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以现代自然科学观点看道家之“道”
摘要：随着现代科学的发展，人们对自然本源的认识越加困惑，却找不到合适的哲学思想加以诠释。然而，道家思想却是个特例，它不但没有随科学的发展而变得苍白，反而因科学的发展而愈发生动。道家认为“道”是万物之本，而现代自然科学正可予“道”一个很好的注解。以现代自然科学观点来看“道”的本质、“道”的性质、“道”的运动和发展，以及人所持之道，既是新的视角，又是新的发展。
关键词：道家;道;自然科学
很多自然科学家，尤其是物理学家，十分关注道家思想。他们往往把自己的研究领域或科学发现同老子的“道”相联系，并称从道家思想处获益匪浅。例如，著名英国科学技术史家李约瑟在其《中国科学技术史》第二卷中对道家思想不吝笔墨，仅《道家与道家思想》这一章就约15万字。并在其引言中说：“道家思想中属于科学和‘原始’科学的一面，在很大程度上被忽略了。”1949年度诺贝尔物理学奖的日本科学家汤川秀树也曾声言，“他正在对三十多种基本粒子背后的基本物质到底是什么而为难”时，由于想到《庄子应帝王》中关于“日凿一窍，七日而浑沌死”的寓言时才想到这基本的物质可能就类似于混沌。“它可以分化为一切基本粒子，但事实上还没有分化”。而获得1976年诺贝尔物理学奖的美籍华裔物理学家丁肇中教授则指出：“中国古代对物质结构有两种不同的看法，第一种看法认为最基本的结构是粒子，粒子是可以数得出来的;另外一种看法是宇宙中最基本的结构是连续性的。粒子的观念起源就是阳和阴。连续观念的起源是公元前6道家的创始人老子，他认为最基本的东西是永远摸不清的。”
那么，为什么会有如此之多的自然科学家(尤其是物理学家)钟情于道家思想呢?以笔者之见，正如英国当代大物理学家史蒂芬霍金所言：“哲学已经跟不上科学的发展。”[3]现代科学，尤其是现代物理学的突飞猛进，一方面向人类揭示出更多令人瞠目结舌的自然奇观，另一方面也让大多数原有的哲学思想变得苍白无力。特别是现代物理学，过去100年间将原有的理论大厦推倒又重盖，对“万物之理”的研究越深入，对自然本源的困惑也越多，然而却找不到可将其加以诠释的思想武器。但是，道家思想却是个特例，它对“道”的阐述不但神奇地可以与科学前沿相挂搭，而且“道”的影子也随着科学的发展而愈发清晰。这不得不令我们惊叹于古人对自然哲学的伟大成就。以下笔者试着以自然科学的观点，对道家的“道”进行阐述。
一、什么是道
老子曰：“有物混成，先天地生。寂兮寥兮，独立而不改，周行而不殆，可以为天下母。”庄子曰：“道者，万物之所由也。”很明显，道家认为，“道”是天地万物的根源和基础。然而，纵有一万个人读《道德经》，恐怕也会有一万种对“道”的理解。有的学者认为“道”就是老子抽象出来表示产生万物的精神力;还有的学者认为“道”就是“道理”，类似于朱熹的“理在事先”，即产生物质的是唯心的“理”。“唯心论”或许有一定道理，但若以现代科学的逻辑，“唯心论”却是说不通的。为什么呢?我们先从科学之“理”来说起。
首先讲什么是科学。《现代汉语词典》里的解释是：“指发现、积累并公认的普遍真理或普遍定理的运用，已系统化和公式化了的知识。”以霍金的解释，科学其实就是人企图通过一系列规律及定律来解释世界。这与宗教有本质区别，因为科学之理超脱于神而存在。说上帝创世“只是增加了上帝由谁创造的问题而已”。在西方，一般认为最早企图为自然立法的是爱奥尼亚人(属古希腊文明)[3]。而中国则早在5000年前就有了阴阳八卦等朴素唯物主义学说。爱因斯坦曾经说过：“相信有一个离开知觉主体而独立的外在世界，是一切自然科学的基础。”[5]而对于道家，至少有两个论点是贯穿始终的：第一，对于“道”这一世界规律存在和可理解性的坚信，否定宇宙由神权支配;第二，天地万物和人类虽然纷繁万端，但皆以“道”为最大共性和本源，存在着内在的联系和一致性、统一性[9]。也就是说，道家与科学的观点一样，都主张自然之本是通过客观规律对世界进行支配的。
那么，“道”是不是“理”呢?笔者认为不是。老子曰：“有物混成，先天地生。”注意，老子认为道是“物”，而且“先天地生”。老子又说：“天下万物生于有，有生于无。”“道生一、一生二、二生三，三生万物”。由此，既然生万物的是道，有生于无，而不管“一”、“二”、还是“三”，都是“有”，那么“道”只能是“无”。
在一些人看来，“无”就是什么都没有，这似乎与道是“物”的观点相矛盾。但是，若以现代物理学观点来看，则不难找到解答。第一，“无”本来就是个相对的概念。就算我们能抽走一个密闭容器内的所有分子，那么容器中依然会有各式各样的辐射和能量，还有无孔不入的中微子;就算我们能抽走这个容器内的所有物质，那么这个容器内的空间依然会不断地出现不停互相湮灭的正负粒子，即“真空涨落”。另一个例子，我们在地球上能用天文望远镜望见色彩斑斓的猎户座星云，但如果你真能实地探查一番的话，必定会发现那里什么也没有，因为那里物质的密度比我们能在地球上制造的最空的“真空”还要低。第二，现代科学，尤其是现代物理学认为“无中生有”并非不可能。霍金认为，宇宙很可能就是起源于一个膨胀超过临界点的混沌粒子[4]。以m理论为例，宇宙的可能性不止一个，事实上有无限多种可能性“合成”了现在的宇宙，宇宙起源于更高维“膜”上，“膜”的相互作用产生了物质[3]。多重的宇宙本来应该是无限，然而它们却并不为实体所见，正是有无相生关系的最好注解。由上，“道”虽然是“无”，但它依然是物质，好比数字零表示“没有”，但作为一个字符，它依然是“有”，不可忽略。
我们再回过头来看这个“道”字，在老子生活的时代，道已经有了“路”的意思。笔者认为，老子的“道”正是取的“路”的意思。那么，“无”也会有“路”吗?以现代物理观点，答案是肯定的。在量子力学中有一个很难解的效应，即两个分出自同一粒子的粒子，对其中一个粒子施加作用会影响到另一个粒子，而不论两者的距离dd即使是相距上百亿光年也一样。这种“不可理喻”的效应被爱因斯坦称为“幽灵”。现在来看，这种“幽灵”不正是一种无形的“路”吗?而这种“路”存在于不确定性主导的量子领域，正如老子所言：“绳绳兮不可名，复归于无物，是谓无状之状、无物之象，是谓恍惚。”何况现代物理还认为万物的信息都储存在超维“全息图”中，即使物体落入黑洞信息也不会丢失[3](霍金为此打赌还输了一本百科全书)。如此，这样的“全息图”还真是通往万物奥秘之“路”，正所谓“玄之又玄，众妙之门”。
二、道的性质与运动
老子曰：“道生一、一生二、二生三，三生万物。”这句话令笔者想起了《易经》中的数理变化(二的零次方是一……二的.三次方是八，即八卦)，如果没有“道生一”这句，确实颇有毕达哥拉斯“数即万物”的意味。由上我们可以看出，道家认为道是万物本源，然而要形成万物，还要经过一系列的数理变化，也就是“道”通过“理”来实现自己的作用。所以我们现在说的“道理”，应该是“道之理”，而不是“道即是理”(事实上，《道德经》中将道的功能称为“德”)。《道德经》开篇就是“道可道，非常道”，如果我们将外在世界看作是“道”，也即“常道”，将科学看作“可道”，我们可以得出这样一个公式：道=客观世界;可道=科学。这个公式表明：一方面，科学是人对客观世界的“可道”，并不是客观世界本身;另一方面，这种同时包含了客观与主观属性的“可道”又是人对客观世界进行认识的必然方式，除此以外别无他途[10]。
道既“可道”，而又非“常道”。联系上文提到的公式，也就是说科学可以认识世界却又不能订立普适稳恒的道理。老子似乎认为人的认识有一个限度，科学也一样，它不是全能的。相对于爱因斯坦毕生都致力于寻找可以解释万物的“大统一理论”，量子力学领域则接受了微观世界的不确定原理。海森堡不确定性原理指出：“一个微观粒子的某些物理量(如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等)，不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。”量子力学的哥本哈根解释告诉我们还不曾被测量的量子系统处于一个真正不确定的状态，说它处于一个特殊的未知状态是没有意义的。也就是说，在量子力学领域，没有什么是确定的，粒子的行为只能以概率描述。不确定性原理正符合了道家“道法无常”理念。难怪曾在1957年获得诺贝尔物理学奖的李政道博士说：“从哲学上讲，‘测不准定律’和中国老子所说‘道可道，非常道，名可名，非常名’的意思颇有符合之处。”
量子力学另一个颠覆性的理论是其主观性，也就是说，观测者可以影响到客观实验的结果。用海森堡的话来概括就是：“在我们与自然的科学关系中，当我们必须处理只有用最精巧的工具才能深入进去的那部分自然时，我们本身的活动就变得很重要了。”对此，很多科学家和哲学家觉得无所适从，甚至陷入到主观唯心的怪圈当中。事实上，中国传统哲学自始至终都没有陷入物我两分的僵化境地，这点在道家体现的尤为明显。因而在人与外在世界的关系这一问题上，道家往往可以给今人以深刻启示。老子曰：“天下皆知美之为美，斯恶已;皆知善之为善，斯不善已。故有无相生，难易相成，长短相形，高下相盈，音声相和，前后相随，恒也。”人类世界里存在美与不美、善与不善、难与易、长与短、高与下等相对事物，对此我们都习以为常，但老子却认识到这些现象的本质。假设有一座十层楼房与一座平房，无论是否有人看到过它们，它们仍然会实实在在地矗立在地面上，不会发生任何变化。从这种意义上说，人的认识不会对外在世界或称作实在的客观性产生影响，然而当我们用高和矮去认识它们时情况就发生了变化。尽管“高楼房”与“矮平房”仍然客观地存在于原来的处所，与它们被认识之前相比没有发生任何变化，但“高”与“矮”却是认识主体在认识过程中附加其上的主观因素[10]。人作为自然界的一部分，本来就在“道”之内，而且人本来就是一种“测量工具”，何况我们观测时往往要借助各式各样的精密仪器，这就注定我们不可能纯粹客观地反映客观事物。这大概就是“名可名，非常名”的真谛吧。
老子说“独立而不改，周行而不殆”，也即是，道不随任何主客观事物而改变，它不断运动而永不停息。然而后面几句“吾不知其名，字之曰道，强为之名曰大，大曰逝，逝曰远，远曰反”，看起来晦涩难懂，而且随各人理解不同译法不一。那么，这个“大”、“逝”、“远”、“反”又分别代表什么意义呢?笔者认为，既然有“字之曰道”一句，那么后一句必然是老子给“道”下的定义，也就是“强为之名曰大”。上文说过，道虽是“无”却无所不包，独立于天地而延展至无限，所以说“大”，一点都不为过。但是，道“无状之状、无物之象”，用形容词来命名“物”，不太恰当，实非不得已，故称：“强为之”。后面好几个“曰”字，应该可以理解为逻辑递进，但不是时间上的先后关系。考虑到道是“天地母”“先天地生”，所以这句应该说的是道的本质，道的逻辑衍生关系。“大”这个词，本来形容的是物质与空间，从现代自然科学角度来理解，宇宙的本初基质就是空间，上文提到空间貌似无物而实际上却也是一种无所不包的物质，是无限的“大”。不过，光有空间却是无意义的。自爱因斯坦发现广义相对论以来，人们知道时空是不可分割的一体。试想，如果没有空间事物的变化，时间又有什么意义呢?子曰：“逝者如斯夫。”“逝”字明显指的是时间，有了空间的变化，才会有时间的意义。时空一体，永恒发展，延伸至无穷，故曰“远”(“远”字既可以形容空间也可形容时间)。时空无限发展，于是我们遇到了“反”。
什么是“反”?老子曰：“反者，道之动。”也就是说，“反”是道的动力。任何事物都有其两面性，而这事物的本质属性却滋生了事物演化的动力。根据热力学第二定律，任何物质都会向从有序到无序、由低熵向高熵发展。现代宇宙学也认为，宇宙初始阶段是低熵有序，而终结于高熵无序，两者互为反面。这正是任何事物都会向其反面发展的例证之一。同时，“反”在古文中有“返”的意思，也就是说，道的运动是周而复始，再加上上面提到的正反“箭头”，道便成了螺旋状行进的力量。纵观整部《道德经》，处处都体现着对立统一的辩证法思想。
三、人之道
老子曰：“故道大，天大，地大，人亦大。域中有四大，而人居其一焉。人法地，地法天，天法道，道法自然。”老子肯定人在自然界的地位，也就是“四大”之一，但是这“四大”却并非平级。其中，“四大”最高一级的是“道”，上文说过，道是万物本源，所以万物必须循道而行，人自然也不例外。老子曰：“是以万物莫不尊道而贵德，道之尊也，德之贵也，夫莫之命而常自然。”“以辅万物之自然而不敢为”，“尊道”而“不敢为”，不是无所作为，而是顺应自然规律，不强作妄为，以求达到“无为而无不为”的效果[9]。而尊重客观规律，顺应客观规律，正是科学的精神。回过头来，我们或许会问：为什么先要法地、法天，然后才能法道呢?古人不比现在能掌握非常丰富的科学知识，他们不知道地球外还有什么。但是，身处农耕社会的古人会更深刻地意识到人对于土地的依赖，而且在低污染的环境下会体会到其它生物对大地的依赖。笔者认为，老子的“地”，可以看成现代名词“生物圈”，可以看成古人对生态系统的意像。现代生态学研究的是生物及其环境之间的关系，它主张生物与环境是协同进化的关系;生物与生物间，生物与环境间通过能量流动与物质循环保持动态平衡;破环生态系统其中一环，就会引起整个系统的响应。同样，身为生物圈一员的人类，如果不尊重这些规律，随意破坏，则必然会遭到自然界的强烈反弹。人改变不了自己的生物属性，那么人就必须依存于生物圈，人就必须遵守生态学规律。所以“人法地”，人必须先顺应自己所处的大地，然后才是“天”(气象、天文等)，因为“天”的影响，是通过“地”(生物圈)引起的。近代出现的全球变化问题就是活生生的例子。
那么，人类未来应该怎样做，才是“顺天应道”呢?道家主张人应当“返璞归真”。庄子曰：“圣人法天贵真，不拘于俗。”又说：“无以人灭天，无以故灭命，无以得殉名，谨守而勿失，是谓反其真。”也就是说，人应该摆正自己的位置，守住自己的本真，不强求妄为。那么，人究竟应该怎样守卫“本真”呢?美国著名人类学家莫里斯认为：“科技进步的速度已经远远超过人类进化的速度，以至于人类根本来不及去适应它。”[8]莫里斯指出，人类的行为已经随现代环境而改变，但这种改变并不适应于我们经过千百万年进化的机体。于是，无怪乎现代人多半处于亚健康状态，因为我们的本性并不适合坐办公室看电脑，并不适合坐在铁皮里开车……我们的身体更适合山野间奔跑，丛林间采果……总之，我希望人类未来的发展能更多照顾我们的自然属性，实现人与自然的和谐发展。作为个人，我们应该无论如何都不能脱离自然母亲，因为那里有我们的“本真”。
综上，以现代科学思想的角度来重新审视道家思想，道家这个古老的思想体系就会以崭新的面貌展示出来。以现代自然科学的观点来看道家之“道”，会让我们以全新的方式来理解“道”之精髓，体味“道”之奥妙，并在当今科学大发展的时代发扬“道”之精神。因为“道可道”正是科学的真谛。
参考文献：
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当前学校的课堂教学面对一个普遍存在的问题，学生的知识基础和学习能力存在一定的差异性,导致课堂上出现“优生食不饱，后进生学不到”的情况。断层现象导致教师难以顾及两头，经常出现教学滞后的情况。笔者近年来在科学课堂教学中，对信息技术支持下的“翻转课堂”模式进行教学探索，把“填鸭”式课堂转变为学生自己知识内化、互动答疑、小组合作交流讨论、做作业的自主课堂。
翻转课堂；课堂改革；科学
近年来，信息技术的快速发展给社会各领域带来了翻天覆地的变化,同时也为教育的发展提供强大动力。信息技术支持下的翻转课堂模式的兴起，为当前传统教学模式的改革带来了契机[1]。翻转课堂是一种新型的课堂教学形式，颠覆了传统意义上的课堂教学模式，也让处于课程教学改革胶着状态的我国教育工作者看到了课堂改革的新希望[2]。传统的教学模式普遍是教师在课堂上讲课，结束时布置家庭作业，第二天才可以检查到学生掌握的情况。而在“翻转课堂式教学模式”下，学生在课前通过网络完成知识的学习，并进行相应的练习检测，而在课堂中通过提问、答疑、解惑、知识的运用等方式，变成了师生之间和生生之间互动的场所，从而达到更好的教育效果。其中正是互联网的普及和计算机支持的媒体技术在教育领域的应用，才能使这种依靠网络技术支持的“翻转课堂式”教学模式可以实现。“翻转课堂”把课堂改革的着力点聚焦在结构性变革上。课堂结构上的颠倒，促使一贯认可的师生角色换位，也促成课堂以知识传授向问题解决的转变。《科学》这一门课程涉猎面广，趣味性强，动手机会多，如何利用信息技术支持“翻转课堂”的实施，改变当前学生被动的学习状态，调动学生的学习兴趣，从而激发学生主动探究的欲望，培养爱动手、爱动脑的好习惯,提高学生的学习力和综合素质，是我们目前最迫切的改革意愿，也是一个有研究价值的课题。这样的变革，对于改变小学科学课程中讲一讲、做一做、考一考的“无为”现状，构建科学探究、动手实践为主的科学课堂，带来前所未有的新景象。我们尝试把40分钟课堂分为两部分，第一部分：10分钟的微课观看及让学生利用教师提供的“学习包”进行自主探究学习；第二部分：30分钟师生、生生间利用网络互动提问、答疑，同时学生再次自主学习、小组讨论交流、做作业、剩余时间为师生间、生生间进行答疑。
下面以《八大行星》一课为例，基于“翻转课堂”模式的小学科学教学进行探讨。
（一）“翻转”让上课不再是“填鸭”
浓厚。视频的阅读以及同伴间的交流讨论，占用课堂时间的四分之一，大约占十分钟。正式讲课了，教师可以舍弃传统教学模式下，把原本需要由教师讲解的基础知识，转变为教师根据学生网上提问及讨论的情况，进行针对性、有的放矢讲解，把要讲授的基础知识转换为通过学生之间的提问交流形式来进行，尝试让学生根据学习资源包进行自主探究学习，并借助同伴的帮助进行学习。在此基础上，教师让学生分组讨论，并把还不明白的问题写在黑板上。对于这些问题，教师并不急于讲解，采用全班交流的形式，让能力强的学生起来作答或补充，最后在学生回答的基础上再做引导。如果说以往的课堂教学是教师讲学生听的“填鸭式”、知识灌输式教学，那么这节基于“翻转课堂”模式的小学科学课，已经从老师单纯的“讲”转变成了学生的“问”与“说”，一堂课大约2/3的时间是学生自己在阅读视频，自己在提问，在交流，学生学习方式发生了转变，这就是“翻转课堂”带来的最大变化。接受为主的认知性活动不是教学活动的全部内涵，学习的过程转变为教师创设学习情景，发现问题——传递知识、训练技能的过程，学生通过认识、体验、发现、探究等多种学习和活动方式，发展实践能力，发展对知识的综合运用和创新能力，如探究能力、信息能力、分析问题能力、合作与交流能力。学习方式已经转变为小组学习、合作学习、协作学习，有别于传统个人的单打独斗方式。这种教学模式下，教师是课堂教学活动的设计者、指导者、组织者、开发者、合作伙伴，而不是知识的灌输者。
（二）“翻转”让学生带着问题到课堂
传统的教学模式，学生习惯于在课堂上听，甚至是盲目地听从，他们很少有自己的思考，不善于提出个人的想法，更不会向教师提出问题，学生在学习上缺乏问题，缺乏问题意识。“无问题学生”的出现，一方面是教材、教师权威的慑服，长期以来，教师讲授的都是“无可置疑”的教材知识，教材是专家制定后在全国统一实施的，是课程实施的唯一蓝本，只能遵从复制，不能质疑创新。面对“无可置疑”，学生能有什么问题，敢有什么问题。二是教师教学的遏制。灌输式教学，教教材，教教案，奉行一种“目中无人”的教育模式，把学生视为承载知识的容器。三是应试教育的误区。“上课记笔记，下课看笔记，考试背笔记，考后全忘记。”“翻转课堂”模式下的小学科学教学，必须激发学生的问题意识，以问题为中心开展课堂教学。刚开始上课，教师就列出了一连串学生提出的问题，如：水星为什么没有水？地球自转为什么比金星快230倍？等来自于学生的问题。还没上课学生咋就提问题了？这些都是学生观看视频后，在网上与同学讨论后提出的问题，这些问题学生经过思考、同伴交流后还是不明白，不能自行寻求到答案，教师在课堂上就应该着重解决。于是小组讨论、操作摆弄实验器材(各行星与太阳)等等，学生成了课堂的主人，参与积极学习。过去都是课堂教师讲解，学生回家做题，现在是课前自主学习，完成作业，提出不懂的问题，有些问题可在同伴的帮助下解决。翻转课堂就是这样把课堂教学的知识点前置，让学生自主、互助地在网络上学习。学生由于已经提前对这节课的内容进行学习，在课堂上以解决问题为主，学生在课堂不再只是“听”，而是提出自己弄不懂的问题与同学和老师讨论，并思考问题的不同解答方法。如“水星为什么没有水？”这一问题，学生经过分组讨论，提出了不同的观点和想法。甚至还有同学摆出了水的蒸发温度来说明水不存在的原因。这样的课堂，拓展了学生的思维，加强了学生的`交流，时时训练着学生的表达能力，合作能力与意识。课堂更具针对性与互动性，包括师生间的互动，生生间的互动。同时，由于教师的角色从知识的传授者转变为学生学习的引导者，这让教师有时间与学生展开深入的交流，解答学生的困惑和问题，对每位学生进行个性化指导[3]。
（三）“翻转”让学生自己掌控学习
由于人的发展的差异性，一个班的学生水平自然参差不齐，有的非常优秀、表现突出，有的普普通通，有的对基本的教学内容也感到困难。所以，传统的课堂教学出现的重要困难就是教学不能适应不同能力水平的学生。而翻转课堂这种新的教学模式，就能做到无论是从教师、学生还是从课堂结构、教学内容来看，都注重尊重学生的个体差异。首先，翻转课堂教学模式的创设目的就是为了满足不同水平学生的需求。如“八大行星”一课中，学生需要独立的学习机会，他们更希望在他们遇到问题时教师能给他们一对一的帮助，对于本课的学习，学生早已在视频当中学习了相关知识，但每个学生掌握的情况各不相同，因此，教师的作用应该发挥在关注个别学生的学习情况当中去，为有疑惑的学生进行解答与帮助，这样就能满足不同学生的需求，促进他们的学习。其次，在翻转教学中，学生能根据自己的需要暂停和回放教学内容，这把学习的主动权真正掌握在学生的手中。每一节科学课学生需要学习大量的知识，通常情况下教师希望学生理解他们的讲解。然而，即使再好的教师或讲授者都有学习上跟不上的学生，他们不能理解或学习所要求的知识。对有的同学而言，教师的讲授进度可能太快，而对其他学生而言却太慢。学习能力强的学生理解快，而学习困难的学生却要花更多时间才能跟上。因此在课堂中不可避免出现这样的情况：当教师切换幻灯片时，小部分学生会发出尖叫并要求回到前一张。但在这节“翻转课堂”模式下的“八大行星”科学课，学生手中掌握有“遥控器”——平板电脑，那些学习进度相对慢的学生使用回放功能实现反复听讲，如果他们这样仍然不能理解，在课堂里教师可以一对一辅导或以小组来帮助他们答疑解惑。学习进度快的学生也可以按照适合他们的进度学习，有部分学得快的学生就会省下很多时间，或帮助有困难的学生，或学习其他内容和思考其他问题。这种做法相对于传统课堂里教师主导教学内容和进度而言是一种真正的创新和突破。
按照“翻转课堂”的模式，将会是学生可在家里观看授课教师的教学视频，网络交流互助、完成作业，第二天再到课堂上交流、探索。从而最终实现学生的学习知识不受时间、空间的限制，把课堂从校内延伸到校外、课外时间，每一位学生都可以选择最适合自己的时间、地点和方式接受新知识；而课堂将成为知识内化、互动答疑、小组合作交流讨论、做作业的场所。这种由学生来主导的课堂，大大激发学生的学习兴趣和学习主动性，学生自然成为了课堂的主体。传统课堂，教师铺好路让孩子走；翻转课堂，教师在孩子前进的道路上扫清障碍。
小学生往往都有较强的好奇心，对新鲜的事物充满着兴趣，对更加形象直观的事物、原理等更有兴趣，因此，教师应利用学生的这种好奇心，引导他们进行科学实验，让他们体会到科学的妙处，提高学生学习的积极性。
比如，在《浮与沉》这堂课的教学过程中，教师可以给学生准备两只大小形状都一样但是重量却不相同的小船，让学生们自己进行实验，测试将两只小船同时放进水中会出现什么样的现象。在讲解《镜子》这一课时，让一个学生在讲桌下蹲着，使得班内其他学生都无法看到他。选取几个同学在教室后面的黑板写字，由这个蹲着的同学猜他们写的内容。几组同学实验过后，同学们都会奇怪为什么无论后面的同学写什么，蹲着的同学总能说对。然后，由教师向大家展示潜望镜，讲解潜望镜的构造原理。课堂最后，由同学们轮流使用潜望镜进行实验。这样的实验教学可以提高学生学习的积极性，提高他们动手进行科学实验的能力。
一节课，如果只有教师进行课程讲解，小学生的注意力很难长时间集中，而小组讨论的形式，不仅可以提高他们的注意力，还可以通过交流拓展他们的思维，培养他们的合作能力。因此，在科学教学过程中，教师要善于引导，创造机会让学生进行小组讨论或者是辩论，营造一种积极、和谐的课堂氛围。比如，在讲解《雨的形成》这一课时，教师将事先准备好的刚从冰箱里取出的矿泉水，让学生进行观察，并提问：瓶外壁上的这些水珠是怎么来的，为什么会出现水珠。然后让学生进行分组讨论，讨论之后由组长发言说明小组观点。班内同学针对不同意见发表自己的看法，进行辩论。教师在学生讨论过程中进行引导，带领学生找到问题的正确答案。又比如，学习《燃烧的秘密》一课时，在刚上课时由教师提出问题：蜡烛燃烧之后生成的物质是什么。让学生先自己思考五分钟，然后分组进行讨论。讨论二十分钟之后，挑选几个学生发表自己的看法。教师不要给予任何判决，针对不同的意见，由学生自己进行辩论。在这过程中，教师要注意课程的节奏与课堂的纪律。最后，将学生的看法进行汇总、分析，由教师进行问题的讲解。
这样的课堂更有趣味性，更能调动起学生的学习积极性。由学生分组进行讨论，有助于提高他们思考问题的能力和学习的主动性，同时，也增加了学生之间的互动性，培养了他们的语言组织和表达能力。
科学是一门综合性较强的课程，它包含着天文、地理、生物、历史等多方面的知识。这门课程的学习需要学生将课本知识与生活实践相结合，需要学生有一双善于发现的眼睛，勤于思考的心。科学的教学不应只仅限于课堂上书本知识的教学，还需要与生活中其他各个方面相结合。比如，在学习《未来农业》这一课程时，教师可以组织学生进行嫁接、改良的实验，让学生亲身体会到科学实验的乐趣，学会科学的研究手段。在进行《节约用水》这一课的教学时，教师可以带领学生去周围的河流水域进行观察，了解周围河流的使用以及污染的情况，分析污染的原因。同时，也可以在课堂上播放水流污染、水资源缺乏的视频、图片，让学生了解水流污染的严重性以及水资源缺乏的严峻性，让学生们切实体会到节约用水的紧迫性。
这样的教学方式，可以让学生对书本知识有更形象的认识，有助于提高他们将知识运用于实践的能力。
在科学课程的教学中，教师应结合课本知识，为学生提供进行科学探究的机会，让他们真正参与到科学实验的过程中去，体会到科学这门课程的魅力，提高科学探究的能力，增加有关科学的知识储备。只有这样，才能够真正意义上提高他们的科学素养，为以后的学习与发展打下基础。
小学科学教师应把如何调动学生学习的积极性，提高学生的学习兴趣，培养他们的动手实验能力作为工作的重点。在课堂教学中，有组织的引导学生进行小组讨论，采用多种学习方式，提高学生学习的热情，有意识地培养学生将所学知识运用到实践中的能力，真正提高他们的科学素养。
随着新课程的深入推进，越来越丰富的、复杂的课堂生成现象出现在老师眼前。面对生成，该怎么办？笔者以为，“动态生成”体现了学生的主体性，体现了课堂不再由教师主宰，而是教师依据学生的学习情况，随时调整教学过程，让学生真正成为学习的主人！因此，课堂教学中教师应时刻关注生成，以生成为教学资源，不断创新，把师生的互动引向深入，让课堂上不断产生思维的碰撞，从而使课堂更加精彩。
面对生成，教师需要在很短的时间内作出合适的反应，长不过几分钟，短不足十几秒。仔细审视现实的科学课堂，我们会发现有许多教师面对课堂生成的情况，或手足无措，或茫然不知。
生1：小瓶内空气少，所以先烧完，大瓶内空气多，所以后烧完。生2：燃烧需要氧气，小瓶内氧气少，所以蜡烛先熄灭，大瓶内氧气多，所以蜡烛熄灭得晚一些。
师：也就是说，同学们都认为燃烧需要空气。那么瓶中的空气是不是全部被烧掉了呢？瓶中到底还有没有空气呢？接下来，我们主要来研究这个问题。
案例1 中，生1 和生2 两位同学的发言是有差异的，这反映了两位同学拥有不同的知识背景和思维水平。分析生2 的发言，我们可以判断，该同学在课前已对空气的成分这一知识点有所涉猎，在走进课堂时，他不再是一无所知。教师可通过追问该同学“空气和氧气有什么不同吗？”引导学生在第一种猜想“瓶中的空气用完了，所以蜡烛熄灭了”的基础上，产生又一种猜想：“燃烧需要空气中的氧气，蜡烛熄灭是因为瓶中的氧气用完了，但瓶中的空气并没用全部烧完，里面应该还有空气。”但教师压根就未发现这一课堂生成资源。
案例2：一位教师在引导学生探究“红墨水滴到热水和冷水中哪种情况扩散得快”这一问题时，先让学生进行猜测，接着让学生用实验来探究。本来绝大部分学生的猜想和教师心中的结论是“红墨水在热水中扩散得快”，但是，结果有三分之一的小组得出的结论是：红墨水在冷水中扩散得快。这一结论与学生事先猜想的不相符，也出乎这位教师的意料。于是，这位教师要求学生重做一次实验，其结果更是大大出乎教师的意料，有近半数的小组实验结论为“红黑水在冷水中扩散得快”。该教师慌了，他给学生下了结论，判定是他们将水杯“晃动了”，红墨水应是在热水中扩散得快呀，接着马上转入下一个知识点的教学。
面对课堂生成，这位教师表现得有些手足无措。意外既然发生了，我们应将“坏事”变“好事”，应该抓住机会让学生讨论：为什么同一个实验，同学们却得出了完全不一样的两种结论呢？原因是什么？这样，学生就会意识到，影响红墨水扩散快慢的因素是多样的，做对比实验时需要严格控制实验变量。
1、 借一双“慧眼”——重视课堂观察
课堂观察是对学生课堂表现的观察，其范围包括认知水平、学习态度、情绪表现、人际交往、实际操作、独创等。只有重视课堂观察，教师才能在课堂上捕捉到更多的稍纵即逝的生成性信息，并冷静地分析其教育的价值和意义，灵活地处理教学环节，重组教学方案，使学生真正“动”起来。
案例3：在进行斜面的实验教学时，我先用投影向学生讲解实验方法。讲解的同时，我不忘观察每一位同学听讲是否认真，脸上是充满信心还是茫然无知，因为我知道这样一些信息对后续的教学意义重大。忽然，我发现两名学生已用木板搭出了一个斜面，用弹簧秤钩着“重物”正想爬坡。看到这一现象，我意识到，自己讲得太多了。于是，我停止了讲解实验方法，而是让其他同学也先试着做一做。结果，通过实验，每个学生都有收获，结论“五花八门”，有“斜面能省力”“坡度越小的斜面越省力，坡度越大的斜面越费力”“在高度一定的情况下，斜面越长越省力”“在斜面长度一定的情况下，斜面越高越费力”等。
正是重视了课堂观察，这位教师才能迅速发现有两位同学不守“规矩”（未等教师发号施令便动起来），并冷静地分析该现象产生的原因（自己讲得太多了），灵活处理教学方案（让其他同学也先试着做一做），才使学生真正“动”起来。
2、 试一试“太极拳”——将问题返还给学生
将新生成的问题返还给学生，是处理“生成”性资源的有效策略。原因有两点：首先教师要在短促的时间里调动大脑中储存的资料，迅速地形成应对的策略和引导的路径，需要一个反应思考的时间，同时，需要最大限度地获取学生对该话题的真实思想。所以，将问题本身返还给学生，无疑会使教师获得喘息的机会，从容不迫地在内心整合学生的发言，发现问题的症结，找到巧妙的引导方法。其次，问题从学生中来还回到学生中去，这有意或无意的举动正契合了新课程“学生是学习的主体”的思想。
案例4：在《认识磁铁》一课的教学中，在学生通过实验得出磁铁有南北两极，同极相斥、异极相吸的结论时，一学生突然插嘴说：“老师，我觉得这个结论不对。这儿就有两块磁铁（其实是一块摔成两段的磁铁，断的一头在蓝色一段的中间），你看它们怎么同极相吸？”这位同学边说边拿同颜色的两头相接近，结果是同颜色的两头吸在一起了。这一结果也引起了一部分同学的认同。此时，教师没有直接告诉学生原因，但也没有对这一“插嘴”置之不理，而是将问题抛给了学生：“对呀，这两头都是蓝色标志，应该是同极相斥，但为什么会相吸呢？”将学生引向讨论中。最后学生通过讨论得出“一块磁铁断掉后，每块都会有两个极，那块都是蓝色标志的磁铁它也有两个极，刚才同颜色相吸的那头可能就是北极，所以相吸了”这一假设，然后，用实验验证了这一假设。
3、 打一打“预防针”——生成也可以预设
教学的生成性，是否意味着不需要预设或不需要改进预设？
课程专家指出，新课程改革对预设的要求不是降低而是提高了。
“凡事预则立，不预则废”，这是亘古不变的至理。我们完全可以在进行教学预设时进行全方位多角度的思考，预设学生会提出什么问题、喜欢什么样的学习方式、生活有怎样的体验、解读会有哪些感悟、探究会有哪些答案、练习会出现什么错误……一旦我们做到尽可能地把课堂生成纳入自己的教学预设中来，才可能“练就”一双火眼金睛，在课堂教学中做到游刃有余，达到最佳的教学效果。
案例5：有位教师在教学教科版科学四上教材《我的小磁铁》一课时，为了解决“自由转动”这一知识难点，事先在学生探究材料中进行了有意识的预设，准备了一支生锈的顶针。在随后的探究中，学生果然提出了疑问：我们的磁针为什么不能指示南北方向？于是，教师便把这一组的材料在实物展示台一一出示，请大家来帮忙解决。不久，有位细心的学生举起了手，胸有成竹地说：“老师，我知道原因了，是因为顶针上生锈了。”接下来学生自己想办法除去了铁锈。一阵惊讶声之后，学生终于使磁铁重新转动起来。教师让学生仔细观察此时的磁铁转动情况，并得出自由转动的特点。
最后，笔者以这样一个观点作为文章的结尾：过度生成的课堂，将会是没有效率的课堂。因为，生成毕竟不是目的，它只是手段——为师生提供一个宽松自由的空间，富于挑战的话题，达到解放学生身心，促进学生发展的目的。一堂符合《新课程标准》的课，应该以预先设计和动态生成的辩证统一为最高境界。
小学科学教材中包含了许多趣味性的化学实验，通过实验来帮助学生理解化学理论知识，有助于降低教学难度，激发学生的学习兴趣，唤醒学生的探索欲和求知欲，促使学生更加积极踊跃地投入到教学活动中，对于小学科学教学的开展大有助益。由于教师在实际的教学活动中往往会忽视趣味实验活动的设计，对学生也没有做出明确地要求，导致趣味实验过于形式化，无法达到培养学生科学素养和探究能力的作用。对此，教师必须积极转变教学观念，确保趣味实验能够有效地开展，以夯实学生的基础知识，提高学生的综合能力。（实验动机）一般来说，趣味化学实验的类型可分为夯实基础型、生活实践型、拓展延伸型和探索创新型。下面将在每个类型中分别列举1～2个实验，以供广大教师参考和借鉴，希望对提高小学科学教学质量能够有所帮助。
一、夯实基础型
夯实基础型的实验可以看作是基础类化学实验，其设置目的是为了加深学生对知识点的理解和记忆，转变单调乏味的教学模式，营造生动活泼的课堂氛围，以调动学生的主观能动性，使之养成主动学习的良好习惯。此类型的实验有红糖制白糖和烧不坏的手帕。
（一）红糖制白糖
活性炭是化学实验中经常使用的材料，具有较强的吸附性能，利用活性炭的这一特性实施红糖制白糖实验，温习《各种各样的液体》相关知识。具体操作步骤如下：首先，向学生展示本实验需要用到的材料和化学仪器，主要有红糖、水、活性炭、烧杯、玻璃棒、漏斗等；其次，将红糖和水充分搅拌混合并加热，向烧杯中加入活性炭，用过滤设备将红糖水滤出，所得无色液体经过蒸发浓缩处理，直到所剩液体为原来的1/4；最后，将烧杯放在常温下冷却，会发现杯底有白糖析出。
（二）烧不坏的手帕
讲《雨天中的布料》时，可以反向设计实验“烧不坏的手帕”，学生既可以巩固原有知识，又学习了新知识。实验流程：将2份酒精和1份水制成混合液，手帕全部浸入到液体中，用镊子夹住手帕放在酒精灯下，一边燃烧，一边甩动手帕，此时会发现手帕并没有燃烧起来。教师也可以进行对比实验，将没有浸泡酒精的手帕用酒精灯燃烧，发现手帕会迅速烧起，学生就会产生疑问，为什么同样的材料产生的实验效果截然不同呢？接下来教师要解释实验原理，虽然乙醇燃烧释放了热量，但是水分和乙醇的蒸发会带走部分热量，同时晃动手帕也会散发热量，这就使得手帕的温度被一再降低，不能达到着火点，理所当然地就无法燃烧了。教师解释过后学生会产生恍然大悟之感，他们对知识点的印象也会更为深刻。
二、生活实践型
生活实践型实验的设置主要是为了锻炼学生的动手操作能力，这类实验的材料易于获取，教师可以将其布置成家庭作业，让学生独立完成。比如说碘遇到淀粉会变蓝，反应后的溶液加入维生素c会变成无色液体，根据这一原理来检验蔬菜和水果中是否含有维生素c。值得注意的是，在实验中需要学生能够注意操作的规范性和安全性，及时观察和记录实验现象，并在实验过后加以总结，明确实验过程和实验原理。通常情况下，生活实践型实验与现实生活有着密切的联系，能够让学生了解生活中的科学，发掘化学的趣味性，进而学会用化学知识来解答生活中的现象，养成善于观察、勇于实践的品质，在此情况下学生的化学水平也会有显著的提高。
三、拓展延伸型
通过趣味化学实验能够将学生带入科学知识的海洋中，让学生了解生活中的一些化学知识和原理，教师还可以尝试延伸课堂知识，设计一些拓展延伸型的小实验，引导学生亲自动手，探索化学知识，开阔视野，增强对科学知识的兴趣和探索精神。例如在学习《化学变化伴随的现象》一课时，为了让学生了解更多的化学现象，体验化学变化，教师可以设计“魔棒点灯”趣味化学实验，具体实验方法是：将高锰酸钾晶体研细，放在蒸发皿上，在晶体上滴入几滴浓硫酸，用玻璃棒轻轻地将高锰酸钾与浓硫酸混合，混合均匀之后用一根较长的金属棒或者玻璃棒蘸取混合物，用其点燃灯芯。该实验的原理是：高锰酸钾与浓硫酸混合后会发生化学反应，生成mn2o7，该物质具有非常强的氧化性，当遇到易燃有机物时会立即发生燃烧现象。四、探索创新型创新是一种宝贵的品质，无论各行各业都亟须创新型人才。在小学科学教学的趣味化学实验中引入探索创新型实验，有助于激发学生的探索精神，培养学生的创新意识；促使学生的知识面得到进一步的扩展和深化；学生也会对化学实验保持较高的参与热情。比较有代表性的探索创新型实验有透明的铝片和污水变纯净水，这两项实验的操作流程如下所示：
（一）透明的铝片
先准备一片高纯铝片，测量铝片厚度，进行清洗和抛光处理，再将其放入到草酸溶液中，去除铝片中的铝基并扩孔。最后将实验所得的铝片放在电镜下观察可以发现，铝片上出现了众多均匀排布的小孔，每个孔径都在0.1μm以下，且铝片的厚度也远远低于最初状态，近似透明的效果，这就是“透明的铝片”的由来。实验原理为，铝片和草酸在电流作用下发生了阳极氧化和电解反应，导致铝片厚度变薄，同时出现了小孔。
（二）污水变纯净水
烧杯中加水并滴入3～4滴红墨水，待其扩散均匀后加入纳米二氧化钛，静置一段时间后发现水从红色变为无色透明状态。该实验的原理为，红墨水中含有大量的有机色素，这是其呈现红色的关键原因，而二氧化钛在可见光的照射下具有催化作用，可以将有机色素降解成为水和二氧化碳，达到了良好的污水处理效果。总而言之，小学科学教材中的趣味化学实验不胜枚举，需要教师能够充分认识到化学实验的重要作用，将理论知识和实验教学有机结合到一起；同时为学生提供更多动手实践的机会，从而加强理论和实践的融合渗透，促进学生综合素质能力的全面发展。