基于學習進階的小學科學與初中化學教學銜接研究*
——以《物質的變化和性質》第1課時為例

袁 林

(合肥市第六十二中學 安徽合肥 230000)

小學科學和初中化學在知識體系、教學方法等方面均有差異。而學生從小學到初中的學習中,缺乏科學有效的銜接,易造成知識斷層和興趣退縮,如何建立起小學科學與初中化學教學的銜接,成為當下亟須解決的問題。

一、研究背景

《義務教育化學課程標準(2022年版)》(以下簡稱“化學新課標”)的課程理念之一是“整體規劃素養立意的課程目標”,強調“既重視與小學科學課程和高中化學課程的銜接,又關注與義務教育階段其他有關課程的關聯”。《義務教育科學課程標準(2022年版)》(以下簡稱“科學新課標”)提出:“基于學生的認知水平和知識經驗,科學安排學習進階……學習內容由淺入深、由表及里、由易到難,學生活動從簡單到綜合”。對比科學新課標和化學新課標的課程理念,可以看出基于學習進階理論進行小學科學與初中化學教學銜接的必要性。

實際上,大多數初中化學教師對小學科學內容不甚了解,小學科學教師大多也只關注小學階段的教學內容,小學和初中存在明顯的斷層問題。初中化學的很多核心概念在小學科學教學中都會涉及,所以就有了核心概念的層次問題,即小學某階段需要達到什么層次的能力水平,初中某階段又需要達到什么層次的能力水平。在這兩個教學區間,教師需要更大的角度去看待自己的教學設計,才能做好小學與初中教學的良好銜接。

我校是九年一貫制的中小學,部分初中理化生教師在小學兼職科學的教學任務,大家都意識到了兩個學段間教學銜接的必要性,加上國內外有關學習進階理論的完善,我們有這個先天的優勢條件去進行教學銜接的課例研究。

二、學習進階理論簡介

學習進階理論指的是一種描述人類學習特點和規律的心理學理論。它認為,人類學習是一個遞進式的過程,通過對已有知識的不斷深入和擴展,不斷獲得新的知識、技能和應用能力,并在實踐中不斷調整和完善這些能力。美國國家理事會(NRC)在2007年將學習進階定義為:對學生在一個時間跨度內學習和探究某一主題時,依次進階、逐級深化的思維方式的描述。

筆者認為“學習進階”是學生在不同學段所呈現的接受能力和思維能力的不同,學生進階能力的水平可以分為起點、終點、中間三大部分。學生不是空著腦袋進入教室的,在日常生活和先前的學習中,形成了大量的知識經驗和思維方式。比如對于“質量”的概念,一年級的孩子應該知道物體有輕重之分,但是不可能也不需要去分清重力和質量的區別與聯系。通過學習,他們很快學會了比較不同物體的質量,接著對于看不見的物體,如空氣,知道也是有質量的,并且會想到如何去稱量。到了六年級就會試著去區別物質的變化,知道物質發生物理變化時,它的質量是不會改變的。到了八年級以后就會知道質量的單位,以及質量和重量的區別。到了九年級,根據生活經驗,學生會認為化學反應,有的反應前后物質的質量不變,有的變大(如鐵生銹),有的變小(如蠟燭燃燒)。經過教師精心的教學設計,師生的實驗探究和思維碰撞,最后習得了質量守恒定律。學習進階理論的核心思想是,在學習過程中,要不斷從已有知識出發,通過認知沖突、知識重構等方式,不斷拓展知識結構,實現學習能力的進階和提升。

三、小學科學課程與初中化學課程的聯系

小學科學和初中化學是自然科學教育領域的兩個重要課程,兩者之間存在著密切聯系。小學科學課程注重基礎知識的掌握,為初中化學課程打下了堅實的基礎。初中化學課程則更加注重知識的深入理解和應用,以幫助學生建立起更加完善和系統的化學知識體系。小學科學課程強調實踐性教學,通過實驗、觀察等方式培養學生的實驗技能和科學知識。初中化學課程不僅重視實驗能力的培養,還要求學生具備更高層次的實驗探究、分析問題、解決實際問題的能力和創新意識等。

四、小學科學與初中化學教學銜接研究——以《物質的變化和性質》第1課時為例

(一)課標內容要求對比

科學新課標有13個學科核心概念,其中與初中“物質的變化”相關的核心概念是“物質的變化與化學反應”。小學在1～6年級均有相關內容的涉及:1～2年級知道物質在水中的溶解性有差異;3～4年級知道物質有三態變化,知道有些物體的形狀或大小發生了變化,構成物體的物質沒有改變;5～6年級開始學習物質變化的類型,知道物質發生化學變化,構成物體的物質發生了改變。初中階段化學則要求知道物質是在不斷變化的,物質的變化分為物理變化和化學變化,認識物質的變化過程伴隨著能量變化,認識化學變化是產生新物質的過程,知道化學變化常伴隨一些現象,學習從物質變化、能量變化、反應條件、反應現象、反應類型和元素守恒等視角認識化學變化,初步形成認識化學反應的系統思維意識。

(二)小學科學與初中化學的教材內容分析

小學科學中“物質的變化”安排在六年級下冊第四主題中,共分為七個子主題。教材以實驗、生活中的圖片、拓展問題為主線,引導學生去觀察和發現周圍的各種變化,通過變化中的各種現象,初步區分物理變化和化學變化。首先教材從廚房中的物質入手,讓學生觀察水、食鹽、鐵鍋等物質的特征,如水的煮沸、米蒸煮變成飯、水變冰塊、食物久置變質、鐵鍋生銹等,最后得出物理變化和化學變化的概念。接著教材以白醋分別與白砂糖、食鹽、小蘇打的混合引導學生關注產生氣體的變化及伴隨的各種現象。隨后通過蠟燭的燃燒、加熱白砂糖、鐵的生銹等引導學生通過實驗現象關注變化中產生了新物質,并通過實驗現象來判斷變化的類型。再帶領學生了解地球中的化學變化以及生命體中的化學變化。最后讓學生感受美麗的化學變化,通過自制指示劑,觀察美麗的變色反應,讓學生知道化學變化可以讓生活更美好,引導學生關注環境污染和廢棄塑料的回收。

初中化學第一單元課題1《物質的變化和性質》結合學生日常生活中的變化實例,并通過4個實驗:水的汽化與液化、膽礬的研碎與溶解、硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液的混合、石灰石與稀鹽酸的混合,幫助學生通過實驗現象,提煉出化學變化的本質是有新物質生成,從而更準確地判斷物理變化與化學變化。物質的化學性質必須通過化學變化才能表現出來,故而介紹完兩種變化后,教材接著通過舉例和實驗介紹了物理性質與化學性質的概念。

(三)制定學習進階起點、終點和進階路徑

根據科學新課標,小學“物質的變化”學習起點設置為:通過變化中的現象,初步判斷變化的類型,通過觀察、實驗等方法,尋找判斷的依據,初步具有探究實踐的能力。根據化學新課標,初中“物質的變化”學習的終點設置為:化學變化的特征,利用物質的變化研究物質性質,區分和鑒別物質、并推測物質的用途。

基于學習進階理論,“物質的變化”理解層級的學習進階路徑設計如下。

1.了解物質常見變化的事例和形式

學生能夠識別物質的不同狀態,如固體、液體和氣體,并能夠描述這些狀態的特點,發現身邊的變化事例。可以引導學生通過閱讀教材、觀看多媒體圖片或視頻等方式進行學習。

2.實驗探究物質變化的現象

學生通過實驗來觀察物質的變化過程,例如水的沸騰、硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液的混合,石灰石與稀鹽酸的混合等。學生可以通過合作探究、觀察記錄、前后物質對比等方式進行學習。

3.依據實驗現象進行深度分析

學生根據變化時發生的現象,通過分析、比較、歸納去理解物理變化與化學變化的本質區別。本階段可以通過學生講解、學生互評、教師問題引導等方式學習。

4.依據實驗現象能否判斷變化的種類

燈泡通電發光放熱、水燒開了有氣泡冒出等是不是化學變化?無明顯現象就沒有發生變化嗎?可以通過交流討論、師生互動等方式進行學習。

5.總結提升、拓展應用

學生需要將所學知識應用到實際生活中。通過課堂及課后練習,列舉生活中的一些變化,讓學生分析判斷變化的類型,說出判斷的理由,以進一步鞏固“物質的變化”這一核心概念。

(四)基于學習進階的教學設計案例

以下是《物質的變化和性質》第1課時的教學簡案。

教學目標:A.了解物理變化和化學變化的概念及區別。B.能運用概念判斷一些典型的物理變化和化學變化。C.認識化學變化的基本特征,理解反應現象和本質的聯系。

教學重難點:A.重點:物理變化和化學變化的概念和特征。B.難點:物理變化和化學變化的判斷。

教學環節一:情境導入。

我們知道自然界中的物質總是在不斷發生著變化。例如,水在一定條件下可以變成水蒸氣和冰、溫度較高時食物易腐敗、紙張和柴草等能燃燒、鐵制品在潮濕的地方會慢慢生銹等(多媒體出示一些物質變化的圖片)。這些變化有什么區別呢?你還記得小學科學學過的物理變化和化學變化是如何定義的嗎?

設計意圖:回顧小學科學知識,初步判斷簡單的變化事例。

教學環節二:通過“任務—活動—問題”模式,探究新知。

【活動一】水的沸騰和膽礬的研碎實驗。

提問:這兩個實驗前后,水和膽礬的什么發生了變化?變化后有沒有生成新物質?

設計意圖:引導學生觀察變化前后物質的顏色、形態、氣味、大小等是否發生變化,并思考為什么發生這樣的變化,從而找出物理變化的特點,初步形成物理變化的概念。

【活動二】硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液的混合,石灰石與稀鹽酸的混合。

提問:研碎后的膽礬顏色發生了微小的變化,如何證明研碎前后沒有產生新物質呢?我們把研碎前后的膽礬溶于水,均得到了澄清的硫酸銅溶液。這說明膽礬研碎沒有產生新物質。請同學們觀察試管和燒杯中發生的變化。

設計意圖:通過觀察到藍色沉淀、產生氣泡、石灰水變渾濁等明顯的現象,讓學生知道化學變化常伴隨發生一些現象,認識到化學變化的特點,初步形成化學變化的概念,同時提升學生思維能力。

【活動三】嘗試說出物理變化和化學變化的區別,列舉生活中常見的一些變化。

提問:燈泡通電發光放熱;水燒開了有氣泡冒出;清水中加入紅墨水,水變紅了;久置的泥水出現沉淀等是不是化學變化?無明顯現象的光合作用與呼吸作用有沒有產生新物質呢?

設計意圖:糾正學生在小學階段判斷變化的方法,讓學生進一步認識到物理變化和化學變化的本質區別,學會科學的判斷方法。

【活動四】觀察燃燒的蠟燭。

提問:蠟燭燃燒時,石蠟熔化和石蠟燃燒分別屬于什么變化?物理變化和化學變化有什么聯系?

設計意圖:讓學生知道物質發生化學變化時,會同時發生物理變化。兩種變化有一定的聯系,破除學生錯誤的思想(兩種變化是孤立存在的)。

教學環節三:當堂練習,學以致用。

任務:辨析物理變化和化學變化的生活事例,并說出判斷的依據。

設計意圖:鞏固核心概念,實現思維的進階。小學階段通常依據實驗現象判斷變化類型,對化學變化產生的新物質不做要求,初中階段從驗證新物質生成的角度判斷變化類型。

五、反思與建議

為了幫助學生順利地完成從小學科學到初中化學學習的銜接,教師的教學應注意以下幾點:小學教師應該根據學生的年齡和認知能力,有意識地在小學階段逐步滲透化學學科思想;初中教師教學時應該對學生在小學階段已經掌握的知識和技能做到心中有數,從而在教學活動的推進、概念理解層級的進階等方面做到有的放矢;日常教學中,初中教師應結合學生的實際情況,綜合考慮進階方式和教學策略,如直觀教學、探究式教學、合作學習等,實現教學的有效銜接和學生知識、觀念以及思維的順利進階。

綜上所述,只有有針對性地制訂教學計劃,采取適當的教學方法,聯合使用各種教育資源,才能夠實現小學科學與初中化學兩個學段之間的銜接,促進學生核心素養的發展。