科学组-教案设计缺少淡水的难题

“兴业全球基金——未来英才夏令营”

科学小实验组教师志愿者教案厦门大学2010级计算机硕士研究生吴少杰背景理解1.1对“夏令营”的理解夏令营在暑假期间给青少年提供一套与常规教学期间不同的方法，寓教于各种不同的形式，旨在培养儿童及青少年的潜能。由于夏令营通常时间较短，这通常将夏令营导向了一个“专攻”和“引导”的方向。“专攻”指青少年在夏令营期间将大部分精力都集中在某一狭窄的领域以期得到某方面的突破，如“减肥夏令营”，“体育夏令营”等。所以一般来说，单个青少年个体在夏令营期间接受的课程应该是相对集中的。从注意力理论上来说，“将注意力投入在哪些方面，哪些方面就会有成长”，在夏令营相对较短的时间里，让青少年个体再将有限的注意力投入到太分散的主题中，对成长帮助较小。“引导”指夏令营课程不应该只着眼于“青少年在夏令营期间能学到什么”，更应该着眼于“青少年在经过夏令营之后他们会自己再去学什么”。夏令营时间短的特点决定了志愿者老师不应该有“恨不得传授全身功力”的想法，而是用发展的眼光看待夏令营的学生，给他们探索未知的勇气，教他们清理前一百米的杂草，然后等他们前行万里。此外，夏令营在教学方法上不应该是常规教学期间的延续，否则不如称之为“补习”。教学方法上应该具有体验、互动、探索的特点。1.2对“科学小实验”的理解“科学”定义众说纷纭，在夏令营的背景可以理解为：科学是旨在揭示自然真相，总结一定条件下物质变化的规律的知识领域。“实验”是探索科学知识的手段，它的特点在于：突出某种现象中的主要因素，人为地控制或摸拟研究对象。“小”字突出的则是实验的规划和难度应该控制在参与学生可触及的范围内。在这里另外需要强调的是作为一名科普志愿者对科学哲学的理解，以及这种理解在教学中的应用。在科学中“真理只能被无限逼近，而无法完全达到”，逼近真理的是理论，理论都是“暂时的”。正如神学被牛顿力学取代，牛顿力学被相对论撼动，而相对论正在被更完善的理论的取代。但无论目前的理论发展到何种程度，它们都是一直尝试与现实高度结合的。理论的完善取决与现实的契合度，发展理论的最终目的在于改造现实。科学知识、理论本身不是兴趣的来源，亦不是最终目的，相反的对现实改造的需要造就了科学学习兴趣，对现实改造的正面效果成为发展科学的最终目的。因此科学小实验组的教学中，应该坚持下面三条：开头应该从现实情景切入，引导科学学习兴趣。不应该出现无现实背景的实验。课程期间不过度强调理论，而强调科学与现实的结合。科学不应该被孤立到“理论孤岛”里，这会扼杀青少年的想像力。课程结尾要切回现实情景，介绍或讨论理论的现实改造。可以用一句话来概括，即：一切从现实场景出发，经历丰富的想像与严密的逻辑，最终又沉淀到现实世界中去。二、夏令营目标理解结合对“夏令营”及“科学小实验”的理解，作为一个科学小实验组的教师志愿者应该将此次夏令营教学目标定位于以下三点：激发学生对科学的兴趣。正如前文提到的，“引导”是此次夏令营特点的一种必然，同时是一种有益的目标。在激发学生对科学的兴趣方面，指导思想应定位在“帮助学生找到改造现实的需要”，这种需要越清晰越急切，刚学习的兴趣则越浓厚。帮助学生找到观察世界的新视角。改造现实的需要有时候是隐藏，其中一个原因在于观察世界的视角单一而传统，即固定的思维模式，如“看不见的就是不存在的或不重要的”，如“固体不可能是波动”，或者“科学在远方，不在可触及的生活里”。帮助学生找到改造现实的勇气和学习动手能力。在发觉改造现实的需要、找到改造现实的关键与思维模式之后，改造环境的能力和勇气成为了一种必须，教师志愿者所需要做的是展现改造现实可能性的丰富，并鼓励尝试。三、夏令营学生群体分析由于参加此次夏令营的主要群体是小学生。小学生群体具有一些独特的心理特征，这需要老师志愿者在做教案时要考虑某些特定的因素来适应小学生群体的需求。以下重点分析小学生群体的注意力、记忆、思维的情况。精力旺盛，而注意力发育不完备。注意力是指心理活动中对特定对象的指向和集中的能力。注意可分为有意识注意和无意识注意。小学生由于神经系统发育还不完备，其有意识注意较差，因此容易被新鲜、刺激的事物吸引导致分心，这对夏令营教育是机遇也是挑战。在教学中强制小学生集中注意力，如保持整整四十五分钟是不妥当的。应当通过新颖的内容与生动的学习形式的结合，延长学生的注意保持时间。擅长形象记忆，弱于抽象记忆。形象记忆指保存或再现的是事物的具体形象，它具有直观、鲜明的特征，形象记忆在人生各个年龄段都具有重要的意义。学习材料应该具有“可视觉化（visualization）”的特点，即小学生在接触学习材料时可以较容易地在脑中形成丰富的图像，而不只是枯燥符号。它是引起学习兴趣一个重要的手段，也是帮助小学生记忆的好方法。具体方法包括图像教材、引入情景模式教学等。机械记忆为主，意义记忆正在增强。机械记忆是指学生并没真正了解记忆材料的意义联系，而依靠背诵记忆。意义记忆是一种更有效的记忆方式，依赖对不同材料和现实之间的意义联系来识记。在教学过程中，需要一定量的机械记忆，同时也可以用几种意义记忆方法和策略（复述、重组织等）来促进记忆。想像力发散。想像力是小学生所拥有的宝贵财富，在教学过程中要鼓励想像，因此在固定教学模块中下课前一段时间让小学生做“脑力激荡”，让他们习惯性地把兴趣和想像力延续到下课后、放学后。四、教学模块安排4.1总体思路为了引入情景教学，激发小学生的形象记忆和思维能力、激发小学生发觉改造现实的需求，我将为四天半的教学过程中设置如下情景：教师和学生是一支十六世纪冒险队，他们将从中国出发环游世界，最后回来中国给其他同学做汇报演出在环游世界过程中他们会碰到4个难关（安排在前四个上午），如航海过程中缺少淡水（蒸馏实验），迷失方向（自制指南针），预测天气（自制气压计），求救（自制热气球、葱汁写密信）。他们要合力解决如上困难。在环游世界过程中他们地碰到4个奇妙自然现象（安排在对应的四个下午），如彩虹现象，海市蜃楼现象、鬼怪的声音、虹吸现象，教师和学生一起现场模拟小型的自然现象。4.2模块设计为了兼顾学生的学习、思考、想像与记忆，将学习过程分成四个大块（即四天），每天包含解决一个情景难关，模拟一个自然现象。每个大块将由如下教程构成：序号内容1回顾昨天知识（第一模块不需要复习，所以用来介绍整体课程）2引入当前教学情景，提出遇到的难题并介绍背景知识3让学生分组简短讨论，提出解决难题的大概设想4教师指导下进行实验，讲解实验知识5分组想像如何将知识在现实中扩展应用午间休息6回顾上午知识7引入教学情景，提出遇到的自然现象并介绍背景知识8让学生分组讨论，提出自然现象的可能成因9教师做实验示范，并讲解知识10分组想像如何将知识在现实中扩展应用下午休息4.2时间安排第一天第二天第三天第四天第五天上午缺少淡水的难题蒸馏实验迷失方向的难题自制指南针预测天气的难题自制气压计遇难求救的难题自制热气球和密信汇报演出下午七色的彩虹三棱镜分光实验海市蜃楼房间沙盒实验鬼怪的声音瓶子风鸣实验虹吸现象自动抽水实验五、教案教案1：缺少淡水的难题课程名称未来英才夏令营之科学小实验本课内容缺少淡水的难题教学目标如何利用海水解决缺少淡水饮水的难题让学生了解沸点的概念，并利用物质不同沸点设计蒸馏实验来解决现实难题发掘学生改造现实的需求和动手的能力器材要求一大一小两个铁锅，酒精灯或者其他加热仪器，盐水自我介绍、给学生介绍整体的课程内容构建探险的学习情景提出遇到缺少淡水的难题，介绍与提取淡水有关的背景知识、历史知识问一问：分组讨论，“如果是你要怎么解决没有水的问题”做一做：在老师指导下进行蒸馏实验为什么：讲解为什么蒸馏可以成功用一用：沸点和蒸馏的知识在现实中还可以怎么用（蒸馏的历史知识）想一想：为什么以前没有在生活中发现沸点，以后怎么发现更多的知识

教案2：七色的彩虹课程名称未来英才夏令营之科学小实验本课内容七色的彩虹教学目标通过模拟实验理解彩虹是如何出现理解“光”的概念和构成发掘学生对世界的新视角器材要求三棱镜或不规则玻璃，光源（手电筒或阳光）复习“缺少淡水的难题”提出彩虹现象，介绍与彩虹有关的背景知识问一问：分组讨论，“你认为为什么会有彩虹”做一做：观察老师做的三棱镜实验为什么：讲解为什么会有彩虹用一用：彩虹的知识（光学）在现实是还有哪些用途，彩虹的历史知识想一想：为什么以前没有在生活中无法用科学的角度理解彩虹，以后怎么用另一种视角去看待身边的现象

教案3：迷失方向的难题课程名称未来英才夏令营之科学小实验本课内容迷失方向的难题教学目标如何利用磁铁来解决迷失方向的难题让学生了解“磁场”的概念，利用磁场来解决不同的现实难题发掘学生改造现实的需求和动手的能力器材要求磁铁、纸片、针、碗、水复习“缺少淡水的难题”和“七色的彩虹”提出迷失方向的难题，介绍与定向有关的背景知识问一问：分组讨论，“你认为怎么找到方向”做一做：在教师指导下进行指南针的制作为什么：讲解为什么指南针可以起作用用一用：磁场在现实是还有哪些用途，介绍磁场的历史知识想一想：为什么以前没有在生活发现磁场，以后怎么发现更多“看不见的科学”

教案4：海市蜃楼课程名称未来英才夏令营之科学小实验本课内容海市蜃楼教学目标通过模拟实验理解海市蜃楼是如何出现理解人眼成像与实物之间的关系，并利用这一关系来解决现实问题发掘学生对世界的新视角器材要求沙子、玻璃杯、水、酒精灯复习“迷失方向的难题”提出海市蜃楼现象，介绍与海市蜃楼有关的背景知识问一问：分组讨论，“你认为为什么会有海市蜃楼”做一做：观察老师做的海市蜃楼沙盒实验为什么：讲解为什么会有海市蜃楼用一用：海市蜃楼的原理在现实是还有哪些用途，海市蜃楼的历史知识想一想：为什么古人无法理解海市蜃楼，要用什么角度才能更好的理解它

教案5：预测天气的难题课程名称未来英才夏令营之科学小实验本课内容预测天气的难题教学目标如何自制气压计来解决预测天气的难题让学生了解气压的概念以及气压和天气的关系，并利用这些知识来改造现实发掘学生改造现实的需求和动手的能力器材要求透明塑料管一根，小瓶子一个、软木塞一只，食用油或机油少许，胶水一瓶。复习“迷失方向的难题”和“海市蜃楼”提出预测天气的难题，介绍与天气预测有关的背景知识问一问：分组讨论，“你认为怎么预测天气”做一做：在教师指导下进行气压计的制作为什么：讲解为什么气压计可以预测天气用一用：气压计的原理是还有哪些应用，介绍空气的历史知识想一想：为什么以前没有在生活发现空气的特点，以后在生活中怎么更好地发现身边的科学

教案6：鬼怪的声音课程名称未来英才夏令营之科学小实验本课内容鬼怪的声音教学目标通过模拟实验理解风吹如何造成“鬼怪的声音”现理解声音的产生的原理，并利用这一原理来解决现实问题发掘学生对世界的新视角器材要求细口玻璃瓶复习“预测天气的难题”提出鬼怪的声音，介绍与声音有关的背景知识问一问：分组讨论，“你认为为什么会有鬼怪的声音”做一做：观察老师做的声音实验为什么：讲解为什么声音产生的原理用一用：声音产生的原理在现实是还有哪些用途，各种不同声音的历史知识想一想：为什么以前无法知道声音是怎么产生的，以后如何更好地分析各种现象

教案7：遇难求救的难题课程名称未来英才夏令营之科学小实验本课内容遇难求救的难题教学目标如何自制热气球（孔明灯）来解决发送信号至高空的难题让学生了解空气与温度的关系，并利用这关系来解决现实问题发掘学生改造现实的需求和动手的能力器材要求棉花、酒精、大号塑料袋复习“预测天气的难题”和“鬼怪的声音”提出遇难求救的难题，介绍与遇难求救有关的背景知识问一问：分组讨论，“你认为怎么向别人求救”做一做：在教师指导下进行热气球的制作为什么：讲解为什么热气球可以飞上天用一用：热气球的原理是还有哪些应用，介绍热气球的历史知识想一想：为什么以前没有在生活发现空气可以这样应用，以后在生活中怎么开动脑子更好地利用它

教案8：虹吸现象课程名称未来英才夏