引導學生在《發(fā)現(xiàn)變化中的新物質》課堂上進行長時探究

孔洪劍

〔摘? ? 要〕? 學生的思維能力需要在真實的探究中發(fā)展，需要在深入的研討辨析中提升。本文以《發(fā)現(xiàn)變化中的新物質》為例，提出以下策略，取得了良好的效果：借情境確定探究主題，引導科學猜想；從實踐積累直觀經驗，搜集充足證據；深化研討論證解釋現(xiàn)象，促進學生思維發(fā)展。

〔關鍵詞〕? 小學科學；長時探究；實證意識

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 14-0025-03

科學課程旨在培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，需要學生掌握基本的科學方法，形成科學探究的意識，具有初步的科學探究能力，故而課程標準建議，以探究實踐作為主要方式開展教學活動。然而現(xiàn)實的科學課堂還是充斥著各種“虛假”探究，學生探索環(huán)節(jié)往往是一個個被拆分的小活動，在教師“手把手”的指導下，學生被指揮著完成一個個的小實驗，看似熱熱鬧鬧，實則學生無甚生成。那么如何才能讓學生經歷有效探究呢？本文以《發(fā)現(xiàn)變化中的新物質》一課為例，總結了讓學生長時間收集證據，基于實證意識展開深入研討，在質疑與辨析中促進學生思維發(fā)展的教學策略。

一、借情境確定探究主題，引導科學猜想

以學生為主體，從學生學的角度出發(fā)進行教學設計，要求教師不再以領導者的姿態(tài)帶著學生走，一味只關注自己的教，而是要結合學生的已有經驗，通過創(chuàng)設情境和問題推動學生自發(fā)地前行。

教學片段1：

出示糖畫圖片。

師：吃過這個嗎？知道它叫什么嗎？

生：糖畫。

師：糖畫是一種傳統(tǒng)的民間手工藝，它的原料就是日常生活中常見的白砂糖。

出示糖畫制作的一般流程：選糖—熬糖—設計圖形—繪制糖畫。

師：決定糖畫好吃與否的關鍵步驟是什么？為什么？

生：熬糖。因為在家里東西燒過頭會焦。

師：他的生活經驗讓他有了這個合理的猜想。其實在加熱白糖的過程中，白糖會發(fā)生很多變化，產生很多不同于白糖的新物質。你想化身“糖畫小師傅”，去發(fā)現(xiàn)到底產生了什么新物質嗎？（揭題《發(fā)現(xiàn)變化中的新物質》）

本課屬于教科版六年級下冊“物質與變化”單元，該單元指向“物質的變化與化學反應”這一學科核心概念，涉及“物質與能量”“穩(wěn)定與變化”兩個跨學科概念。旨在通過指導學生探究生活中常見的化學變化，設計方案，觀察變化過程，發(fā)現(xiàn)生成新物質，初步認識化學變化。物質的化學變化產生了什么新物質？怎樣判斷產生了新物質？這不是天馬行空的任意猜想，而是需要學生學會尋找足夠的證據作為支撐，去合理地進行科學猜測。

用蠟燭加熱白糖的實驗是為了引導學生觀察白砂糖在加熱過程中狀態(tài)、顏色、氣味等特征的變化，從而認識到白砂糖在加熱過程中產生了新物質，發(fā)生了化學變化，同時也發(fā)生了物理變化，因此本節(jié)課的觀察重點應放在“白糖”上。

故而在聚焦環(huán)節(jié)，教師以“糖畫制作”這一真實生活物品作為導入，從學生生活經驗出發(fā)創(chuàng)設“糖畫小師傅”這一角色，讓學生在后續(xù)的探究中，更有自我代入感，更好地聚焦核心問題，確定并引導學生猜想：“決定糖畫好吃與否的關鍵步驟是什么？為什么？”教師再適時加以延伸，突出本質原因是因為產生了其他不同于白糖的新物質，從而確定探究主題：發(fā)現(xiàn)變化中產生的新物質。

二、從實踐積累直觀經驗，搜集充足證據

“長時探究”是指在小學科學課堂上，學生經歷一個自主的、較長時間的、連續(xù)不中斷的觀察實驗活動。通過長時間的科學探究，讓學生自主經歷“制訂計劃—搜集證據—處理信息—得出結論”的基本過程，在觀察過程中積累直觀經驗，開展有效探究。

（一）精準實驗提示，確保實驗順利

由于部分學生生活經驗不足，思維能力不夠全面，往往會對探究活動的進程缺乏全局觀，對探究活動的細節(jié)思考不夠周全。這會使后期的實驗探究出現(xiàn)偏差，導致實驗結果不能達到預期效果，部分危險實驗甚至可能出現(xiàn)安全事故。故而在實驗探究開始前，教師要開展必要的實驗指導。

教學片段2：

出示實驗材料。

師：你如何使用這些材料進行實驗，發(fā)現(xiàn)新物質的產生？

生1：用勺子取一些白糖裝在玻璃皿中，用火柴點燃蠟燭，對它進行加熱。

師：他選擇玻璃皿作為加熱容器，有更好的選擇嗎？

生2：我覺得可以在勺子中直接加熱，這樣不容易被燙到。

師：表揚！考慮了實驗的安全性。確實如此，用勺子作為加熱容器更合適，玻璃皿一般用來盛裝加熱過的物品，如點燃后的火柴等。

師：還有什么要注意的嗎？

生：把蠟燭放在蠟托里，防止蠟液流淌；要戴上橡膠手套，可以防燙……

教師展示全部實驗器材，通過材料提示法讓學生全面考慮實驗步驟，腦中初步制訂個人實驗計劃，經過討論完善，再借助教師演示視頻進行如“手握勺柄最外端”“勺子平放”“外焰加熱”等細節(jié)動作的示范。最后以圖片方式呈現(xiàn)實驗中的關鍵動作，多方式地讓學生掌握實驗的操作細節(jié)，確保實驗安全順利進行。

（二）給足實驗時間，保障觀察到位

當代杰出的兒童心理學家皮亞杰認為，兒童是主動的學習者，真正的學習并不是由教師傳授給兒童的，而是出自兒童本身。所以在講究“激發(fā)學習動機”的科學課堂上，應讓學生自發(fā)主動地學習，最好讓學生自己尋找到自己的問題答案。

白糖加熱的過程中究竟產生了哪些新物質？通過教師提出的第二個核心問題：“要想知道一種物質發(fā)生了什么變化，可以借助哪些觀察方法？”意在讓學生明白要通過多感官、全方位觀察，同時也讓學生明確觀察的重點在于白糖的狀態(tài)、顏色、氣味等。

課中通過活動整合，將原本教材中的“蠟燭燃燒產生新物質”和“加熱白砂糖產生新物質”兩個探究活動整合為一個“熬糖”的大活動，將學生的探究時間延長到足足15分鐘。讓學生經歷一個連續(xù)不中斷的探究實驗，有充足的時間將白糖加熱至最后的“黑色物質”階段，直到不再發(fā)生任何變化，并在此過程中進行細致且明顯的觀察，并詳細記錄觀察所得到的結果。以親歷親見的長時探究為后期研討積累充足準確的直觀經驗。

（三）改進實驗記錄，保證證據留存

實驗記錄是觀察探究的證據呈現(xiàn)，也是后期研討交流的重要依據，更是實現(xiàn)科學共識的重要途徑。一份以學生為中心的記錄單設計應該簡潔完整，具有導向性，讓學生能通過實驗記錄單一目了然地知道觀察的重點是什么。

本課中，教師以超過一半的篇幅去呈現(xiàn)白糖的觀察記錄，讓學生明確包括加熱前、過一會兒等在內的四個重點觀察時間點，知道除了觀察狀態(tài)、顏色、氣味外，還可以有其他的觀察，留給學生更多的探索空間，更獨創(chuàng)性地設計了“按順序涂抹加熱過程中不同階段白糖變化的新樣態(tài)”。通過這一留痕記錄變原本連續(xù)動態(tài)實驗為靜態(tài)對比觀察實驗，讓證據不再停留于文字，將實際加熱的狀態(tài)留存于記錄單，使證據可視化，能在之后的交流階段作為更充分的實驗證據去直接質疑或肯定觀察結果。在培養(yǎng)學生實證意識的同時，暗含對觀察、記錄方法的指導。

本課中由于進行了活動整合，故而學生會更多地關注白糖的變化，其實蠟燭、火柴等物質的變化亦需要學生去發(fā)現(xiàn)。如此才能通過不完全歸納，總結出一些物質在變化過程中，既會發(fā)生化學變化又會發(fā)生物理變化。為了不讓學生放棄對其他物質的觀察，又確保長時探究的不間斷進行，教師采用留白記錄單的設置，以留白去指導學生關注白糖以外的物質，從而讓學生自主地去關注、去尋找更多物質變化的證據。教學發(fā)現(xiàn)，學生不僅能關注到蠟燭的熔化，還能發(fā)現(xiàn)蠟托底部的蠟液凝固、火柴梗的變黑、勺子底部錫紙的變黑等。而這些現(xiàn)象中很多都將成為新物質產生的證據。

化學變化中新物質的確定對于學生來說是困難的。筆者在初次教學過程中發(fā)現(xiàn)，記錄表格中“產生的新物質”一欄，填寫的小組寥寥無幾，更多的是研討之后的補充記錄，而這樣的記錄便失去它原本的意義。科學記錄應該是對實驗探究過程和效果的呈現(xiàn)，更是實驗探究過程中思維可視化的載體，留下現(xiàn)象證據的同時，更該留下學生思維活動中的證據痕跡。

所以在設計記錄單時，筆者變“產生的新物質”為“你的猜想或疑惑”，讓學生去思考變化中產生不同現(xiàn)象的原因，去疑惑究竟是由什么新物質的產生引起的。課堂實踐發(fā)現(xiàn)，這樣的引導式記錄更能留下學生的思考，學生普遍會思考為什么會產生有顏色的物質、為什么會有不同的氣味產生等問題，從而指向對大概念——化學變化產生新物質的思考。

三、靠研討論證解釋現(xiàn)象，促進思維發(fā)展

PISA2024科學素養(yǎng)測評框架中對能力有具體的指向和界定：科學地解釋現(xiàn)象；評價和設計科學探究；科學地解釋數據和證據。如何科學地解釋實驗過程中的現(xiàn)象和證據呢？實驗探究之后的交流研討就顯得非常重要了。研討內容是否有的放矢，研討程度是否鞭擗向里，都將直接決定學習內容的習得、科學概念的建構，更是影響學生思維深度發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。

然而，在現(xiàn)實教學中，交流研討有時往往形式重于內容，常因為時間原因，以師生一問一答方式進行。有些教師甚至暗示性地提問：“白糖加熱后的新物質還是白糖嗎？”在“還是”兩個字上加重并延長聲音，導致學生填空式地“投其所好”，說出“白糖加熱產生了新物質”這一流于表面的實驗結論。而這樣走過場式的研討，參與的學生極少，更多的學生則是一無所得。因此教師應該讓學生在充裕的時間和空間內交流，在交流中學會對具體問題進行分析，加深對科學本質的理解。以《發(fā)現(xiàn)變化中的新物質》研討部分教學為例，如下圖：

匯報交流讓學生將觀察到的現(xiàn)象轉化為證據，通過生生交流的形式初步培養(yǎng)他們自主分析實驗現(xiàn)象、得出實驗結論的能力。在彼此質疑中規(guī)范表達的科學性，促進學習的主動性。通過彼此間的疑惑解答，加強實證的意識。在研討過程中，學生是絕對的主體，而教師則退居一旁做引導者，“證據呢？”“你的依據是什么？”“誰有辦法？”更多的是補充的配角。借助“希沃授課助手”同步投屏，展示課堂上學生實驗的一些實證照片以及百度百科資料補充和倒扣燒杯、溶解實驗等實驗驗證，去激發(fā)學生的自信表達、活躍學生的科學思維，讓學生的思維在相互交流中動態(tài)生成，將探究的現(xiàn)象和結果進行思維的加工，讓他們找出自己的問題答案的同時，建構新的科學觀念并將新的認知表達出來，從而落實學生科學思維和表達能力的培養(yǎng)。

科學探究就是尋找證據解決問題的過程，指向大概念的長時探究教學模式，給予學生充足的觀察時間，為學生搜集準確有效、客觀全面的證據提供了可能。讓學生在搜證環(huán)節(jié)有條不紊，在研討環(huán)節(jié)由表及里，依靠有效的探究、探討建構科學概念，提升科學思維，真正成為科學學習的主人。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]邵鋒星.長時探究：涵義、價值與實施策略[J].科學課，2011（5）：44-46