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美国《K-12年级科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》一书，其中一个很抢眼的关键词是“实践”，而不是之前强调的“探究”。刘默耕老师很早就提出要让孩子真刀真枪地搞科学，其实讲的就是要注重科学实践。注重科学实践的课堂教学，应最大可能地让孩子们体验到类似科学家的研究过程，包括类似科学家的工作程序、思维方式、工作方式等。科学研究是一个多样性方法的集合，科学课堂教学应力争多层次、多角度、多维度地为学生提供科学实践的机会。
在教学《轮轴》一课时，我们尝试采用三种教学策略，设计了三个层次，期望通过逻辑推理、游戏体验、数据验证等手段，让学生多实践，从而顺利地建构轮轴概念。
一、知识迁移，逻辑推理
历史上很多重大发现都源于推理，推理在科学研究中占据重要地位。爱因斯坦认为，伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一。我国古代也有“以其所知，喻其不知，使其知之”的说法。动手是科学实践，逻辑推理也是科学实践。教师要让学生亲历类似科学研究的过程，必须创造条件让学生学会知识迁移，学会逻辑推理。
基于这样的理念，《轮轴》一课上课伊始，教师便煞费苦心地创设情境，以期让学生亲历这样的过程。
师：上节课我们学习了杠杆，今天我帶来1根杠杆，现在要用它提起重物（演示），请找到杠杆上的支点、动力点、阻力点，并说说它是省力的还是费力的？
生：支点在滚筒中间位置，动力点是手把住的地方，阻力点是挂钩码的地方。这是省力杠杆，因为支点到动力点的距离大于支点到阻力点的距离。
师：现在，我想让钩码离开桌面继续上升。（单手转动杠杆提重物）你们看有什么问题吗？是的，我的手被挡住了，谁能想办法让它继续上升？
（让学生大胆说出自己的办法。）
师：刚才这位同学提到再加1根杠杆，我试一试。（教师一试，真的提起来了）好主意！可是提升一小段后又被挡住了，我还想继续提高重物怎么办？
（学生提出，可以再加1根，以此类推，由2根杠杆加到4根。）
师：虽然4根杠杆很容易使钩码连续上升，可是我两个手拨动的距离很大，要想距离小点、再小点、再小点，该怎么办？
（学生提出，可以加杠杆，加到6根、8根。教师出示课件：由2根到4根，再到6根、8根，最后变成圆形。）
师：这有个铁环，我把它固定在杠杆上，这样确实能连续提起钩码了。这个装置太神奇了，你能给他取个名字吗？
生：轮轴。因为它由轮和轴组成，轮带动轴一起转动。
师：刚才这个轮轴是由多个杠杆变形成的，你能在轮轴上找到支点、动力点、阻力点吗？
（学生回答，略。）
师：你能根据杠杆的原理推测出使用轮轴是省力还是费力吗？
生：是省力的。因为支点到动力点的距离大于支点到阻力点的距离。
……
科学教学的核心目标是培养学生的科学思维能力，其中很重要的一点是让学生学习用证据和推理说话。这里，教师先引导学生复习杠杆知识，调用学生前概念，为知识迁移打下基础。然后创设了“如何让钩码连续上升”的问题情境，在问题的驱动下，师生一起共同组装模型，完成了由杠杆到轮轴的演变。现场组装的轮轴模型、动态的课件激发了学生的探究热情，他们很容易认识到“轮轴就是一个连续转动的、变形的杠杆”。有了前面杠杆知识的铺垫，学生顺利地推测出了轮轴的作用。在这个过程中，学生参与度高、思维活跃，很好地培养了学生的逻辑推理能力。
二、游戏体验，亲自感受
小学生有意注意的时间短，以形象思维为主，并且其外部学习动机占据主导地位，内部学习动机还处在不断发展的过程中。注重科学实践的课堂必须适合儿童特点，尊重学生的年龄差异，迎合孩子的心理特点。
教师在本节课教学中先后设计了掰手腕、吊重物两个游戏，其目的就是让学生在“玩”中、在“游戏”中去体验、去感受。
游戏：掰手腕（安排在正式上课之前）
师：上课前，我们先做一个比力气的游戏，叫掰手腕。
（老师请学生推荐一位力气最大的同学，并请有勇气挑战他的同学一起到前面掰手腕，结果力气大的同学获胜。）
师：一局过瘾吗？我们再来一局。我这里有一个道具水桶，水桶上有一个标志，力气大的握住水桶口，力气小的同学握住水桶桶身，分别沿顺时针和逆时针两个方向转动水桶，标志转到哪个方向，朝这个方向用力的同学就赢。
（力气小的同学轻而易举就获胜了。）
师：在刚才的课前游戏中，为什么力气小的同学能够反败为胜呢？我相信通过这节课的学习，同学们就能知道其中的秘密了。
这个小游戏让紧张的上课气氛一下子舒缓下来，学生和听课教师都投入到游戏中。更重要的是，情境中内含本节课的核心问题，制造了矛盾冲突，激发了学生的探究欲望，为后续研究做好了铺垫。
游戏：吊重物（安排在学生推测轮轴作用之后）
师：刚才我们推测了轮轴可以省力，是不是这样呢？我们做个小游戏体验一下。大家看，这把螺丝刀也是轮轴。找一找，哪是轮？哪是轴？
（学生找出轮和轴。）
师：我们现在利用这个轮轴来做一个吊重物的游戏。游戏有两种玩法：第一种玩法，把钩码通过细绳挂在轴上，单手转动轮，把钩码吊起来；第二种玩法，把钩码通过细绳挂在轮上，单手转动轴，把钩码吊起来。
（教师出示活动要求：每次用同一只手单手转动；每位同学每种玩法都要玩一次，在玩的过程中体会有什么不同感受。）
师：有什么发现？
生：第一种玩法比较省力。
生：用轮带动轴更省力。
……
师：我们通过自己的体验发现：力作用在轮上，轮带动轴省力。 小学阶段尤其是低年级学生应该多采用游戏、魔术等策略，因为游戏更受学生欢迎，教学中引入游戏不仅有利于调动学生的学习兴趣，更有利于让学生经历由感性到理性的科学研究过程。
三、实验探究，数据验证
动手做实验是教师常用、学生喜欢的科学实践形式，但就是这样一种常用的方法，很多教师不仅在理解层面上较肤浅，而且在操作层面上做的也不到位。仔细想想，过去的确有教师把实验课上成了“手工课”，教师准备材料，讲解实验步骤、注意事项，学生完成制作或实验，展示自己的成果等。虽然过程中也让学生设计实验方案，让学生交流，但由于教师认识不到位，不了解科学实践的内涵，导致学生做的、说的都是浅尝辄止。
有研究表明，学生动手亲历探究只是科学实践操作层面的，科学实践不仅包括操作性探究，还应该包括理论性探究、社会性探究。换个说法，科学的精髓是论证的过程，科学教学中，教师应以理论性探究为主导，帮助学生越来越自如、自发地运用科学证据和推理，建构和不断改进自己的科学理论。
《轮轴》一课，为了让学生验证感受是否科学，教师设计让他们做了“轮轴省力，轮越大越省力”两个实验活动，这两个活动是教材上没有安排的。增加这样的活动，主要目的是培养学生的“证据”意识，让学生学会运用数据证明自己的假设。同以往实验不同的是，我们更关注学生建构实验模型论证观点的过程，让学生明白动手做实验就是在寻找新的证据，就是在证据基础上检验自己的解释。
实验一：认识轮轴省力
师：刚才同学们在做游戏时，感觉用轮带动轴时更省力一些，你们的感觉可靠吗？由此我们就可以得出科学结论，你觉得可以吗？
生：感觉不可靠，别人是不会信服的。
……
師：那要怎样检验这个想法？还需要寻找哪些证据？怎样着手收集这样的证据？
生：还需要做实验，用数据证明。
师：小组先讨论一下，这个实验应该怎样做。为了保证数据有说服力，还要思考做实验时应该注意哪些事项，形成一个初步方案。老师也为大家准备了一些材料，看能不能帮到你们。
（教师准备的材料有轮轴模型、钩码、线绳、弹簧测力计、实验记录单等。学生先分组设计，再全班交流，共同完善实验方案。）
生：先组装好轮轴，轴上绕上线，挂上钩码。轮上绕上线，挂在弹簧测力计上，拉动测力计读数。
生：一次数据不充足，应该多做几次，最少3次。
生：使用测力计时要先检查指针是否指在0处，要慢慢拉动，等平稳后读数。
生：一个人操作不了，小组成员要分好工，要合作。
生：应先用弹簧测力计测出直接拉动钩码所用的力，再测在轮上拉起钩码所用的力，然后对两次数据进行比较。
师：那你觉得看到什么样的数据就会证明我们的观点？
生：轮上拉比直接提起数值小。
……
师：在大家的共同努力下，我们的实验方案逐步完善了。我建议大家，可以按照箭头方向绕线，向上拉动测力计时更方便读数。实验中，还要把实验数据记录在实验记录单上，便于交流。
（学生分组实验，之后介绍实验数据及结论，如下图所示。）
师：通过对比实验数据，我们发现：力作用在轮上，轮带动轴转动省力。我们在使用螺丝刀拧螺丝钉时，就是轮带动轴转动，所以很容易把螺丝钉拧动。
实验二：探究轮越大越省力的规律
师：老师这还有一把螺丝刀，跟刚才的相比，有什么区别？
生：轮更大了。
师：为什么要把轮做的更大？
生：为了更省力。
师：那要进一步证明轮是不是越大越省力还需要寻找哪些证据？怎样着手收集这样的证据？
生：跟前面一样，做个实验证明。把刚才的轮轴换成现在的轮轴，然后进行比较。
生：做这个实验，只能改变轮大小这一个条件，其他条件不能改变。其他注意事项跟实验一相同。
生：要保证轴不变。
生：可以与实验一比较做，每次钩码的个数与实验一保持不变，这样省时高效。
师：你觉得获得什么样的数据就可以证明我们的观点是正确的呢？
生：第二次的数据比第一次的小。
……
（学生分组实验，之后介绍实验数据及结论，如下图所示。）
师：大家的发现是轴不变，轮越大，越省力。既然轮越大越省力，我们把螺丝刀的刀柄做得特别大，可以吗？
生：不可以，轮太大了不方便。
师：生活中，我们在使用轮轴的时候，不但为了要省力，还要方便。大家想一想，生活中还有哪些地方用到了轮轴呢？带给我们哪些方便？
（学生举例。还有学生解释课前游戏：为什么力气小的同学在拧水桶游戏中能“反败为胜”？）
师：这节课我们不仅认识了轮轴，还知道力作用在轮上，轮带动轴转省力；轴不变，轮越大越省力。此外，我们还学习了运用比较推理、运用亲身体验、运用实验数据论证自己观点的科学方法。实际上轮轴的奥秘还有很多，我们以后继续研究。
“动手”是由“动脑”驱动，是为“动脑”服务的。通过上面的教学我们可以发现，教师在课堂上不再盲目让学生动手去做，而是用大量时间让孩子思考“需要寻找哪些证据”“怎样收集这样的证据”“获得什么样的数据证明观点”，学生在课堂中反复经历这样的思考过程，体现了科学课最本真的味道。
当然，重视科学实践并不是标新立异，只是为了让课堂上科学的味道更醇厚，更原汁原味。这就要求教师在课堂上根据教学内容和学生实际情况，灵活选择恰当的教学策略，有效促进学生科学素养的提升。
在教学《轮轴》一课时，我们尝试采用三种教学策略，设计了三个层次，期望通过逻辑推理、游戏体验、数据验证等手段，让学生多实践，从而顺利地建构轮轴概念。
一、知识迁移，逻辑推理
历史上很多重大发现都源于推理，推理在科学研究中占据重要地位。爱因斯坦认为，伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一。我国古代也有“以其所知，喻其不知，使其知之”的说法。动手是科学实践，逻辑推理也是科学实践。教师要让学生亲历类似科学研究的过程，必须创造条件让学生学会知识迁移，学会逻辑推理。
基于这样的理念，《轮轴》一课上课伊始，教师便煞费苦心地创设情境，以期让学生亲历这样的过程。
师：上节课我们学习了杠杆，今天我帶来1根杠杆，现在要用它提起重物（演示），请找到杠杆上的支点、动力点、阻力点，并说说它是省力的还是费力的？
生：支点在滚筒中间位置，动力点是手把住的地方，阻力点是挂钩码的地方。这是省力杠杆，因为支点到动力点的距离大于支点到阻力点的距离。
师：现在，我想让钩码离开桌面继续上升。（单手转动杠杆提重物）你们看有什么问题吗？是的，我的手被挡住了，谁能想办法让它继续上升？
（让学生大胆说出自己的办法。）
师：刚才这位同学提到再加1根杠杆，我试一试。（教师一试，真的提起来了）好主意！可是提升一小段后又被挡住了，我还想继续提高重物怎么办？
（学生提出，可以再加1根，以此类推，由2根杠杆加到4根。）
师：虽然4根杠杆很容易使钩码连续上升，可是我两个手拨动的距离很大，要想距离小点、再小点、再小点，该怎么办？
（学生提出，可以加杠杆，加到6根、8根。教师出示课件：由2根到4根，再到6根、8根，最后变成圆形。）
师：这有个铁环，我把它固定在杠杆上，这样确实能连续提起钩码了。这个装置太神奇了，你能给他取个名字吗？
生：轮轴。因为它由轮和轴组成，轮带动轴一起转动。
师：刚才这个轮轴是由多个杠杆变形成的，你能在轮轴上找到支点、动力点、阻力点吗？
（学生回答，略。）
师：你能根据杠杆的原理推测出使用轮轴是省力还是费力吗？
生：是省力的。因为支点到动力点的距离大于支点到阻力点的距离。
……
科学教学的核心目标是培养学生的科学思维能力，其中很重要的一点是让学生学习用证据和推理说话。这里，教师先引导学生复习杠杆知识，调用学生前概念，为知识迁移打下基础。然后创设了“如何让钩码连续上升”的问题情境，在问题的驱动下，师生一起共同组装模型，完成了由杠杆到轮轴的演变。现场组装的轮轴模型、动态的课件激发了学生的探究热情，他们很容易认识到“轮轴就是一个连续转动的、变形的杠杆”。有了前面杠杆知识的铺垫，学生顺利地推测出了轮轴的作用。在这个过程中，学生参与度高、思维活跃，很好地培养了学生的逻辑推理能力。
二、游戏体验，亲自感受
小学生有意注意的时间短，以形象思维为主，并且其外部学习动机占据主导地位，内部学习动机还处在不断发展的过程中。注重科学实践的课堂必须适合儿童特点，尊重学生的年龄差异，迎合孩子的心理特点。
教师在本节课教学中先后设计了掰手腕、吊重物两个游戏，其目的就是让学生在“玩”中、在“游戏”中去体验、去感受。
游戏：掰手腕（安排在正式上课之前）
师：上课前，我们先做一个比力气的游戏，叫掰手腕。
（老师请学生推荐一位力气最大的同学，并请有勇气挑战他的同学一起到前面掰手腕，结果力气大的同学获胜。）
师：一局过瘾吗？我们再来一局。我这里有一个道具水桶，水桶上有一个标志，力气大的握住水桶口，力气小的同学握住水桶桶身，分别沿顺时针和逆时针两个方向转动水桶，标志转到哪个方向，朝这个方向用力的同学就赢。
（力气小的同学轻而易举就获胜了。）
师：在刚才的课前游戏中，为什么力气小的同学能够反败为胜呢？我相信通过这节课的学习，同学们就能知道其中的秘密了。
这个小游戏让紧张的上课气氛一下子舒缓下来，学生和听课教师都投入到游戏中。更重要的是，情境中内含本节课的核心问题，制造了矛盾冲突，激发了学生的探究欲望，为后续研究做好了铺垫。
游戏：吊重物（安排在学生推测轮轴作用之后）
师：刚才我们推测了轮轴可以省力，是不是这样呢？我们做个小游戏体验一下。大家看，这把螺丝刀也是轮轴。找一找，哪是轮？哪是轴？
（学生找出轮和轴。）
师：我们现在利用这个轮轴来做一个吊重物的游戏。游戏有两种玩法：第一种玩法，把钩码通过细绳挂在轴上，单手转动轮，把钩码吊起来；第二种玩法，把钩码通过细绳挂在轮上，单手转动轴，把钩码吊起来。
（教师出示活动要求：每次用同一只手单手转动；每位同学每种玩法都要玩一次，在玩的过程中体会有什么不同感受。）
师：有什么发现？
生：第一种玩法比较省力。
生：用轮带动轴更省力。
……
师：我们通过自己的体验发现：力作用在轮上，轮带动轴省力。 小学阶段尤其是低年级学生应该多采用游戏、魔术等策略，因为游戏更受学生欢迎，教学中引入游戏不仅有利于调动学生的学习兴趣，更有利于让学生经历由感性到理性的科学研究过程。
三、实验探究，数据验证
动手做实验是教师常用、学生喜欢的科学实践形式，但就是这样一种常用的方法，很多教师不仅在理解层面上较肤浅，而且在操作层面上做的也不到位。仔细想想，过去的确有教师把实验课上成了“手工课”，教师准备材料，讲解实验步骤、注意事项，学生完成制作或实验，展示自己的成果等。虽然过程中也让学生设计实验方案，让学生交流，但由于教师认识不到位，不了解科学实践的内涵，导致学生做的、说的都是浅尝辄止。
有研究表明，学生动手亲历探究只是科学实践操作层面的，科学实践不仅包括操作性探究，还应该包括理论性探究、社会性探究。换个说法，科学的精髓是论证的过程，科学教学中，教师应以理论性探究为主导，帮助学生越来越自如、自发地运用科学证据和推理，建构和不断改进自己的科学理论。
《轮轴》一课，为了让学生验证感受是否科学，教师设计让他们做了“轮轴省力，轮越大越省力”两个实验活动，这两个活动是教材上没有安排的。增加这样的活动，主要目的是培养学生的“证据”意识，让学生学会运用数据证明自己的假设。同以往实验不同的是，我们更关注学生建构实验模型论证观点的过程，让学生明白动手做实验就是在寻找新的证据，就是在证据基础上检验自己的解释。
实验一：认识轮轴省力
师：刚才同学们在做游戏时，感觉用轮带动轴时更省力一些，你们的感觉可靠吗？由此我们就可以得出科学结论，你觉得可以吗？
生：感觉不可靠，别人是不会信服的。
……
師：那要怎样检验这个想法？还需要寻找哪些证据？怎样着手收集这样的证据？
生：还需要做实验，用数据证明。
师：小组先讨论一下，这个实验应该怎样做。为了保证数据有说服力，还要思考做实验时应该注意哪些事项，形成一个初步方案。老师也为大家准备了一些材料，看能不能帮到你们。
（教师准备的材料有轮轴模型、钩码、线绳、弹簧测力计、实验记录单等。学生先分组设计，再全班交流，共同完善实验方案。）
生：先组装好轮轴，轴上绕上线，挂上钩码。轮上绕上线，挂在弹簧测力计上，拉动测力计读数。
生：一次数据不充足，应该多做几次，最少3次。
生：使用测力计时要先检查指针是否指在0处，要慢慢拉动，等平稳后读数。
生：一个人操作不了，小组成员要分好工，要合作。
生：应先用弹簧测力计测出直接拉动钩码所用的力，再测在轮上拉起钩码所用的力，然后对两次数据进行比较。
师：那你觉得看到什么样的数据就会证明我们的观点？
生：轮上拉比直接提起数值小。
……
师：在大家的共同努力下，我们的实验方案逐步完善了。我建议大家，可以按照箭头方向绕线，向上拉动测力计时更方便读数。实验中，还要把实验数据记录在实验记录单上，便于交流。
（学生分组实验，之后介绍实验数据及结论，如下图所示。）
师：通过对比实验数据，我们发现：力作用在轮上，轮带动轴转动省力。我们在使用螺丝刀拧螺丝钉时，就是轮带动轴转动，所以很容易把螺丝钉拧动。
实验二：探究轮越大越省力的规律
师：老师这还有一把螺丝刀，跟刚才的相比，有什么区别？
生：轮更大了。
师：为什么要把轮做的更大？
生：为了更省力。
师：那要进一步证明轮是不是越大越省力还需要寻找哪些证据？怎样着手收集这样的证据？
生：跟前面一样，做个实验证明。把刚才的轮轴换成现在的轮轴，然后进行比较。
生：做这个实验，只能改变轮大小这一个条件，其他条件不能改变。其他注意事项跟实验一相同。
生：要保证轴不变。
生：可以与实验一比较做，每次钩码的个数与实验一保持不变，这样省时高效。
师：你觉得获得什么样的数据就可以证明我们的观点是正确的呢？
生：第二次的数据比第一次的小。
……
（学生分组实验，之后介绍实验数据及结论，如下图所示。）
师：大家的发现是轴不变，轮越大，越省力。既然轮越大越省力，我们把螺丝刀的刀柄做得特别大，可以吗？
生：不可以，轮太大了不方便。
师：生活中，我们在使用轮轴的时候，不但为了要省力，还要方便。大家想一想，生活中还有哪些地方用到了轮轴呢？带给我们哪些方便？
（学生举例。还有学生解释课前游戏：为什么力气小的同学在拧水桶游戏中能“反败为胜”？）
师：这节课我们不仅认识了轮轴，还知道力作用在轮上，轮带动轴转省力；轴不变，轮越大越省力。此外，我们还学习了运用比较推理、运用亲身体验、运用实验数据论证自己观点的科学方法。实际上轮轴的奥秘还有很多，我们以后继续研究。
“动手”是由“动脑”驱动，是为“动脑”服务的。通过上面的教学我们可以发现，教师在课堂上不再盲目让学生动手去做，而是用大量时间让孩子思考“需要寻找哪些证据”“怎样收集这样的证据”“获得什么样的数据证明观点”，学生在课堂中反复经历这样的思考过程，体现了科学课最本真的味道。
当然，重视科学实践并不是标新立异，只是为了让课堂上科学的味道更醇厚，更原汁原味。这就要求教师在课堂上根据教学内容和学生实际情况，灵活选择恰当的教学策略，有效促进学生科学素养的提升。