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当下的科学课堂可谓“热火朝天”，打破了以往科学课上做一些沉闷实验的方式。虽然课堂上学生的日常经验被充分激活，但能力是否得到了提升呢？
一次上模型制作类的课，教师放手让学生自己制作地球结构的模型。学生按照教材上的图示，用红色的橡皮泥做地核，黄色的做地幔，蓝色的做地壳。有的学生还考虑到地壳厚薄不均匀，蓝色橡皮泥的铺设也有明显的凹凸不平。甚至还说，高的地方是喜马拉雅山，低的地方是马里亚纳海沟。学生的地球结构模型设计相当丰富，得到了教师的称赞。
但我很担心这类模型制作课的科学性。地球各层的厚薄，教师也提供了，但学生在制作中却没有把这一关键科学数据反映进去。如果反映进去的话，结果就会大不相同。我们来看数据，地球的半径约为6371公里，地核半径大约3480公里，地幔的厚度大约2800公里，地壳厚薄不均，大陆部分平均厚度约35公里，海洋部分平均厚度约5公里，我国青藏高原地壳最厚可达70公里。知道了这些数据，教师再让学生做模型前，计算一下各层相对地球半径的比例就会发现，陆地地壳的厚度只有地球半径的1/182。如果把地球模型做成6.371厘米半径的话，陆地地壳的厚度只有0.035厘米，即0.35毫米厚。海洋部分的厚度约为0.05毫米厚，青藏高原也只有0.7毫米厚。这个模型可以怎么做？只能在地幔表面薄薄地抹上一层代表地壳，这是多么令人惊叹的结果！之前做的甚至达到1厘米厚的地壳，看来的确是太夸张了。科学模型不是夸张的艺术品，是尽可能接近真实世界的关键特征的反映，这才是科学模型的本质。
在设计船的活动中，教材中的内容安排有：从独木舟讲起船的历史，用浮的材料造船，用沉的材料造船，增加船的载重量，给船装上动力，设计和制作小船。但在教材中，浮力这个关键原理的学习却没有。按照教材的逻辑，只要把下沉的物体比如橡皮泥、锡箔纸做成船形能浮在水面就可以了，至于为什么做成船形就可以上浮，则不予研究。也就是说，与船相关的浮力原理是可以不学明白就去造船的。这样的做法，相当于把学生当作不懂浮力原理就可以造出船的远古人类，这样的造船行为本身不是在科学原理的指导下造船，而是沿袭了原始的仅靠经验积累的技术和工程形态。
我们要清楚，原始的技术与工程，完全靠匠人在不断失败与成功中积累经验，远古人类是不可能看见枯木就马上想到挖空木头做独木舟的，这个发现和尝试的过程会相当漫长。也因为不懂科学原理，很多经验得不到科学解释，传着传着就变味走样了。
到了近现代科学时代，船的设计不仅要考虑浮力的原理，还要考虑船舶的水动力学、结构力学、稳定性原理、动力推进原理、自动化操控原理、防护防灾原理以及人体工程学原理等广泛的科学知识。所以，可以依据复杂的科学原理进行技术发明和工程建造，更可以凭借计算机模拟技术，在不需要漫长和过多试误的情况下，高效地造出万吨巨轮、航空母舰、潜水艇、深海探测器等。我们常说的从0到1的创新，0往往指的是科学原理上的发现，而1到多的创新，往往是指技术与工程上的。所以，如果我们真要小学生造船，至少要探究清楚浮力的大致原理，是思考如何造船的最重要的基础。
科学课要体现出科学的本质，这是基本的教学要求。为了理解科学本质，我们有必要从STEM的角度去做一些区分。科学（S）寻求的是原理性解释，搞清楚是什么和为什么；技术（T）是应用科学原理做工具发明和创造，搞清楚怎样做的技艺；工程（E）是综合运用科学和技术的人工世界的建造，是系统思考如何做出来；数学（M）是现代科学、技术和工程的基础，也是人工智能的基础。可以说，没有数学的参与，就不能称其为现代科学、技术或工程；同样，没有科学原理作为基础，技术和工程就无法起步。
清华大学科学史系教授吴国盛在区分近现代科学与古希腊科学时认为，我们现在所说的科学，是特指伽利略、牛顿开辟的近代数理实验科学。古希腊科学和中国古代发达的“科技”或博物学，属于前科学形态。公元1687年，艾萨克·牛顿出版了影响世界的宏伟著作《自然哲学的数学原理》，标志着近代科学的开启；公元1712年，托马斯·纽科门发明了蒸汽机，标志着人类进入工业时代。也正因为这300多年来近现代数理实验科学的蓬勃发展，人类社会从工业革命、信息革命到人工智能革命，社会快速向着更广阔的天地发展。
小学科学课和中学科学课一定要认识到数理实验科学的本质特征，认识到我们不能因为学生小，就把他们放到前科学形态去做非科学的教育。其实，在弄懂了科学原理之后，学生动手做的项目会更有意义，因为在原理的基础上会发现更多，课堂会更加热闹而又有科学内涵。
（作者系特级教师、广东省深圳市龙岗区教科院教研员）
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