一、以学习者为中心开发和利用教学材料
在《液体之间的溶解现象》一课的教学中，需要学生通过探究掌握的科学概念为“液体也能溶解在水里，形成均匀、透明、稳定的溶液”。教科书提供的参考探究活动是用胶水或洗发液探究液体是否能溶解在水中，用醋、酒精和食用油探究液体是否都能溶解在水中。在课堂观察中，执教教师并没有同时使用胶水和洗发液作为教学材料，而是使用有色墨水勾兑过的胶水设计探究活动，指导学生观察有色胶水是怎样进入到水中、在水中是怎样扩散的，再用溶解的标准判断有色胶水是否溶解；学生对液体能够溶解在水中有一定认识后，在第二个探究活动中，该教师让学生预测是否所有的液体都能溶解在水里，给出探究活动材料：酱油和食用油。课后访谈中问及该教师为什么不用洗发液而用有色胶水做实验，他答道：洗发液溶解在水中的过程可能产生泡沫等，对学生的观察活动容易造成干扰，将胶水调成有色的，便于学生观察液体溶解时的动态过程；当问及为什么用酱油代替醋和酒精时，他回答：醋和酒精很刺鼻，酱油则比较温和，而且醋和酒精溶解时的特点酱油也基本类似，能够对溶解概念中重要的观察点“均匀”和“透明”产生相似的效果。学生能够根据观察活动探究均匀是指颗粒的均匀还是颜色或气味的均匀，透明是指没有颜色还是不混浊等问题。可见，该教师在进行教学材料的开发和利用时，并未完全按照教材示例准备材料，而是在一番深思熟虑后作出的选择。而其选择的依据，最重要的就是以学习者为中心开发利用教学材料。所谓的以学习者为中心，一是为学生的身心健康着想，如此例中没有选用刺鼻的材料；二是有利于提高学生探究活动的有效性，如胶水着色；三是有效支撑学生建立概念，如两个活动都更充分地设置了认知冲突，帮助学生加深对“溶解”概念的理解。其次，以学习者为中心，还应该从提高学习者的学习能力出发进行设计，如本例中有色胶水的提供，如果能将色素和胶水同时提供给学生自由选择，引导他们发现有色胶水更易进行观察，则势必提高学生学习的元认知水平，促进学习能力的发展。
二、以教学目标为中心开发和利用教学材料
在教科版《科学》四年级下册《新的生命》单元中，我们通过集体备课，理清了本单元的教学逻辑：《油菜花开了》一课中带领学生探究花的组成部分和花蕾的变化过程，推测花是怎样结出果实的；然后引导学生观察《各种各样的花》，比较各种花的构造，预测花的哪些部分与繁殖有关；接着探究植物的果实和种子是怎样形成的及植物散播种子的方式、种子的萌发，再迁移到动物的繁殖。整个单元围绕“新的生命”话题，实质上探究了植物和动物的繁殖过程。在进行《各种各样的花》的教学中，教师将学生带到了校园的各个角落对春天的各种花进行观察，引导学生比较各种花的构造，希望学生能够发现花的哪些部分与繁殖有关。教师课后反思时对教学效果十分不满意，他认为：首先，学生观察到的校园里的花结构都差不多，完全花和不完全花的比较差强人意，而且学生没有找到雌花和雄花，如果能找到南瓜花就能引发学生探究雄花和雌花是否能结果，对花的哪些部分与繁殖有关的问题进行深度思考，有利于学生繁殖概念的建立；其次，校园里的花很多是观赏花，而且大多还未到“花果同树”的时节，学生难以观察到花是否能结果，以及哪个部分变成了果实。根据教师提出的这一现实问题，我们进行了仔细探讨，认为本节课所选材料的主要依据是实现教学目标，帮助学生了解是花的哪一部分膨大成果实，花发育成果实需要哪些要件。在教师的先前教学实践中，已探索过按顺向思维提供教学材料对学生建立概念的影响效果，则可按逆向思维向学生提供教学材料，寻找一朵“与众不同”的花，看能否引起学生对概念的深入理解。于是我们在校园里寻找理想的教学材料，最终选定了正在“花果同树”的人工栽培观赏植物重瓣“杜鹃花”，其雄蕊已瓣化失去花药，花朵凋零后子房并未膨大成果实，正是引起学生认知冲突且有事实证据的理想材料。本节课在找不到自然状态下的南瓜花时，用校园里随处可见的杜鹃花作为教学材料，正是从教学目标出发组织教学材料的体现。在选择教学材料时，我们要充分理解教材编写意图，明确教学目标，突出重点，击破难点，不断尝试并寻找对学生建立概念和图式最佳的材料和组织呈现方式，增加教学的探究性。
三、以教学内容为中心开发和利用教学材料
教学材料的选择决定教学内容，教学内容为教学目标服务，教学目标要为学生的终身发展奠基。因此，在开发和利用教学材料时，还应关照到具体的教学内容。然而，以教学内容为中心开发和利用教学材料并不等同于以教材为唯一标准或受教材束缚，它需要教师在选择教学材料时依据教学目标设计教学内容，因地制宜地精选教学材料，从教学需要出发按方便灵活性、科学性、低成本高效益等原则组织材料。
1.方便灵活性
小学科学教学因其探究性和综合性的特点，为学生亲身参与和体验探究过程提供了更多的机会，尤其在小学中低段，更需要提供大量直观的教学材料让学生充分探究。很多版本的教材都为学生安排了动物养殖、植物栽培和长期观察的活动，这些活动的设置对学生科学态度、科学兴趣等素质的培养有着不可替代的作用。然而，在具体实施过程中，教师常常感到心有余而力不足，由于学校教学组织模式的限制，不利于长期观察和课堂教学的调和。如种植凤仙花、天气记录、太阳方位和影子变化等，一节课如果要完成教学任务学生基本上就没有亲身经历探究的机会，如果按要求做相应实验则周期拖得太长等等。其实，综合考量科学教育的目的和价值以及课堂教学效率，这样的矛盾也并非不可调和。如有的学校用“地豆王”代替“凤仙花”，对植物的一生进行观察，地豆王45天接近两个月的周期比凤仙花近四个多月的周期短得多，也能用相似的教学内容实现同样的教学目标。如油菜花的观察，用白菜花代替也能取得一样的效果。而类似地球自转、公转周期的观察、月相变化和天气变化等观察，则可以考虑将观察时间缩短，用一定量的观察结合科学推理、模拟演示、资料辅助等进行教学，有条件的学校可以专门组织学生兴趣小组进行长期观察。因此，小学科学教师遇到这些障碍时要先分析教学内容的意义和价值，再根据实际情况灵活取舍和组织教学材料，努力实现科学教育目的。
2.科学性
教科版《科学》五年级的《沉和浮》单元中，《沉浮与什么因素有关》一课的教学，教材设计了用试误法分析物体在水中的沉浮规律活动。教师让学生认识到严谨的实验需要控制变量，然后设计了相同体积不同质量的球和相同质量不同体积的立方体进行沉浮规律的探究活动，再用浮在水面的小瓶子逐渐加水下沉的活动继续探究质量和体积对沉浮的影响规律，接着介绍潜水艇的科学原理意在对科学知识进行应用。在教学中执教教师并未理解教材意图，没能理清学生活动的内在逻辑，教学活动大致如是，但由于没理解教材意图使得其教学材料的利用并未起到应有的效果。她将上一课时学生探究孰沉孰浮的材料和数据再次进行回顾，直接引入物体的沉浮与什么因素有关，然后发给学生每组两个体积不同的立方体，讲解实验记录单的填写方法后让学生动手操作。由于学生之前对探究目的并不十分了解，并且教师没有告知学生两个立方体的质量是否相同，学生只观察到现象，并不能得到有意义的结论，探究活动变成了学生动手做老师布置的实验任务。接着进行小瓶子和潜水艇的探究活动，然而效果依然不理想。原因一则是先行探究活动中学生并未真正理解物体沉浮与什么因素有关，所以不能理解小瓶子的实验所包含的科学原理；二则是潜水艇模型的材质太差，即时充满水也不能下沉。本节课在很多活动紧凑的衔接中闹哄哄地收场。课后访谈中，教师表示的确没能理解教材的编写意图，只想着要完成教材上的探究活动。她说，提供给学生的立方体和潜水艇都是配发的学生学具中的材料，小瓶子是自己花了很多心思才找到刚好能浮在水面，加少量液体即可下沉的材料。可见，即使是以教学内容为中心开发和利用的材料，如果使用不当也不能收到应有的效果。本节课对教学材料开发和利用的不足之处在于，没有注意使用材料的科学性，科学实验的证据和观点之间没有建立逻辑链，导致科学方法和科学逻辑推理等理性思维没有得到发展，“探究活动”没有体现探究的特点。同时，学具的粗制滥造也影响和制约着教学效果。因此，在开发利用教学材料时，还要注意材料本身及使用的科学性，以教学内容为中心组织教学材料。
3.低成本高效益
抱怨没有科学教学材料无法上科学课的教师当然长期受“断粮”的困扰，却没有想过科学课也可以有另一番上法。教学材料的准备需要消耗科学教师大量的时间和精力，很多科学教师为准备材料可谓绞尽脑汁，他们可以攀上悬崖采摘合适的植物种子，可以去食堂搜集发霉变质的食物，可以从江边抱回笨重的大石头……为教学疯狂痴迷的科学教师俨然成了常人眼里的拾荒者，只要对教学有用，他们能把生活废弃物当宝一样利用。一个塑料袋、一个矿泉水瓶，可以用在哪些教学活动中？在一次教师参与式培训中，我们看到教师发挥了他们极致的创造力：一个塑料袋可以用来做捕捉空气的活动、作为制作降落伞研究空气的浮力、测量风向、摩擦起电、呼吸的过程等探究活动，装些食物可以演示肠胃的消化作用，封住瓶口轻轻敲打就可演示声音的振动……这些都是教师在平时的教学中积累的智慧，虽然某些专业的实验器材不具备不好置办，但教师们却能够想办法利用较少的成本做出较高效益的教学具，把科学课上得有声有色。在城乡教育资源配置存在一定差距的背景下，教学硬件条件的改善还需要一定的时间。农村小学科学教师更是任重道远，需要创造性地开发和利用教学资源。但无论教学硬件设施是否有所保障，科学教师对教学材料的开发都应永无止境，因为学生的学习千变万化，教师需要在教学中不断寻找和尝试最有利于学生学习的教学材料。以上虽有教学材料开发利用的策略，但更为重要的是，教师应从中体悟出教学的灵动性，教学的组织和开发不应受教材、经验或其他权威的束缚，而要随时保持教师独立的开放性，做教学的有心人，不断探索和尝试。
作者：邵发仙 周朝勇 唐小为 单位：重庆市教育科学研究院初等教育研究所 重庆市南岸区珊瑚实验小学 西南大学教育学部
