例談科學(xué)大概念指導(dǎo)下的科學(xué)課教學(xué)

宗全全

科學(xué)大概念是指可以適用于一定范圍內(nèi)物體和現(xiàn)象的概念，能夠用于解釋和預(yù)測(cè)較大范圍的自然界現(xiàn)象。面對(duì)浩如煙海的科學(xué)知識(shí)，小學(xué)科學(xué)教學(xué)應(yīng)該指向科學(xué)大概念，幫助學(xué)生理解與他們生活相關(guān)的事件和現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)展科學(xué)思維，提升科學(xué)素養(yǎng)。

筆者以教科版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)《空氣的熱脹冷縮》一課為例，來談一談如何在科學(xué)大概念的理念指導(dǎo)下進(jìn)行小學(xué)科學(xué)教學(xué)。

一、通過繪制概念圖表，科學(xué)分析概念邏輯體系

科學(xué)教師在進(jìn)行科學(xué)教學(xué)之前要通過繪制概念圖等方式來分析概念的邏輯體系，了解概念間的區(qū)別與聯(lián)系，據(jù)此選用適合的教學(xué)具，設(shè)計(jì)并組織教學(xué)。

《空氣的熱脹冷縮》一課教學(xué)中其目標(biāo)指向的科學(xué)大概念主要有兩個(gè)：一個(gè)是宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成的;另一個(gè)是當(dāng)事物發(fā)生變化或被改變時(shí)，會(huì)發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化。從今年剛頒布的課程標(biāo)準(zhǔn)中的物質(zhì)領(lǐng)域科學(xué)概念結(jié)構(gòu)圖可以看出，最核心的概念是物質(zhì)世界，也即“物質(zhì)是由微粒組成的”和“物質(zhì)的變化伴隨能量的轉(zhuǎn)變”兩個(gè)科學(xué)大概念。

以“物質(zhì)具有熱脹冷縮的性質(zhì)”，這一概念來說，與之對(duì)應(yīng)的下位概念應(yīng)該是固體、液體、氣體都具備熱脹冷縮的性質(zhì)，教學(xué)時(shí)必須從固體、液體、氣體三個(gè)方面來驗(yàn)證物質(zhì)具有熱脹冷縮的性質(zhì)。另外能量轉(zhuǎn)變（溫度變化）是物質(zhì)產(chǎn)生“熱脹冷縮”現(xiàn)象的根本原因，教學(xué)時(shí)必須指向“物質(zhì)是由微粒組成的”和“物質(zhì)的變化伴隨能量的轉(zhuǎn)變”物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的這兩個(gè)科學(xué)大概念。

二、使用多種調(diào)查方法，科學(xué)探知學(xué)生前概念

前概念是學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)前就存在的對(duì)某一事物或事件的原有認(rèn)知，影響學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。探知學(xué)生的前概念可以了解學(xué)生認(rèn)知中的概念結(jié)構(gòu)，為指向科學(xué)大概念的教學(xué)做好準(zhǔn)備，所以教學(xué)前探測(cè)學(xué)生科學(xué)前概念非常必要。

探測(cè)學(xué)生的前概念有訪談、紙筆調(diào)查、畫圖、觀察等多種方法，準(zhǔn)確高效地獲取學(xué)生對(duì)于“物體熱脹冷縮”的前概念適宜采用訪談和紙筆調(diào)查的方法。

通過調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生基本認(rèn)同空氣是一種物質(zhì)，之所以看不見是因?yàn)榭諝馓×耍@樣的認(rèn)知恰是指向“宇宙中所有的物質(zhì)都是由很小的微粒構(gòu)成”這一大概念的，為建構(gòu)物質(zhì)會(huì)受熱膨脹，遇冷收縮的科學(xué)概念提供了很好的支撐。

三、圍繞概念教學(xué)主線，科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)

科學(xué)課堂是要以概念教學(xué)為主線的，要有大概念的教學(xué)方向，沒有正確指向科學(xué)大概念，對(duì)于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)將事倍功半。在《氣體的熱脹冷縮》一課中，基于對(duì)學(xué)生科學(xué)前概念的了解以及科學(xué)概念層級(jí)的剖析，我通過以下的活動(dòng)設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生逐步建構(gòu)起科學(xué)概念。

（一）通過繪圖把模糊認(rèn)識(shí)變?yōu)榍逦J(rèn)識(shí)

在學(xué)生腦海中關(guān)于“物質(zhì)是由微粒組成的”這一認(rèn)識(shí)是模糊的，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過繪圖把模糊的認(rèn)識(shí)直觀地表現(xiàn)出來。在教學(xué)時(shí)，教師可以由前一課《液體的熱脹冷縮》遷移引入，然后出示燒瓶，讓學(xué)生把自己關(guān)于氣體熱脹冷縮的現(xiàn)象畫出來。很多學(xué)生在畫圖時(shí)，把本來看不見摸不著的空氣畫成了可愛的卡通形象，把氣體受熱膨脹，遇冷收縮的性質(zhì)直觀地表現(xiàn)出來。

（二）通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)變隱性現(xiàn)象為顯性現(xiàn)象

物質(zhì)具有熱脹冷縮的性質(zhì)，但這種性質(zhì)很多情況下并不能夠直觀感受到，特別是看不見摸不著的氣體，更是無法直接觀察感受。所以，在教學(xué)時(shí)必須選用恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)器材，通過設(shè)計(jì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)來讓氣體的“熱脹冷縮”性質(zhì)變隱為顯。

在實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意器材的選擇，筆者在執(zhí)教《氣體的熱脹冷縮》一課時(shí)采用氣球和燒瓶等實(shí)驗(yàn)器材來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。為保證氣球不漏氣，氣球口大小要與燒瓶口相符，太大會(huì)造成氣體漏氣，太小則會(huì)難以固定在燒瓶口上，影響實(shí)驗(yàn)效果。過小的燒瓶因?yàn)槠績(jī)?nèi)氣體過少，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的效果。為此，筆者選用稍大一點(diǎn)的燒瓶，盛水的容器也要隨之準(zhǔn)備大一些。

“物質(zhì)的變化伴隨能量的轉(zhuǎn)變”，造成物質(zhì)熱脹冷縮變化的因素正是溫度的變化。為了讓實(shí)驗(yàn)效果更明顯，溫度的差異要大一些，教師要準(zhǔn)備好足夠的冷水和熱水，準(zhǔn)備冷水時(shí)要提前制取一部分冰塊，教學(xué)時(shí)用冰塊達(dá)到冷水溫度低的效果。教學(xué)中，學(xué)生通過蒙上氣球的燒瓶分別放入熱水、常溫水和冰水中，通過觀察氣球的變化來了解不同溫度時(shí)氣體的脹縮變化，建構(gòu)起“氣體具有熱脹冷縮”這一科學(xué)概念。

（三）通過游戲活動(dòng)讓抽象的認(rèn)識(shí)變?yōu)橹庇^的感受

楊振寧指出：對(duì)于基本概念的理解要變成直覺。設(shè)計(jì)模擬空氣微粒運(yùn)動(dòng)的游戲，就是將學(xué)生對(duì)大概念的抽象認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹庇^感受。模擬空氣微粒運(yùn)動(dòng)游戲讓部分學(xué)生扮演空氣微粒，再讓一部分學(xué)生扮演氣球，手拉手繞“微粒”圍成一圈。感受當(dāng)空氣微粒安靜地挨個(gè)站著時(shí)和劇烈運(yùn)動(dòng)需要圍成圈的大小變化，來直觀地認(rèn)識(shí)氣體的熱脹冷縮現(xiàn)象，同時(shí)加深了“物質(zhì)是由微粒組成的”和“物質(zhì)的變化伴隨能量的轉(zhuǎn)變”這兩個(gè)科學(xué)大概念的認(rèn)識(shí)。

四、運(yùn)用大概念有效延伸，科學(xué)解釋身邊現(xiàn)象

通過教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生已經(jīng)建構(gòu)起“氣體具有熱脹冷縮性質(zhì)”這一科學(xué)概念，并初步建構(gòu)了“物質(zhì)是由微粒組成的”和“物質(zhì)的變化伴隨能量的轉(zhuǎn)變”這兩個(gè)科學(xué)大概念。在教學(xué)總結(jié)環(huán)節(jié)中，教師要有意識(shí)地把學(xué)生在課堂的探究熱情延伸到課外，讓學(xué)生嘗試運(yùn)用大概念去解釋身邊的一些現(xiàn)象，這對(duì)于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維將大有裨益。

本課教學(xué)中，筆者給學(xué)生布置了這樣的課后作業(yè)：去尋找固體具有熱脹冷縮性質(zhì)的實(shí)例并嘗試用今天所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行解釋。在對(duì)學(xué)生作業(yè)進(jìn)行整理分析時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)許多同學(xué)能夠找出高壓電線、橋面和瀝青路面在夏天與冬天的不同的現(xiàn)象，并運(yùn)用“物質(zhì)是由微粒組成的”這一科學(xué)大概念來解釋這些現(xiàn)象，認(rèn)為固體物質(zhì)也是由微粒組成的，這些微粒受熱后膨脹，讓固體變大、變長(zhǎng)、變寬，遇冷時(shí)則會(huì)變小、變短、變窄;還有一部分同學(xué)嘗試用這節(jié)課所學(xué)到兩個(gè)科學(xué)大概念來解釋后面將要學(xué)習(xí)的熱傳遞等現(xiàn)象，認(rèn)為熱引起了物質(zhì)中某一部分微粒的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)了更多微粒運(yùn)動(dòng)，隨著運(yùn)動(dòng)，微粒把熱能傳遞到物質(zhì)的其他部位。

在科學(xué)大概念指導(dǎo)下的小學(xué)科學(xué)課堂中，學(xué)生收獲的不再是單純的知識(shí)“青草”，而是科學(xué)思維得到充分發(fā)展的能力“油井”。

【作者單位：淮安市淮陰區(qū)教師發(fā)展中心? 江蘇】