基于大概念的單元起始課教學(xué)改進(jìn)與實(shí)踐
——以教科版五年級(jí)《熱》單元為例

浙江杭州采荷第一小學(xué)教育集團(tuán) 查 良

研究表明，人們對(duì)科學(xué)大概念的理解可以較長久地保存在記憶中，有助于形成較好的知識(shí)框架，學(xué)習(xí)更多知識(shí)。為此，建構(gòu)科學(xué)大概念，能使學(xué)生對(duì)一些科學(xué)大概念觸類旁通、舉一反三，與將來在生活中接觸到的、學(xué)到的科學(xué)知識(shí)進(jìn)行遷移和類比，有助于學(xué)生理解事物的現(xiàn)象和本質(zhì)。

一、單元內(nèi)容結(jié)構(gòu)聯(lián)系及調(diào)整

教科版五年級(jí)下冊(cè)《熱》單元是小學(xué)科學(xué)中經(jīng)典的課程，本單元共8課時(shí)，分別為《熱起來了》《給冷水加熱》《液體的熱脹冷縮》《空氣的熱脹冷縮》《金屬的熱脹冷縮》《熱是怎樣傳遞的》《傳熱比賽》《設(shè)計(jì)制作一個(gè)保溫杯》。本單元八節(jié)課都是圍繞“熱”的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，課與課之間存在一定的聯(lián)系，2～5 節(jié)圍繞的是熱脹冷縮這個(gè)相同的物理現(xiàn)象，6～8 節(jié)圍繞的是熱的傳遞概念開展教學(xué)的。因此，本單元主要有兩塊熱學(xué)知識(shí)：物質(zhì)的熱脹冷縮和熱傳遞。

二、單元編排問題分析及改進(jìn)

本單元圍繞熱的主題展開且課時(shí)之間有相關(guān)的聯(lián)系。但筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題：（1）科學(xué)概念缺乏聯(lián)系，學(xué)生學(xué)習(xí)有困難。2～5 課時(shí)熱脹冷縮內(nèi)容與6～8課時(shí)熱傳遞內(nèi)容無法自然地銜接，彼此之間沒有過渡，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中一下子從熱脹冷縮轉(zhuǎn)到了熱傳遞的學(xué)習(xí)。（2）課時(shí)安排先后不合理：本單元第2～5課中，物質(zhì)的熱脹冷縮現(xiàn)象都有加熱的過程，加熱過程中存在大量熱傳遞的現(xiàn)象，如用熱水給冷水、冷空氣加熱使冷水、冷空氣變熱活動(dòng)中，熱從熱水傳遞到冷水和冷空氣；用酒精給銅球加熱使銅球變熱活動(dòng)中，熱從火焰?zhèn)鬟f給銅球；將銅球浸入冷水使銅球冷卻活動(dòng)中，熱從銅球傳遞給冷水。大量的熱傳遞現(xiàn)象都出現(xiàn)在學(xué)生對(duì)熱傳遞學(xué)習(xí)之前，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會(huì)產(chǎn)生疑問或者對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的產(chǎn)生一知半解。基于這樣的情況，筆者認(rèn)為本單元的教學(xué)順序可以適當(dāng)調(diào)整：（1）《熱起來了》；（2）《熱是怎么樣傳遞的》；（3）《傳熱比賽》；（4）《設(shè)計(jì)一個(gè)保溫杯》；（5）《給冷水加熱》；（6）《液體的熱脹冷縮》；（7）《空氣的熱脹冷縮》；（8）《金屬的熱脹冷縮》。

調(diào)整之后的單元教學(xué)分三個(gè)階段：第一階段為單元起始課，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)熱傳遞產(chǎn)生的條件進(jìn)行初步學(xué)習(xí)。第二階段為第2～4 節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生對(duì)熱傳遞的產(chǎn)生條件，不同物質(zhì)的導(dǎo)熱能力進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)。第三階段為5～8 節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)生熱傳遞之后物質(zhì)除了溫度發(fā)生變化之外，體積會(huì)發(fā)生變化，這種變化規(guī)律稱為熱脹冷縮。

三、單元起始課設(shè)計(jì)及改進(jìn)策略

教科版小學(xué)科學(xué)教材以單元整體教學(xué)為核心。課程標(biāo)準(zhǔn)指出：熱可以在物體內(nèi)和物體間傳遞，通常熱從溫度高的物體傳向溫度低的物體。對(duì)《熱》單元進(jìn)行分析和調(diào)整后，筆者認(rèn)為，本單元的核心概念應(yīng)該傾向于熱傳遞發(fā)生的條件和過程中具有的特點(diǎn)。基于這方面的想法，筆者對(duì)本單元起始課《熱起來了》進(jìn)行重新定義和設(shè)計(jì)，以充分暴露學(xué)生對(duì)熱傳遞知識(shí)的前概念，培養(yǎng)學(xué)生熱單元的科學(xué)大概念，為調(diào)整之后的單元學(xué)習(xí)做好充足的準(zhǔn)備

1.活動(dòng)前置——開展核心活動(dòng)

在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，把核心的科學(xué)問題進(jìn)行聚焦并科學(xué)探討研究才是課堂的主體內(nèi)容，科學(xué)課堂中我們更希望做到“一英寸寬，一英里深”，對(duì)重點(diǎn)活動(dòng)進(jìn)行深化，將細(xì)枝末葉的知識(shí)環(huán)節(jié)簡化甚至去除，盡可能地把時(shí)間用在刀刃上，這樣才能在有限的時(shí)間內(nèi)完成一節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課。

《熱起來了》一課中課本用了大量的篇幅討論如何使身體熱起來作為引入，幾次試教發(fā)現(xiàn)：此活動(dòng)會(huì)占用大量的課堂時(shí)間，導(dǎo)致后續(xù)研究活動(dòng)時(shí)間不足。針對(duì)這個(gè)問題，筆者把課中的活動(dòng)提前放到課前或作為前一天的家庭作業(yè)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行課前調(diào)查，并將學(xué)生的回答進(jìn)行匯總之后在課堂中直接出示，開門見山，把時(shí)間留給后續(xù)活動(dòng)。

2.活動(dòng)分層——?jiǎng)?chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突

由淺入深的科學(xué)活動(dòng)能夠帶領(lǐng)學(xué)生螺旋式地進(jìn)階學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，讓學(xué)生經(jīng)歷有層次性的活動(dòng)，對(duì)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)與發(fā)展能起到較大的作用。為讓學(xué)生逐步對(duì)熱傳遞的現(xiàn)象及產(chǎn)生的原因進(jìn)行漸進(jìn)式的學(xué)習(xí)，筆者在進(jìn)行毛巾不會(huì)產(chǎn)生熱量的活動(dòng)后增加了用熱毛巾包裹裝有冷水的試管活動(dòng)。

師播放用熱毛巾包裹裝有冷水的試管視頻。

生發(fā)現(xiàn)水溫上升，并產(chǎn)生疑問。

師：你看到了什么？

生：溫度上升了，水變熱了。

師：水是自己熱起來的嗎？

生：不會(huì)。

師：可能是什么原因使水熱起來的？把你的想法寫在學(xué)習(xí)任務(wù)單上。

通過之前的實(shí)驗(yàn)學(xué)生認(rèn)識(shí)到毛巾不會(huì)產(chǎn)生熱量使水熱起來，而學(xué)生觀看視頻發(fā)現(xiàn)同樣的實(shí)驗(yàn)材料，卻產(chǎn)生了不同的結(jié)果——水溫上升，使他們產(chǎn)生了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突。在學(xué)習(xí)過程中認(rèn)知沖突的產(chǎn)生是學(xué)生們學(xué)習(xí)的最佳時(shí)機(jī)，也是他最想學(xué)習(xí)的時(shí)候，能夠充分地調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)他們對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生原因的探究欲望。

生：我覺得老師用的毛巾是一塊熱毛巾。

師：真的是這樣嗎？我們?cè)賮砜匆欢我曨l。

生：觀看視頻發(fā)現(xiàn)——水溫上升的同時(shí)，毛巾的溫度在不斷地下降。

師：你有什么發(fā)現(xiàn)？

生：水變熱了，毛巾變冷了。（面露喜悅）

師追問：水變熱了，熱是從哪里來的？毛巾變冷，熱到哪里去了？

生：水的熱從毛巾里來，毛巾的熱量到水里去了。

生：毛巾把熱傳遞給了水。水的熱增加了，毛巾的熱減少了。

通過猜測(cè)水溫為什么會(huì)變高，給學(xué)生一定的空間進(jìn)行思考，再將有兩支溫度計(jì)的視頻展示給學(xué)生，讓學(xué)生有新的發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷冷水變熱和熱毛巾變冷中包含的熱傳遞的過程，使學(xué)生漸漸地體會(huì)到熱傳遞的存在及物體溫度的變化是由于熱傳遞導(dǎo)致的。

當(dāng)?shù)诙€(gè)活動(dòng)結(jié)束之后，筆者又增加了第三個(gè)活動(dòng)：觀察用冰毛巾包裹裝有常溫水的試管。

師播放視頻。（冰毛巾包裹試管，試管中水溫下降）

生觀察視頻，產(chǎn)生疑問。

師：你有什么發(fā)現(xiàn)？

生：水溫度降低了，變冷了。

師：這次可能是什么原因產(chǎn)生的呢？

生將自己的想法寫在學(xué)習(xí)任務(wù)單中。

之前的學(xué)習(xí)中學(xué)生已經(jīng)知道了熱量的傳遞，本活動(dòng)目的是從反面的角度去引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)熱傳遞的知識(shí)。通過學(xué)習(xí)活動(dòng)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到：水不僅可以成為一個(gè)受熱對(duì)象，也可以成為一個(gè)熱源去傳熱，以此打破學(xué)生對(duì)常溫水只能被傳熱的固定思維。再一次讓學(xué)生產(chǎn)生疑問，促進(jìn)他們的思考。

生：我認(rèn)為這次這塊毛巾是很冷的，比水的溫度要低。

師：是這樣的嗎？（播放有兩支溫度計(jì)的視頻）

生發(fā)現(xiàn)毛巾溫度上升的同時(shí)水的溫度漸漸下降。

師：你有什么發(fā)現(xiàn)？

生：毛巾變熱了，水變冷了。

師：誰可以來解釋這個(gè)現(xiàn)象。

生：水把熱傳遞給了毛巾，水的溫度就下降了，毛巾的溫度就上升了。

通過此活動(dòng)，學(xué)生能深切地體會(huì)到熱發(fā)生的傳遞以及熱傳遞發(fā)生的條件，并能利用之前活動(dòng)學(xué)到的熱傳遞的知識(shí)來解釋這種現(xiàn)象。學(xué)生的思維在本環(huán)節(jié)中得到很大的提升，對(duì)熱傳遞的產(chǎn)生條件也有了較為全面的認(rèn)識(shí)，體會(huì)到熱和冷是相對(duì)的，不是絕對(duì)的。

師：為什么我們的毛巾不能讓試管內(nèi)的水變熱？

生：毛巾的溫度和水的溫度差不多，熱不會(huì)傳遞，水不會(huì)變熱也不會(huì)變冷。

用活動(dòng)二和活動(dòng)三所學(xué)的知識(shí)用來解釋第一個(gè)活動(dòng)中發(fā)生的現(xiàn)象，既是一種知識(shí)的應(yīng)用，也是對(duì)熱傳遞發(fā)生條件的學(xué)習(xí)。通過同一組實(shí)驗(yàn)材料的一材多用，學(xué)生看到了三種不同的現(xiàn)象，得出了不同的結(jié)論。

3.思維進(jìn)階——建構(gòu)科學(xué)概念

從認(rèn)識(shí)常溫毛巾和常溫水之間熱是不能傳遞，然后學(xué)習(xí)熱從熱毛巾傳遞到冷水，最后學(xué)習(xí)熱從常溫水傳遞到冰毛巾，學(xué)生經(jīng)歷了三個(gè)有層次性的熱活動(dòng)，逐漸豐富了自己對(duì)熱傳遞的認(rèn)知，了解了熱傳遞的存在及熱傳遞是具有方向和條件的，為之后關(guān)于熱是怎樣傳遞的、傳熱比賽等課時(shí)的學(xué)習(xí)提供了有力的知識(shí)基礎(chǔ)，從而幫助學(xué)生建構(gòu)了熱傳遞的概念和熱傳遞產(chǎn)生需要一定條件的科學(xué)大概念。同時(shí)，熱傳遞的學(xué)習(xí)也為學(xué)生后續(xù)熱脹冷縮學(xué)習(xí)，對(duì)加熱環(huán)節(jié)的理解提供很大的理論支持。調(diào)整后的《熱》單元，更符合學(xué)生認(rèn)識(shí)的進(jìn)程。

科學(xué)教育的目標(biāo)是一個(gè)趨向于科學(xué)大概念進(jìn)展的過程，而兒童科學(xué)概念的形成是一個(gè)不斷完善、不斷充實(shí)的過程。通過本單元起始課的學(xué)習(xí)，從水溫度發(fā)生變化這個(gè)表象的事實(shí)，學(xué)生在教師的引領(lǐng)下逐步探究和思考，深入探究熱傳遞的發(fā)生及其產(chǎn)生條件的本質(zhì)，從而構(gòu)建科學(xué)核心概念。?