落實科學概念，提升科學素養

金蕾紅 蔣柳青

【摘 要】科學觀念是科學素養的重要組成部分，指的是在理解科學概念、規律、原理的基礎上形成的對客觀事物的總體認識，對科學概念的教學是提升學生科學素養的有效抓手。在教學教科版《科學》三年級上冊“空氣”單元的《壓縮空氣》一課時，教師“改進實驗材料，助力高效課堂；鼓勵自主探究，暴露前概念；調動已有經驗，修正思維偏差；提供學習支架，滲透科學概念；組織動手實踐，深化概念理解；聯系生活實際，遷移內化概念”，由此發展學生的科學素養。

【關鍵詞】小學科學；概念學習；學習支架；科學素養

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022年版課標”）指出，科學素養包括：科學思維、態度責任、科學觀念和探究實踐。科學觀念是在理解科學概念、規律、原理的基礎上形成的對客觀事物的總體認識。學生“需要明確與科學概念相關的現象和過程，能夠運用科學術語來描述或解釋自然現象，并理解概念之間的關系，靈活應用科學概念”。可見，對科學概念的教學是提升學生科學素養的有效抓手。

然而，在當前的課堂中，許多學生只是被動地接受教師的指令，開展探究活動，導致科學概念的建構停留在表層，不利于提升學生的科學素養。要解決這一問題，教師須立足學情，設計層層遞進的探究環節，讓學生經歷概念建構的全過程。

《壓縮空氣》是教科版《科學》三年級上冊第二單元“空氣”中的內容，教材主要編排了兩個活動：一是利用兩個相同的注射器，分別抽進同樣多的水和空氣，再用大拇指指腹堵住注射器管口，將活塞往里推，然后松手，觀察注射器有什么變化；二是慢慢用力往外拉注射器活塞，然后松手，觀察注射器有什么變化。學生不難從實驗中得出“水不容易被壓縮，而空氣容易被壓縮，且被壓縮的空氣有彈性”的結論。最后是讓學生嘗試從微粒的角度對現象進行解釋。三年級的學生第一次在科學領域中接觸“微粒”這個詞，而空氣是看不見摸不著的，學生難以從這一角度解釋相關現象。本課的基本概念是空氣，教學目標是讓學生理解空氣和石頭、水一樣，是一種物質，并且讓學生知道宇宙中所有的物質都是由微粒構成的，空氣也不例外。對此，教師要給學生提供便于探究的環境和學習科學概念的支架。

一、改進實驗材料，助力高效課堂

科學教學中，選擇合適的實驗材料至關重要。良好的實驗材料往往能激發學生的探究興趣，使學生初步感知概念。《壓縮空氣》一課的教學中，為了保證實驗操作方便，成功率高，筆者多次試教并改進實驗材料，具體如表1。

在用不帶封口套的注射器進行自主研究的過程中，有的學生發現注射器管口射出來的空氣是冷的；有的學生發現注射器可以像水槍一樣把空氣吸進去；有的學生發現用手堵住管口后，先用力往里壓，再突然松手，活塞會反彈出去。給注射器管口套上封口套后，往里推活塞或往外拉活塞，沒有出現漏氣的現象。學生排除了干擾因素，課堂觀察更易聚焦在空氣被壓縮和擴張的現象上。在這一過程中，注射器封口套這一實驗材料是幫助學生理解概念的“重要幫手”。可見，精選實驗材料，有助于增強學生的學習體驗，使科學課堂更高效。

二、鼓勵自主探究，暴露前概念

科學課堂上，由于探究活動缺乏重心，部分學生對概念的理解只停留在前概念水平。教師應鼓勵學生進行自主探究，暴露前概念，使后續教學更有針對性。

《壓縮空氣》一課的學習中，給注射器管口套上封口套后，學生發現：往里推活塞，空氣占據的空間變小；往外拉活塞，空氣占據的空間變大。筆者提問：活塞往里推，空氣占據的空間變小；活塞往外拉，空氣占據的空間變大。在這兩個過程中，是什么發生了變化，導致空氣占據的空間發生了變化？如果我們用點來表示空氣微粒，你能畫出活塞向內推、向外拉后空氣微粒的狀態嗎？學生通過畫圖的形式表達自己的想法，如圖1、圖2。

如圖1、圖2所示，學生主要有兩種猜想：（1）空氣占據空間大小的變化過程中，總量是不變的；（2）空氣占據空間大小的變化過程中，總量可能變少也可能變多。這一過程暴露了學生的前概念，為后續教學的推進提供了方向。

三、調動已有經驗，修正思維偏差

為了糾正學生的錯誤認知，筆者組織學生討論，幫助學生初步建立科學概念。

師：有的小組認為空氣壓縮前后，空氣總量是不變的；有的小組認為空氣壓縮前后，空氣總量發生了變化。這些都只是你們的猜測，你們有什么證據可以證明自己小組的觀點呢？

生：如果空氣總量是不一樣的，那么在活塞往里推或往外拉的過程中會有空氣從封口套處進出。

師：怎么判斷是否有空氣進出？

（學生小組討論。）

生：把注射器放進水里，往里推，如果封口套處有氣泡冒出，就說明有空氣出來，反之亦然。

學生調動已有的知識經驗，展開實驗。實驗結果是封口套處沒有氣泡冒出，說明注射器中的空氣總量在空氣被壓縮前后是一樣的。由此，學生的思維偏差得到了修正。

四、提供學習支架，滲透科學概念

經過上述學習環節，學生進一步證明：在空氣占據空間大小的變化過程中，其總量是不變的。在此基礎上，筆者繼續帶領學生進行探討，幫助學生建立科學概念。

師：我們知道，在注射器往里推或往外拉的過程中，里面的空氣總量是不變的。那么，注射器在往里推和往外拉的過程中，其中的空氣微粒發生了什么變化？

（學生思考。）

師：讓我們再次動手，分別將注射器往里推、往外拉，看看空氣微粒到底發生了什么變化。

（學生動手操作。）

師：同學們遇到了什么困難？

生：空氣是透明無色的，我們無法看見，更不可能看見空氣微粒。

師：老師這里有一種有顏色的氣體，用它替換空氣進行實驗，看看能觀察到什么現象。

（學生開展實驗并進行匯報。）

生：注射器活塞往里推時，氣體顏色變深；注射器活塞往外拉時，氣體顏色變淺。

師：這個現象能證明什么呢？

生：注射器活塞往里推時，氣體顏色變深是因為氣體微粒堆積在一起；注射器活塞往外拉時，氣體顏色變淡是因為氣體微粒分散開了。

師：類比這種有顏色的氣體，注射器活塞往里推和往外拉時空氣微粒又發生了什么變化？

生：注射器活塞往里推時，空氣微粒堆積在一起；注射器活塞往外拉時，空氣微粒分散開了。

此環節遵循學生的認知規律，通過層層遞進的實驗為學生的概念建構提供了有效的學習支架，有助于學生形成正確的科學概念。

五、組織動手實踐，深化概念理解

（一）開展實驗，增強學習體驗

科學教學離不開實驗。教師應組織學生開展實驗，激發學生的探究熱情。

師：這里有一個注射器、一塊橘子皮。老師先在注射器內吸入一些空氣，然后用橘子皮堵住注射器管口，最后用力壓縮活塞，你們覺得橘子皮會怎么樣？

生：橘子皮會“彈”出去。

師：一起動手試試。

（學生動手實驗。）

師：你們觀察到了什么？

生：橘子皮確實像子彈一樣彈出去了。

師：你們能解釋這個現象嗎？

生：注射器活塞往里推時，橘子皮堵在管口，相當于封口套。這時我們感覺空氣被壓縮了。被壓縮的空氣具有彈性，所以橘子皮被“彈”出去了。

在這個環節中，學生用注射器制作空氣壓縮槍，通過實驗、觀察、現象解釋，進一步驗證“空氣能夠被壓縮”這一結論。教師要為學生設計實驗，創設基于思維模型的概念學習情境，讓學生的思維得到發展，使學生對科學概念的理解得以深化。

（二）引入思維導圖，總結類比知識

學生通過實驗已經明確了壓縮空氣具有的性質和特點。在此基礎上，筆者引導學生使用思維導圖對學到的知識進行總結，對新的概念進行類比。學生制作的思維導圖（如圖3）。

由圖3可見，學生在學完壓縮空氣的性質后，從兩個方面對水進行了類比，拓寬了認知視野。

六、聯系生活實際，遷移內化概念

學習科學概念的最終目的是為生活提供服務。教學中，教師應努力搭建課堂教學與真實生活之間的橋梁，引導學生靈活地應用科學概念，深化認知。本課教學中，筆者引入了生活元素，讓學生遷移運用知識，具體教學過程如下。

師：我們已經學習了壓縮空氣的有關知識，想一想，生活中的哪些事物也應用了這一知識？

生：游樂場里的充氣城堡就是利用空氣容易被壓縮的原理設計的。

生：救生氣墊、救生圈也是利用空氣容易被壓縮的原理設計的。

師：沒錯。哪個同學能說說被壓縮的空氣有彈性這一原理在生活中的應用？

（學生思考。）

生：我們打籃球時，籃球里充滿了空氣，當我們往下拍籃球時，籃球碰到地面，里面的空氣被壓縮。因為被壓縮的空氣具有彈性，所以碰到地面的籃球會彈起。

師：你說得真好。利用被壓縮的空氣具有彈性這一原理的例子還有很多，比如空氣壓縮槍、建筑工人用的氣槍等。只要我們留心觀察，就會發現生活與書本知識之間是緊密聯系的。

總體而言，教師要精準把握學情，充分了解學生的前概念，抓住學生在建構科學概念時的思維過程，精心設計思維模型，讓學生在探究中建立科學概念。

參考文獻：

［1］楊曼.翻轉課堂教學模式在小學科學概念教學中的應用：以蘇教版小學科學《簡單電路》一課為例［J］.中小學電教，2019（10）.

［2］金毅.關注學生認知發展 重視教學關聯與差異：以小學初中“物體沉與浮”科學概念為例［J］.湖南中學物理，2019，34（5）.

［3］韓智偉.小學科學概念的探究［J］.課程教育研究，2019（16）.

［4］王晨光.新課標下小學科學課程的概念建構及其教學價值［J］.教育與教學研究，2019，33（1）.

［5］李玉嫦.淺談小學科學課堂中建構科學概念的策略［J］.課程教育研究，2019（1）.

［6］沈亞萍.小學科學“概念建構”課型實施策略［J］.實驗教學與儀器，2018，35（12）.

（1.浙江省杭州市富陽區教育發展研究中心 2.浙江省杭州市富陽區東吳小學）