多角度體驗水結冰瞬間

【摘要】本文以《水結冰了》一課的實驗教學設計為例，論述教師應根據學生的學情和實驗教學目標，引導學生進行思考和探究，鼓勵學生改進和創新實驗裝置，豐富學生在科學探究過程中的直觀體驗，有效培養學生的創新能力和科學素養。

【關鍵詞】結冰 科學探究 直觀體驗 實驗教學

【文章編號】0450-9889（2019）01A-0088-02

《水結冰了》是教科版小學科學教材三年級下冊《溫度與水的變化》單元第三課，本課有兩個探究活動：1.認識冰的物理性質。2.研究水在什么溫度時結冰，這是本節課實驗教學的重點，也是后續課程有效展開探究的前提和基礎。基于生活經驗，三年級學生對冰已有一定的認識，通過半年的科學課學習，學生基本掌握觀察具體事物與現象的方法，但對水轉變成冰的狀態并沒有形成概念式思維。本課教學是第一次以實驗的方式，讓學生在特定條件下體驗液態向固態轉變的過程，使學生能夠科學、準確、直觀地獲得觀察認知，幫助學生構建相應的科學概念。

一、實驗教學目標、重點和難點

根據對教材結構與內容的分析，在充分尊重學生前概念的基礎上，筆者確定了四維實驗教學目標、教學重點和教學難點。

實驗教學目標：①設計簡單的實驗方案，選擇工具，觀察水結冰過程中溫度的變化。②發展學生觀察和描述現象的能力，讓學生對研究物質變化作出合理的推論。③激發學生對現象發生過程的探究興趣，引導學生尊重事實，培養學生的創新精神。④培養學生愛護環境、節約用水的意識。

實驗教學重點：科學、準確、直觀地觀察水結冰過程中溫度變化的階段性過程。

實驗教學難點：及時捕捉到水開始結冰的瞬間。

二、實驗內容設計

為了有效達成教學目標，筆者將本課實驗內容設計為三個部分：①用多維立體測量儀測量常溫下水的溫度。②用多維立體測量儀測量水剛開始結冰時的溫度。③數據匯總與分析。

三、實驗過程設計

（一）根據教材進行實驗

1.第一次實驗

第一次實驗，采用了教材中提及的實驗器材和裝置。根據教材中的實驗原型，用“一只保溫杯或在普通塑料杯外包裹一條干毛巾”來保溫。在實際操作過程中，學生會發現：結冰現象比較細微，無論是用毛巾包裹燒杯還是透明的塑料杯都會遮擋觀察視線，難以捕捉到水剛好結冰時的現象。在測量過程中，溫度計擺放不便，會出現溫度計碰杯壁或碰杯底的現象，導致讀數不準確。實驗需要多支溫度計，操作繁瑣，破損率高。

2.第二次實驗

第二次實驗用鐵架臺代替人工手持溫度計（見圖1）。然而，鐵架臺組裝繁瑣，不方便拿取，加重了教師課前的準備工作。這次實驗也無法觀察到水在0℃時開始結冰的實時現象。

根據學生匯總的實驗數據，發現有一半的小組實驗數據標記為水開始結冰時的溫度低于0℃（見表1）。通過反復實驗，不能捕捉到水在0℃時剛好結冰的現象，而往往是低于0℃、結冰面較大之后，學生才觀察到結冰現象。基于這樣的實驗現象，學生無法直觀構建水在0℃時開始結冰的科學概念。

（二）教師與學生一起改進實驗方法

為了使實驗過程更規范，結冰現象更明顯，教師與學生一起自制實驗裝置——多維立體測量儀實驗裝置，替換原實驗中的實驗裝置。設計圖和實物圖分別見圖2和圖3。通過增加溫度傳感器及單片機主控，液晶顯示屏（平板）實時顯示溫度，防水攝像裝置實時采集水結冰的過程，特別是能夠捕捉到水開始結冰的瞬間，豐富了學生在科學探究過程中的直觀體驗。

（三）用自制實驗裝置進行實驗

第一步，學生用多維立體測量儀測量常溫下水的溫度。實驗開始，學生用多維立體測量儀進行分組實驗，測得常溫狀態下水的溫度。小組匯報實驗數據，討論交流，提出下一個探究問題：水在什么溫度時開始結冰呢？

第二步，學生用多維立體測量儀測量水開始結冰時的溫度。

第三步，進行數據匯總與分析。匯總學生收集到的水在0℃時結冰的畫面和溫度，并進行分析，得出結論：學生能及時捕捉到水是從0℃時開始結冰的瞬間現象。

四、教學反思

三年級的學生是第一次接觸小學科學的課程，開始學會用感官感受外界事物的變化，但是所獲得的有限生活經驗往往缺少科學的論證，僅僅停留在“知道”或者“了解”的層面，并沒有養成嚴謹的科學探究的思維。實驗可以給予學生在科學探究過程中的直觀體驗，有效培養學生的創新能力和科學素養。教師有必要根據學生的學情、教學的情況、遇到的問題等，及時調整實驗教學設計，鼓勵學生改進和創新實驗裝置。

在本課教學中，與原實驗相比，自制教具——多維立體測量儀的引入保證了實驗結果的準確性，有以下3個創新點：①用溫度傳感器代替了煤油溫度計。②用自制保溫杯和試管架代替了包毛巾保溫和人工手持溫度計的方法。③用防水攝像裝置實時采集水結冰的過程，既達到本節課設定的教學目標，也突破了本節課的教學重點和教學難點。多維立體測量儀能夠幫助學生科學、準確、直觀地捕捉到水剛開始結冰時的現象，幫助學生構建相應的科學概念;解決教材和操作過程中的問題，有效鼓勵學生持續性探究;輔助學生獲得觀察認知，有效培養學生的科學素養和創新能力。此外，該裝置還可以應用于本單元系列實驗，例如《測量水的溫度》和《冰融化了》。

在這樣的實驗課堂上，學生不但對物質變化有了感性的認識、豐富了原有認知，還激發了積極性，對科學探究產生了興趣。在今后的的教學活動中，筆者會給學生們更多的機會，鼓勵他們敢于思考，勤于動手，善于觀察。

作者簡介：曾娜霞（1992— ），女，廣西貴港人，畢業于廣西大學，碩士，小學科學教師，研究方向：科學教育。

（責編 雷 靖）