是被科学活动的内容或者形式所吸引，在遇到挫折时也许会丧失兴趣和热情，只要教师多多鼓励善加指导，加上儿童好胜的天性，他们就能激发出克服困难的勇气，而成功的愉悦则是不畏挫折的最好奖赏。此外，在科学活动中，要与教师、同伴进行交流，要用各种形式表现自己的成果，这个过程培养了儿童的社会交往能力、表达能力以及开放的个性，而竞赛类活动则能有效锻炼儿童的团体协作能力。四、青少年科学活动的新理念1.从精英教育到全员参与青少年科学活动最早是由中国科协在“1979年全国青少年科技作品展览”后正式提出的，当时对青少年科学活动的认识是：青少年科学活动是整个青少年教育事业（包括学校教育、社会教育和家庭教育）和科学教育事业的组成部分，是培养科技后备人才的重要途径。这一时期科学活动主要以课外、校外为主，学校的兴趣小组、校外的少年宫、少年之家、青少年活动中心、青少年科技活动辅导站等是青少年科学活动的主要组织者，科学活动的目标与20世纪60年代国际科学教育培养科学家和工程师的目标基本一致。1985年，享有盛名的民间科学团体美国科学促进协会（American Association for the Advancement of Science，AAAS）发起了有关科学、数学与技术教育改革的长期规划——“2061计划”。1989年，“2061计划”的第一份重要报告《2061计划：面向所有美国人的科学》（Project 2061：Science for All Americans）正式发表，报告的扉页上对科学教育的重要性做了这样的阐述：“在下一个人类历史发展阶段，人类的生存环境和生存条件将发生迅速的变化。科学、数学和技术是变化的中心，它们引起变化、塑造变化，并对变化作出反应。所以，科学、数学和技术将成为教育今日儿童面对明日世界的基础。”报告还提出了科学要面对全体大众，全面提高全体大众的科学素养是科学教育的主要目标，把科学教育的目标从精英教育转向大众教育。这一重要思想引领了20世纪90年代国际科学教育的潮流。受此影响，20世纪90年代，我国的青少年科学活动被纳入学校活动课程之列，这意味着科学活动正在从面向少数学生兴趣的培养、特长的培养和科技后备人才的培养转向面向全体学生的科学素养的培养；科学教育在学校中既以显性课程（科学、综合实践活动、校本课程）存在，也以隐性课程（科技节、科技竞赛、科技俱乐部等）存在，成为学生学习科学的有效方式；课外校外的科学活动不再与课程学习泾渭分明，而是与课程学习有了很大程度的融合。比如，依托“科学”课程中所学的知识，在课后开展科学活动，降低了科学活动中学生知识层面上的难度；利用“科学”课程中学到的科学方法，学生会将其应用到活动中，用自己的视角和思维去观察和思考问题；“科学”课程学习中要求学生用所学到的知识应用到生活中，去解决生活中的问题，既为科学活动的开展提供了素材，又扩展了学生的知识，增强了学生的研究兴趣。2.从模仿到创造传统的青少年科学活动包括了三模一电（航模、船模、车模、无线电）、小发明、小制作等，制作活动占了较大的比例。无论是模型制作还是其他小制作，这些活动以模仿性的制作为主，重视制作技能的训练，而忽视了设计。当下的科学活动更加重视过程性和教育性，即重视学生的直接经验和感受，强调学生的能动性和个体之间的合作。通过解决问题的活动过程，引导学生学会收集信息的方法、表达和交流的方法、观察与实验的方法等，进而认识科学的本质，提高学生的科学素养。在这一理念指导下，传统的制作活动演变为设计与制作，更加重视设计和创造，把过去单纯的制作技能的培养提高到技术素养的培养，目的在于使学生了解技术的知识、技术的本质、技术与人类生活的关系，了解技术在社会中的应用，运用所学的科学知识设计与制作产品，掌握用简单工具和材料制作产品的技能，掌握对产品进行评价和改进的技能。3.从教育机构到社会立体网络青少年科学活动的组织，过去多由学校、青少年活动中心等教育机构来承担，但自20世纪80年代以来，政府部门、科研单位、学校、专业协会、企业、慈善机构等也积极参与举办青少年科学活动，形成了支持科普的社会立体网络。在英国、美国等国家，众多的科技馆、青少年科学活动中心分布在学校和社区，为青少年提供动手探究科学的场所和机会；电视台在政府等部门的资助下不断推出趣味横生的科普节目；高品位的科普科幻类书刊琳琅满目，赢得了众多青少年读者的喜爱；科普专业组织、大学、研究机构、企业等也经常为青少年安排科普讲座、科技博览会、科技设计发明比赛、见习研究等活动。例如，美国国家科学基金会（National Science Foundation,NSF）投资160万美元资助波士顿科学博物馆开办“研究！请自己观察”的展览，展览中设有多种动手动脑型活动站，青少年可以在活动中扮演科学家的角色，可以重新设计伽利略的自由落体实验，可以自己动手设计制作太阳能赛车。又如英国科学促进协会的“未来展望”就是为16～25 岁的青年开展的科普项目，它通过科技专题专家介绍会、研讨会和辩论会等活动，鼓励青少年思考科技对未来20年人类生活的影响，探索如何利用科学技术创造理想的社会。近年来，国内的青少年科学活动资源同样越来越社会化。以上海为例，科普场地资源的建设主体既有政府主导，也有社会各方面的参与。如铁路博物馆由上海铁路局建设，公安博物馆由上海公安局建设，汽车博物馆则是由一家企业——上海汽车集团公司建设。非场馆类的科普场地数量很多，这些科普基地的建设主体更多，有大学、研究所、企业、医院等等。