小學科學“透明物質”可視化策略

黃碧燕

摘要：在科學學習中，學生對“透明物質”及其相關變化常常難以理解、難以記憶。在教學實踐中，根據不同的“透明物質”各自的特點，利用相關教具將其可視化，使小學生對“透明物質”可以更加容易地感知、理解和記憶，提高他們的學習興趣和積極性，同時發展他們的觀察能力和想象能力。

關鍵詞：小學科學;透明物質;可視化;教具;策略

2016年9月，教育部于北京師范大學舉行了中國學生發展核心素養研究成果發布會，確定了六大核心素養的內容，其中的科學精神和實踐創新充分體現了科學類學科的重要性。深圳于2014年提出了具有深圳特色的八大素養，其中的“學習素養”“創新素養”和“信息素養”，則體現了深圳對科學信息類課程的重視。本文以《義務教育小學科學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“課標”）為指導，立足課堂，重視探究和實踐，致力于提升小學生的科學素養。

一、問題的提出

在小學科學教學過程中，我們不難發現，小學生對肉眼不可見的“透明物質”及其相關變化（如引力的作用、聲音的傳播、熱傳遞等）的學習總是處于難以理解或短暫性理解但不容易識記的狀態。因此，小學生對“透明物質”的認識和概念建立，常常是教學過程中的難點。如何將“透明物質”可視化，達到簡化小學生知識構建過程的目的，是值得小學科學教師研究的重要課題。

二、原因分析

小學生的邏輯思維能力尚未形成，空間想象能力不足，構建思維能力有限，對物質的認知經驗較少，他們對肉眼看不見、伸手摸不著的“透明物質”難以理解，對其趨勢變化更是無從想象、難以預測，學習效果可想而知。

三、解決思路

課標明確指出，小學科學是一門綜合性和實踐性的學科，除了理論學習，實驗探究也是教學中非常重要的環節，理論給實驗以指導，實驗給理論以演示和驗證，二者相輔相成。這就要求我們在語言講授之外，還要輔助以相關的探究活動，在此過程中，教具必不可少。同時，心理學認為，人的感知覺是人類認識世界的基本方式。在以形象思維為主要思維方式的小學生中，若能借助多種感知覺方式，先把對具體事物的認知轉化成與具體事物相關的感性認識，再把感性認識轉化為抽象、概括的理性認識，無疑可以提高小學生的學習效率。

在“透明物質”的教學中，教師如果能配合合適的教具演示或實踐操作，將“透明物質”可視化，很多看不見、摸不著的概念便可具體化、直觀化、形象化，使小學生可以更加容易地有所感知、理解和記憶，提高他們的學習興趣和積極性，同時增強他們的觀察能力和想象能力。

四、“透明物質”可視化的策略

根據不同的“透明物質”各自的特點，本文進行了相關教具的制作及應用，總結出以下“透明物質”可視化的策略。

（一）電子虛擬可視化

隨著信息科技的日益發展，信息技術手段在教學中的運用逐漸廣泛，除了常見的照片、視頻外，還可利用幾何畫板、3D One等模型制作軟件，可將“透明物質”相關的動態演變過程通過虛擬模型的方式呈現，有條件的還可使用AR虛擬現實技術虛擬相關環境。當小學生置身于虛擬環境中，多維的畫面感將強烈刺激其視覺感官。通過打開視覺通道讓小學生對“透明物質”的存在產生更真實的體驗，從而簡化及強化他們對知識的理解，并建立相關概念。例如，空氣流動實驗、自然界中的水循環等過程，如能通過AR技術，用簡短又真實的畫面展現空氣的流動形成風和自然界中水的三態變化，就能讓小學生清晰明確地理解相關知識點，建立正確的知識表征，并且留下深刻記憶。

（二）模擬曲線可視化

引力、磁力等力的相互作用，曾經一直困擾著科學家們百思不得其解。看似沒有接觸，卻真實地在發生作用，是什么使其產生力的作用？直到科學家們將這透明的物質定義為場。在“場”的定義出現后，許多問題也迎刃而解。在教學中，場的曲線變化除了可利用電子虛擬圖像直觀呈現之外，如何利用實物教具體現也是值得探究的。以引力為例，在科普中國的網站上，我們看到采用物體在海綿上放置時產生凹陷模擬引力波的例子。然而在課堂探究中，模擬星體運動所需要的巨大海綿是我們難以獲取的。為了能形成空間變化，同時承受“星體”運動，我們可以利用水平懸空的布料來模擬初始狀態的“場”。考慮到場的恢復，教師在制作教具時可采用彈性較好的萊卡等彈性布料來代替海綿。在受到物體質量的影響后，初始狀態的平面布料將產生凹陷，形成相應的空間變化。物體質量越大，凹陷的程度越大，表示其產生的引力也越大。當靜止的物體進入后，它們會隨著曲面變化相互靠近，即可模擬引力間的相互作用;當具有初速度且質量較小的物體進入后，根據初始運動方向和速度大小的不同，物體可能會呈現曲線環繞或逃離區域的情況，即小天體被中心天體吸引后繞中心天體公轉或飛出此區域。再如磁體的磁場線，教學中可用大小合適的透明方盒裝入適量的碎鐵屑，利用方盒將碎鐵屑與磁體相隔，兩者貼近后把方盒稍作震動，碎鐵屑便可展現磁體磁場線的大致分布情況，磁場線越密集的地方，說明磁力越大，越稀疏的地方，則說明磁力越小。

（三）顏色漸變可視化

心理學研究表明，不同的顏色給人的感官刺激不同，變化中的顏色更能引起人的注意。在生活實踐中，我們也發現小學生對會變色的事物往往具有更大的興趣。利用這一點，我們可以通過教具將“透明物質”的變化轉化為可見顏色的變化。例如熱的概念建立，我們可以通過熱傳感器將物體具備的熱量通過不同的顏色投射出來，直觀呈現。再如《熱是怎樣傳遞的》一課中，教材中采用涂有蠟的金屬圓片，當固體蠟受熱逐漸熔化，則可體現熱的傳遞。但由于蠟的顏色較淺，為了讓實驗現象能更加容易引起小學生的注意，我們可采用變溫油墨替換原來的蠟，改進相關教具。利用變溫油墨受熱變色的特點，熱傳遞的過程更容易給小學生留下深刻的印象。另外，生活中的變色杯，也是常見的、易得的因熱傳遞產生變色現象的例子。

（四）運動軌跡可視化

利用運動的物體展現“透明物質”的動態變化，也不失為吸引學生注意的好辦法。聲音是與生活息息相關的“透明物質”之一，它可通過固體、液體、氣體等物質的震動傳播到我們的鼓膜上，而后傳導到我們的大腦中。例如《聲音是怎樣傳播的》一課中，如何呈現鼓膜產生的震動呢？我們可以把具有彈性的薄膜套在中空圓柱體上（無上下底面），并在薄膜中央粘貼一小片反光片，疊加光反射原理，制成聲音反光鏡。當在薄膜旁邊產生聲源，通過激光和反光片將聲源的震動反射到屏幕或墻上，我們就可以看到相應的震動軌跡，并且我們還可以發現：不同的聲音所產生的震動軌跡是不同的。在這樣的教具演示和操作下，小學生對聲音的震動無疑會產生新的認識和深深的興趣。

五、結語

簡而言之，教師可在遵循小學生思維發展規律的基礎上，根據不同“透明物質”及其相關變化各自的特點，在教學實踐中采用不同的可視化策略，通過相應的教具演示或操作將其可視化，從而刺激小學生的視覺通道，讓小學生對“透明物質”建立多感官連接，簡化及強化他們對知識的感知、理解和記憶，從而達到更好的教學效果。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2017.

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[3] 王振宏，李彩娜.教育心理學[M].北京：高等教育出版社，2011.

（責任編輯：奚春皓）