跨学科学习课程设计及反思系列（1）：观察并画出蚂蚁

作为科学课程标准的制定者之一，我也参与了课程标准解读的撰写，同时还有意识地进入各地中小学，为学生讲授科学课或相关的探究实践课，并和很多观摩的教师交流讨论。为了更好地让教师理解如何开展科学学习、如何开展跨学科活动、如何重视思维和方法，后续将撰写“跨学科学习课程设计及反思”系列文章，介绍我近年来在不同学校、不同年级教学的具体课，以及相关的思考。本篇介绍为一年级学生上的“观察并画出蚂蚁”。

一、基于核心素养的考虑

在“观察并画出蚂蚁”的活动中，1～2年级核心素养要求具体见表1。

表1  “观察并画出蚂蚁”活动核心素养分析

[科学观念      认识蚂蚁的基本外部特征；认识蚂蚁，能简单描述其外部主要特征和生长过程。    科学思维       能在教师指导下，观察蚂蚁的构成要素，通过画图等方式描述蚂蚁的外在特征；比较蚂蚁与画图之间外在特征的不同点和相同点；根据事物的外在特征，区分蚂蚁与其他小动物。       探究实践       能在教师指导下，通过对蚂蚁的观察和比较，利用多种感官或简单的工具，观察蚂蚁的外部形态特征及现象；知道简单工具（放大镜）的功能和使用方法。    态度责任       在好奇心驱使下，对常见自然现象或生活现象表现出兴趣；能如实记录观察到的信息；愿意倾听他人的想法，乐于分享和表达自己的想法；了解生活中常见的科技产品（放大镜）能带来的便利。    ]

可以看出，该活动在教学设计中重视科学思维以及观察的方法，特别是在科学观念中突出外部特征，在科学思维中突出观察、画图和比较。

二、学情分析及学习重点

一年级学生通常会在科学课中学习观察蚂蚁、蜗牛等小动物。那么，这节课应该重视或强调什么？

学生对蚂蚁一般都很熟悉，但是画出的蚂蚁可能腿的数量不对、与身体的连接位置不对，或者身体的主要比例不对。为什么他们对于很“熟悉”的物体，不一定能很准确地画出来？这就涉及“观察”的细致程度。

为此，我为山东省龙口市实验小学一年级的学生（刚入学一个月）执教“观察并画出蚂蚁”，想让他们了解什么是观察，以及怎么观察，观察后得出什么结论，并由此关联“系统与模型”这一跨学科概念。

观察物体的主要特征，是在头脑中建立实际物体（系统）的印象（模型）。人们一看就知道某种物体是什么，但是假如要自己画出来，可能就有困难。这种困难不仅包括了艺术方面的表达，也包括了发现最主要的特征。

例如，漫画中的人物，一看就知道是爱因斯坦（如图1左），但是又与真实照片有很多不同（如图1右），这说明漫画家善于抓住人物的主要特征，并用夸张的形式表现出来。

三、简要教学过程

我给学生上课时，以一系列的活动串起来。

首先，用PPT让学生猜谜语：“排队地上跑，身体细又小，做事最勤劳，纪律第一好（打一动物）。”很多学生很快就能猜出是蚂蚁。

然后，在PPT上展示出很多小动物，让学生寻找其中的蚂蚁（如图2），很多学生一看就能发现并指出蚂蚁在哪里。这里就很自然引出问题：“我们为什么能猜出谜语，从图片中识别出蚂蚁？”学生意识到，谜语和图片反映了蚂蚁的特征（如图3）。

“特征”这个词对小学生有些难度，教师可以简单介绍什么是特征，以及如何通过观察发现特征（如图4），还可以补充法布尔的故事说明观察的重要性。

上课的重头戏是学生自主观察，我为他们提供了玻璃瓶中的真实蚂蚁和塑料蚂蚁模型。学生根据观察画出了自己认为的“蚂蚁”（如图5）。在观察环节和绘画环节，各设定5分钟倒计时，提醒学生抓紧时间，因为学生刚入学不久，对时间的观念还比较模糊。

完成画图后，学生对真实蚂蚁、自己画的蚂蚁、蚂蚁模型进行比较，找出相同点和不同点（如图6）。最后是课堂总结，主要有三个问题：观察与看有什么区别？如何区别蚂蚁和其他小动物？如何观察其他物体？

四、教学分析

1.突出思维和方法

该课特别强调了什么是观察，而观察的目的是发现物体的特征。

课堂中强调观察和特征。观察是有目的、有计划的活动，包含用看、听、闻、摸等形式，该课以看为主。但是观察与看还有不同，看可能不带目的、没有计划，因此有视而不见、走马观花等说法，这样就不容易发现物体的特征。

从该课来看，观察的目的是发现蚂蚁区别于其他动物的特征，观察的计划是不遗漏某些区域，包括从左到右、从上到下，从整体到局部等，也包括使用工具或仪器帮助，还包括恰当记录。

该课是学生把真实蚂蚁在大脑中建模的过程，是科学概念形成的重要环节。在科学教材中，这部分内容比较缺乏，教材编写者希望学生去“悟”。其实，科学思维和方法要多讲、早讲，而具体知识倒是可以少讲。

2.点评

学生通过观察发现了蚂蚁的特征，而不再是模糊的印象。特征包括物体的形状、连接、尺寸、数量、颜色、行为等，具体到蚂蚁，要明确观察到（基本要求）：蚂蚁的身体分为几个部分，各部分大小关系、连接位置；腿的数量，与身体的连接位置等。更细节的内容（一年级可以不要求）包括：蚂蚁的腿分几节，腿是否光滑，身体是否有纹路等。

通过观察，刚入学的一年级学生都可以画出逼真的蚂蚁（如图7）。例如，有学生注意到蚂蚁身体的比例，尾部上有条纹，腿是弯成几节的，有学生把蚂蚁的头部进行了放大，突出了眼睛和嘴巴等细节，有学生注意到蚂蚁的腿不是光溜溜的，有学生将蚂蚁画的总体比较准确，但身体略长、头部略小。

当然，即使强调了注意观察，还是会有学生忽略一些细节。例如，有学生画的蚂蚁很逼真，但多画了两条腿（如图8），有学生画的蚂蚁拟人化，且腿的位置不正确。

总体来说，学生在观察蚂蚁时，发现了蚂蚁的主要特征，但是有些细节还是没有注意到。这也说明学生会把自己的想象加入其中，使得他们画的蚂蚁出现类似于漫画及拟人化的现象，还没有意识到观察的准确性及科学求真的特点。

我在给学生上课时，有很多科学教师和教研员听课。下课后一位教研员很有感触，专门发了微信，谈了基层教师对观摩这次课的体会。微信内容如下：

高教授，刚才我们几个教研员聊起来，觉得您这节课给我们的启发特别大。您这节课让我们看到了自己上课的缺点：

一是注重讲，可是能讲的基本都是科学知识，而科学思维、探究实践能力不是靠老师讲出来的，是培养出来的；

二是我们不敢放手，生怕课堂失控，为了要到一个自己预想中的答案，会反复启发、引导学生；

三是我们也会让学生探究实践，但是给学生观察、画画、交流的时间不充分，往往是为了探究而探究，很像是走形式、走过场；

四是我们基本不给学生反思、改进、评价的机会，可是这是我们探究八要素里就有的，也是科学探究必备的。

这些都在您的课堂上呈现出来了，给我们启发很大，大家受益很多。他们让我代表大家向您表达感谢。

作为比较，在一次类似的科学观摩课上，由于授课教师没有对学生强调观察和特征，导致8组学生（开学即二年级）画出的蚂蚁都存在很多问题，没有一组抓住了蚂蚁的主要特征（如图9），如不事先说明，有些很容易被误认为是蜜蜂或爬虫。

五、涉及的学科和跨学科概念

“观察并画出蚂蚁”涉及的跨学科内容包括科学、语文、艺术、数学等。

科学：观察蚂蚁，发现蚂蚁的特征，这些特征是区别蚂蚁和其他动物的依据。

语文：涉及蚂蚁的谜语。谜语是对物体某些特征的描述，描述得越准确，越容易猜出。但谜语往往只表述了一部分特征，还需要联想猜测，是思维训练的好方法。

艺术：画出蚂蚁及其细节，涉及绘画水平，更与观察的仔细程度有关。

数学：在观察蚂蚁时，涉及数与形。数包含蚂蚁身体的环节数量、腿的数量等，形包含蚂蚁各部分的形状、连接位置等。

“观察并画出蚂蚁”从不同的角度涉及跨学科概念，这并不需要给一年级学生讲，但是教师要抓住教学的重点就需要理解该课的跨学科内容。

物质与能量。蚂蚁是由物质组成的，能够运动，需要外界的食物补充能量。

系统与模型。真实的蚂蚁是系统，学生画的蚂蚁是在对蚂蚁进行简化建模。学生通过观察发现蚂蚁的主要特征，并以图像的形式进行表达。大部分学生的蚂蚁图像反映了蚂蚁的主要特征，虽然有些细节不准确，但仍能识别出是蚂蚁。

结构与功能。蚂蚁的外在结构包括了身体、触角、腿，以及它们的连接位置关系。大部分学生画的蚂蚁结构合理，少数在数量和连接位置方面存在细节差异。

稳定与变化。人们对蚂蚁的认识是基于几个重要的特征，如身体部位的形状和数量、连接位置等。在主要特征不变的基础上，图像中的蚂蚁形状、数量有少量变化时，不影响人们识别出蚂蚁。

（作者：清华大学航天航空学院教授，义务教育科学课程标准修订组成员，“天宫课堂”策划人。致谢：山东省烟台市教科院王慧珍教研员，山东省烟台市芝罘区官庄小学胡海涛、李欣泽老师，河南省实验小学王星娜老师，山东省龙口市实验小学的一年级学生。）