时间是一个决定性的变量

1984年6月，美国科学教育专家兰本达教授给中国小学生上了“蜗牛”一课，有这样一段记述：

孩子们兴致勃勃地观察着蜗牛，有的用手去拨弄，有的小声议论着，真是“两耳不闻窗外事”！教授一言不发，只是轻脚轻手地在各小组之间巡回，时不时地俯下身单腿跪在某个小组的桌旁，观察他们的活动，倾听他们的议论，用表情对个别孩子作鼓励的表示。有的孩子向教授问问题，教授就反问他们：“你说呢？”或说：“再仔细看看。”鼓励他们自己去寻找答案。过了15分钟，教授不声不响地发给每个小组一盘东西，其中有鸡蛋、黄瓜、葱头、苹果、面包，孩子们很有兴趣地把蜗牛放在这些食物面前，研究蜗牛对各种食物的反应，持续达15分钟，兴犹未尽。

这两个15分钟共半小时的观察活动，使学生在交流研讨时道出了许多发现和思考。20多年了，兰本达的这个做法还在被作为美谈而在小学科学教师中广泛流传。

在2010年全国小学科学特级教师论坛上，我向学生提出了挑战：怎样使半张A4纸立起来？立起来后能放一本书、两本书、三本书吗？要求大家保持纸的横向高度不变，只能用单张的纸试验，不能把2张纸叠放在一起。布置了挑战和要求后，学生的自由探索竟然花了16分钟！这引起了一些老师的质疑：教师的主导作用没有体现出来，学生哪需要这么长的时间？

回答这个质疑，我们可以先来分析兰本达为什么这样做？当时观看兰本达上课的老师们普遍反映：“我是一个教师，我应该讲给孩子们一些东西。”兰本达的回答是：“事实上教师已经‘给’学生两件重要事情：准备了材料，这花费了无法计算的脑力和时间；提供了情境，在这里学生可以探索、学习，不去考虑竞争和失败。”这就是把学生卷入探究的关键：提供有结构的材料，创设探究情境。兰本达还认为：“不打断高涨的干劲是重要的，不使学生感到劳累或无聊也是重要的。”所以她不仅不对学生的观察活动指指点点，而且在15分钟后又给学生提供了材料继续推动学生的观察，这一观察又是15分钟！

再来看我这节课，我也是在观察到学生感觉已经鼓捣得差不多了的时候才让学生停下的。给学生这么长的时间，一是材料和挑战本身引起的探索活动会促使学生不断地观察、尝试、思考和再尝试，同伴间的互相帮助和交流会使他们的思考和尝试渐入佳境；二是不要在学生热情高涨的时候打断他们的探索，学习在学生头脑内部和学生之间流畅地发生着，任何“主导”或干预都有可能打断学生的活动而演变成教师权威左右下的被动学习，教师所要做的，教师除了如兰本达般的鼓动外，别无其它。

在这节课里我们可以看到，每个小组很快就发现了如何放书才稳定的问题，想办法提出了较好的解决方案，如把书十字交叉轻轻放置，使纸支柱四面受力均匀。每个组解决稳定性的方法会不尽相同，但因为是在和自己组比较，也就无所谓是否因为各组解决平衡的方法不同而显得不公平了。解决平衡的办法是怎么来的呢？唯有不断地观察、尝试、思考和再尝试，这就需要有充足的时间保障。

后续开展的工艺改进活动，改进方法的提出如果不是因为有这16分钟的时间的酝酿，在经验贫乏时，每个组都能提出自己的改进方法吗？正因为这16分钟，即便是最慢的两个组，也发现了圆筒形纸支柱卷的“密度”（卷纸的密集程度）不同而支撑能力不同的现象，他们要做的工艺改进就是寻找合适“密度”的圆筒形支柱，既不会因为卷得太紧太细而不稳定（虽然支撑力最强），也不能因为卷得太松而缺乏支撑力，这实际上是在寻找支撑力与稳定性之间的平衡——这使学生涉及到了产品设计的精髓。尝试的时间多了，许多学生还发现了一些更加细节的问题，比如，如果一人用手扶住纸支柱，另一人小心翼翼地放书，可以增加承重的书本数量，因为稳定性的问题容易得到及时矫正而不至于支柱倒塌又重新再来。

16分钟的反复实验，实验结果与学生的前概念的冲突也体现出来了，比如在实验中发现圆形承重的书本数量比三角形的要多，但数学课里学过三角形最稳定（并不等于支撑力是最强的），一学生认为三角形的承重能力应该超过圆形才对，提出该问题的学生表示要接着将此研究下去……所有这些发现，如果没有充足的时间去体验和思考，能出现吗？

试想一想，如果为了节约时间而强调教师的“主导”，所体现出来的，无非就是老师“启发”、学生“思考”，甚至教师暗示、学生猜想了。但这不是学生自己的发现，不是真正地依靠亲身观察到的科学事实证据而作的思考，这就不是真正的探究了。我们不能为了高效获取某些结论或传授科学方法而牺牲学生本应有的自由探索与思考的时间。

的确，关于探究，我们一直强调教学的方法与技巧，比如小组合作的方法，实验变量的控制，有结构的材料的设计，激发认知冲突的技巧，等等。但这些总体来说，是为了为学生的学习营造环境，而不是控制学生的探究与思考。

美国科学院院士刘易斯•托马斯在其名著《细胞生命的礼赞》一书中讨论科学家的活动时写道：“需要的只是创造出合适的气候。要叫一只蜜蜂酿蜜，你不需要制定太阳导航和合成碳水化合物的法则。你只要把它跟其他蜜蜂放到一起（最好快放，因为单个的蜜蜂活不成），然后尽可能把蜂房周围的一般环境安排好。像蜜蜂酿蜜一样，气候适宜了，科学到时候自然就出来了。”这个描述可以启发我们，教师要为儿童创造的，是学习环境，而不是提供“制定太阳导航和合成碳水化合物的法则”。但我们总是期望对学生的活动“主导”一下，用自己“高超”的技巧牵引着学生朝着他们期望的方向走时，学习环境就被破坏了。

我与兰本达所做的，都是为学生创造合适的学习环境：提供材料，提出有挑战性的目标，把学生当做“学习者”，给足够的时间让他们自己去探索。著名特级教师章鼎儿曾在一次评课活动时对师生活动的时间进行了统计，其意见大概为：师生时间比为1：1时，教师为及格；时间比为1：2时，教师为好教师；时间比为1：3时，则为优秀教师；如果把时间全部交给学生，教师只是几句话点到即止，则为特级教师。在这一点上，章鼎儿的表述与兰本达的“蜗牛”反映出的思想是何其相似。

如果说各种教学方法和技巧是影响科学课堂的重要变量的话，这些变量大多只能说是站在教师的角度拟定的，当我们站在学生的角度去思考时就会发现，时间才是贯穿课堂始终的一个重要的决定性的变量。如果这决定性的变量偏向教师，“教师为中心”的甚至于传授灌输的课堂就会出现；如果这决定性的变量偏向学生，“学生为中心”的自主探究的课堂就会如兰本达的“蜗牛”课那样充满惊喜。

如何主宰时间，决定了探究的程度，决定了课堂的性质，决定了学习如何发生甚或是否真的在学生头脑里发生。时间，才是课堂中一个决定性的变量。

附录：

这是在2010全国小学科学特级教师论坛上的教案，授课对象是南宁南湖小学五年级1班的学生。上这个课有两个目的：

一是体现最简单的课堂，倡导最精简的教学设计，把学习的时间还给学生，学生的体验丰富了，深度的学习或者说真正的学习才可能在学生的头脑中发生。关于这一点，从课后的反馈来看，赞成与反对的意见同样强烈。

二是体现探索“技术与设计”的教学方法，这一块一直是科学课研究最薄弱的地方。本课为用纸做为材料进行力学产品设计的第一课，是为了让学生充分体验从基本零件设计——支柱设计到产品设计——桌子、桥梁、建筑设计的完整设计过程，体现不断的工艺改进在产品设计中的重要作用。由于是第一课时，后续的设想难以体现，造成了听课者理解上的不一致，对于什么是工艺，也产生了不同的理解。

从这节课的整体反响来看，我上课时语言是最少的，学生动手尝试与探索的时间是最多的，学生的协作、讨论与思维碰撞是很突出的，看来我上本课的基本目的还是达到了。引起的一些争论是很有意思的，值得反思，更需要我们这一代鼓起勇气去突破，“争论是传播真理的最好方法”，我和新结识的志同道合的特级教师们会一起继续努力！

一、提出挑战

1、教师示范撕纸：将复印纸整齐撕成两半的方法。请学生给以掌声，调节气氛。

2、挑战：怎样使这半张纸立起来？要求：保持纸的高度（横向）不变。立起来后能放一本书、两本书、三本书……。有什么办法吗？看哪一组的方法多？有一个要求请注意：保持高度不变，用单张的纸，不能把2张纸叠放在一起，请大家记住了。

每组桌面上有两张复印纸，一共可撕成4份，1人1份，请开始吧！

3、教师的任务：

 1）学生开始实验，强调每一个人都动手，独立思考和制作；

 2）老师到每一个组中认真观察学生活动，及时鼓励和推动；

 3）根据进展，提醒学生去做出更多的形状，每个小组最好不要雷同；

 4）当学生开始自发的协作实验时，要强调把握好重心，每个人做的形状都要试验出最高纪录。

 5）当每个小组都差不多完成任务后，进入记录与讨论阶段

二、记录与讨论

1、在展示台上讲解填写记录单第一部分的要求：

  1）小组长负责，请每位同学都在记录单上填写自己的记录：按照姓名、截面形状、数量的顺序对应填写，填写时请互相在一起观看，是否准确；

  2）教师示范画形状的方法，然后学生开始填写，填写完后讨论出结论；

2、教师的任务：请同学们看这个表格怎么填写，怎样画截面的形状，填写完后，请小组讨论出结论填写在这里。然后还有一个重要的任务，请考虑工艺改进的问题。什么是工艺改进呢？比如工厂设计一个新产品，会设计很多实验品，就如我们今天所做的遮阳，每个组都设计了不同的纸支柱，然后优选出最好的一个，并不断测试和修正一些细节的问题，以完善产品，改善功能、增强功能。你们组的冠军纸支柱就是今天我们优选出来的产品，但它肯定还存在工艺改进的问题。请大家认真看，它还有哪些细节的地方需要改进？能不能做得更精致而进一步提升它的支撑能力呢？现在，请大家先填写实验记录确定本组的冠军纸支柱，然后讨论，要求讨论时不要做实验。

三、记录纸汇报：

1、请一个小组到展示台上汇报记录纸上的第一部分内容，“各组的结论都相同吗？”

然后陈述将要尝试的改进办法，请其他组的同学为这一组提供改进的方法，如此再请1~2个组上来展示冠军纸支柱和交流进一步改进的方法；

2、改进的方法可能涉及：圆形的大小调整，闭合的问题，纸的褶皱问题，重心问题。

对于重心问题要做经验的分享，请学生介绍是怎样解决重心问题的干扰的，以把问题集中在纸支柱的改进上。

3、教师对结论和工艺改进的方法做最后的总结，选择一个要改进的方面去做对比实验，并再次示范记录的方法。

四、工艺改进活动

1、给1张新的A4纸，每一组做一个，其他同学配合，完成后填写改进后的数量；

2、全班交流：统计改进后支撑的书籍数量增加和减少了的小组，选择有代表性的小组在实物投影上展示，并讨论可能是什么原因？

五、总结

今天我们尝试了对xx方面对纸支柱的改进，学习了对比实验的方法，请大家回去后对这个方面还有其它方面继续做不断的改进，以设计出一个尽可能完美的纸支柱出来。产品的设计就是这样的一个不断优化的过程，今天能设计好一个简单的纸支柱，将来你们就能设计出更复杂的机器、高楼大厦等等，从今天的表现来看，你们一定行的！

课前调查问题：

1、做过搭纸桥的实验吗？做出了哪些种形状？哪种形状的支撑力最大？为什么？（了解思维能力），还做过哪些相关实验，了解纸支柱这个实验做过没有。

大家可以拿一张纸做出来看看吗？（观察学生折纸的能力）

2、或者做纸飞机，看折纸的能力，讨论纸飞机飞行时间长的方法（观察思维能力）

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