基于大概念的單元起始課教學改進與實踐

查良

[摘要]科學教育不是給學生講授一些零碎的、不連貫的知識片段和堆積在一起的科學定律，而是需要講授圍繞涉及重要科學領域的有結構、有聯系的科學核心概念和模型。本文基于對《熱》單元教材的分析和重構，以一組相似實驗材料設計出“一材多用”的系列實驗，引導學生較為深入地感受熱傳遞的規律，幫助學生構建熱知識科學大概念。

[關鍵詞]核心概念 單元教學 一材多用

研究表明，人們對科學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框架，學習更多知識。為此，建構科學大概念，能使學生對一些科學大概念觸類旁通、舉一反三，與將來在生活中接觸到的、學到的科學知識進行遷移和類比，有助于學生理解事物的現象和本質。

一、單元內容結構聯系及調整

教科版五年級下冊《熱》單元是小學科學中經典的課程，本單元共8課時，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》《設計制作一個保溫杯》。本單元八節課都是圍繞“熱”的內容進行學習，課與課之間存在一定的聯系，2-5節圍繞的是熱脹冷縮這個相同的物理現象，6-8節圍繞的是熱的傳遞概念開展教學的。因此，本單元主要有兩塊熱學知識：物質的熱脹冷縮和熱傳遞。

二、單元編排問題分析及改進

本單元圍繞熱的主題展開且課時之間有相關的聯系。但筆者在教學中發現以下幾個問題：（1）科學概念缺乏聯系，學生學習有困難。2-5課時熱脹冷縮內容與6-8課時熱傳遞內容無法自然地銜接，彼此之間沒有過渡，使得學生在學習過程中一下子從熱脹冷縮轉到了熱傳遞的學習。（2）課時安排先后不合理：本單元第2-5課中，物質的熱脹冷縮現象都有加熱的過程，加熱過程中存在大量熱傳遞的現象，如用熱水給冷水、冷空氣加熱使冷水、冷空氣變熱活動中，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中，熱從火焰傳遞給銅球;將銅球浸入冷水使銅球冷卻活動中，熱從銅球傳遞給冷水。大量的熱傳遞現象都出現在學生對熱傳遞學習之前，學生在學習過程中會產生疑問或者對實驗現象的產生一知半解。基于這樣的情況，筆者認為本單元的教學順序可以適當調整：（1）《熱起來了》;（2）《熱是怎么樣傳遞的》;（3）《傳熱比賽》;（4）《設計一個保溫杯》;（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》。

調整之后的單元教學分三個階段：第一階段為單元起始課，指導學生對熱傳遞產生的條件進行初步學習。第二階段為第2-4節，指導學生對熱傳遞的產生條件，不同物質的導熱能力進行進一步學習。第三階段為5-8節，指導學生學習發生熱傳遞之后物質除了溫度發生變化之外，體積會發生變化，這種變化規律稱為熱脹冷縮。

三、單元起始課設計及改進策略

教科版小學科學教材以單元整體教學為核心。課程標準指出：熱可以在物體內和物體間傳遞，通常熱從溫度高的物體傳向溫度低的物體。對《熱》單元進行分析和調整后，筆者認為，本單元的核心概念應該傾向于熱傳遞發生的條件和過程中具有的特點。基于這方面的想法，筆者對本單元起始課《熱起來了》進行重新定義和設計，以充分暴露學生對熱傳遞知識的前概念，培養學生熱單元的科學大概念，為調整之后的單元學習做好充足的準備

1.活動前置——開展核心活動

在有限的課堂時間內，把核心的科學問題進行聚焦并科學探討研究才是課堂的主體內容，科學課堂中我們更希望做到“一英寸寬，一英里深”，對重點活動進行深化，將細枝末葉的知識環節簡化甚至去除，盡可能地把時間用在刀刃上，這樣才能在有限的時間內完成一節實驗教學課。

《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，幾次試教發現：此活動會占用大量的課堂時間，導致后續研究活動時間不足。針對這個問題，筆者把課中的活動提前放到課前或作為前一天的家庭作業，對學生進行課前調查，并將學生的回答進行匯總之后在課堂中直接出示，開門見山，把時間留給后續活動。

2.活動分層——創設認知沖突

由淺入深的科學活動能夠帶領學生螺旋式地進階學習，對實驗活動進行改進和優化，讓學生經歷有層次性的活動，對學生的科學素養的培養與發展能起到較大的作用。為讓學生逐步對熱傳遞的現象及產生的原因進行漸進式的學習，筆者在進行毛巾不會產生熱量的活動后增加了用熱毛巾包裹裝有冷水的試管活動。

師播放用熱毛巾包裹裝有冷水的試管視頻。

生發現水溫上升，并產生疑問。

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。

師：可能是什么原因使水熱起來的？把你的想法寫在學習任務單上。

通過之前的實驗學生認識到毛巾不會產生熱量使水熱起來，而學生觀看視頻發現同樣的實驗材料，卻產生了不同的結果——水溫上升，使他們產生了強烈的認知沖突。在學習過程中認知沖突的產生是學生們學習的最佳時機，也是他最想學習的時候，能夠充分地調動他們的學習積極性，激發他們對實驗現象產生原因的探究欲望。

生：我覺得老師用的毛巾是一塊熱毛巾。

師：真的是這樣嗎？我們再來看一段視頻。

生：觀看視頻發現——水溫上升的同時，毛巾的溫度在不斷地下降。

師：你有什么發現？

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。

通過猜測水溫為什么會變高，給學生一定的空間進行思考，再將有兩支溫度計的視頻展示給學生，讓學生有新的發現，引導學生經歷冷水變熱和熱毛巾變冷中包含的熱傳遞的過程，使學生漸漸地體會到熱傳遞的存在及物體溫度的變化是由于熱傳遞導致的。

當第二個活動結束之后，筆者又增加了第三個活動：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，產生疑問。

師：你有什么發現？

生：水溫度降低了，變冷了。

師：這次可能是什么原因產生的呢？

生將自己的想法寫在學習任務單中。

之前的學習中學生已經知道了熱量的傳遞，本活動目的是從反面的角度去引導學生學習熱傳遞的知識。通過學習活動，讓學生認識到：水不僅可以成為一個受熱對象，也可以成為一個熱源去傳熱，以此打破學生對常溫水只能被傳熱的固定思維。再一次讓學生產生疑問，促進他們的思考。

生：我認為這次這塊毛巾是很冷的，比水的溫度要低。

師：是這樣的嗎？（播放有兩支溫度計的視頻）

生發現毛巾溫度上升的同時水的溫度漸漸下降。

師：你有什么發現？

生：毛巾變熱了，水變冷了。

師：誰可以來解釋這個現象。

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，學生能深切地體會到熱發生的傳遞以及熱傳遞發生的條件，并能利用之前活動學到的熱傳遞的知識來解釋這種現象。學生的思維在本環節中得到很大的提升，對熱傳遞的產生條件也有了較為全面的認識，體會到熱和冷是相對的，不是絕對的。

師：為什么我們的毛巾不能讓試管內的水變熱？

生：毛巾的溫度和水的溫度差不多，熱不會傳遞，水不會變熱也不會變冷。

用活動二和活動三所學的知識用來解釋第一個活動中發生的現象，既是一種知識的應用，也是對熱傳遞發生條件的學習。通過同一組實驗材料的一材多用，學生看到了三種不同的現象，得出了不同的結論。

3.思維進階——建構科學概念

從認識常溫毛巾和常溫水之間熱是不能傳遞，然后學習熱從熱毛巾傳遞到冷水，最后學習熱從常溫水傳遞到冰毛巾，學生經歷了三個有層次性的熱活動，逐漸豐富了自己對熱傳遞的認知，了解了熱傳遞的存在及熱傳遞是具有方向和條件的，為之后關于熱是怎樣傳遞的、傳熱比賽等課時的學習提供了有力的知識基礎，從而幫助學生建構了熱傳遞的概念和熱傳遞產生需要一定條件的科學大概念。同時，熱傳遞的學習也為學生后續熱脹冷縮學習，對加熱環節的理解提供很大的理論支持。調整后的《熱》單元，更符合學生認識的進程。

科學教育的目標是一個趨向于科學大概念進展的過程，而兒童科學概念的形成是一個不斷完善、不斷充實的過程。通過本單元起始課的學習，從水溫度發生變化這個表象的事實，學生在教師的引領下逐步探究和思考，深入探究熱傳遞的發生及其產生條件的本質，從而構建科學核心概念。