指向學科大概念的《小蘇打和白醋的變化》實驗

〔摘" " 要〕" 依托學科大概念統攝教學，能夠促進課堂的高效、核心概念的理解與學生綜合能力的提升。教科版小學六年級科學《小蘇打和白醋的變化》是通過大概念引領教學的典范教材。其探究活動可以分為三步：第一步，預熱期，明確學科大概念，聚焦興趣。第二步，應用期，落實學科大概念，創新實驗。第三步，拓展期，印證學科大概念，學用結合。“三步”拾級而上，環環相扣，步步推進，能夠有效明確、落實、印證學科大概念。

〔關鍵詞〕" 小學科學；學科大概念；聚焦興趣；創新實驗；學用結合

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2024）" 08" " 070-072

大概念引領教學是實現知識學習與核心素養培育之間有效對接的最佳選擇。這是因為，學科大概念是上位概念，也是核心概念和遷移的概念，能夠統攝分散的知識，整合學生的思維，實現整體性把握與結構性合攏的目的。基于學科大概念開發課堂資源、重構課堂框架、評價課堂效果，其站位較高，自然而然，學生學得也就高效省時。而這，不僅僅是學生有效學習的需要，也是“雙減”政策有效落地的需要。

小學科學教學中依托學科大概念進行課堂優質資源開發及應用，能使課堂內容結構化、學習過程高效化、能力水平遷移化。教科版小學六年級下冊《小蘇打和白醋的變化》，其學科大概念確定為：物質是變化的，有些變化不產生新物質，而有些物質變化產生了新物質，發生了化學反應。基于這一學科大概念，我們把探究過程分為三個步驟：預熱期、應用期與拓展期。其中的不少探究意蘊十足，指向學科大概念，與“雙減”政策的精神是一致的。落實這樣的“三步走”，能推動科學教師與學生邁出創新性的步伐。

一、預熱期，明確學科大概念，聚焦興趣

盡管科學課堂講究探究過程的嚴謹與理性，但是仍然可以“用有趣的方式來呈現要認知的理”，做到理趣結合。基于學科大概念統攝課堂，也可以做到有趣、有意思、有意義，以富有生機與活力的簡約方式，讓學生學得有滋有味。《小蘇打和白醋的變化》重在揭示事物間的變化，而事物間的變化是多方面的。以此為出發點，整合教學資源，使探究的“預熱期”變得豐富多彩，正是明確學科大概念的題中應有之義。

（一）以魔術激趣

基于學科大概念的課堂引入必須是引人入勝的，能夠第一時間吸引學生的眼球，聚焦學生的注意力。扣人心弦的魔術能天然地激活學生的興趣與熱情。善用魔術，課堂必將“趣中生理，理中育趣”。新課伊始，用“瓶子吹氣球”聚焦學生的興趣：“同學們，以往我們是用嘴吹大氣球，而現在不用嘴，就用瓶子，在不借助任何外力的情況下就能使氣球膨脹起來，你相信嗎？你能做到嗎？”一開始，學生肯定不敢相信，畢竟聽起來有點玄乎，但這樣的魔術激趣極大地激活了學生的興趣。“隨后進行的實驗，能夠為這個魔術解惑。而且，最重要的是，老師為大家提供了可以自己表演魔術的材料。”如此，學生興致盎然，特別想試一試，并期待著后續精彩的表演。

（二）以視頻激趣

都說小學生注意力容易分散，怎么辦？以微視頻激趣不失為一個有效的方法。出示一分鐘的微視頻，內容是幾個不可思議的小實驗，如經過雞蛋摩擦后的電池放到鹽水中，居然能讓進入其中的金屬刀叉彎曲。微視頻中既有物理變化，又有化學變化，囊括了生活中的方方面面，而不是僅僅圍繞課本。物質的變化何其之多，盡可能地盤活有關物質變化的微視頻，既是打造趣味課堂的需要，也是靠攏學科大概念的需要。而這正是學科大概念中“大”的形象闡釋——足夠的資源、足夠的鋪墊與伏筆、足夠的讓人思路開闊的啟示與思考，為激發學生探究的后續力奠定了基礎。

“預熱期”激活學生興趣的方法很多，不僅僅是魔術與視頻。讓人抓耳撓腮的謎語、輕松愉快的曲子、形象生動的故事、搖曳生姿的畫面等，皆可介入其中，為明確學科大概念而助力，為學生直奔核心概念而助力。

二、應用期，落實學科大概念，創新實驗

學科大概念強調真實問題的解決，注重課堂優質資源的盤活及應用，實現由知識教學到實踐素養的轉變。“學中做、做中學”是大概念教學的基本模式，也是落實學科大概念的基本措施。《小蘇打和白醋的變化》中涉及幾個實驗。教材關于實驗做如是規定，并不意味著師生一定要“依葫蘆畫瓢”。自制實驗器材，改進或創新實驗過程，清晰地呈現實驗結果，才能獲得方法，收獲智慧。在學科大概念視角下，要突破教材的局限用教材，為學生量“生”定制創新實驗，提高教學實效。

（一）實驗一：分組實驗，可視化呈現實驗結果

小蘇打與白醋混合后究竟產生了什么？教材中的反應裝置由玻璃杯和玻璃片構成，即把收集到的氣體倒入玻璃杯內。此實驗的不足之處：一是學生看不到二氧化碳，無“可視化”效果；二是玻璃瓶是固體，沒有彈性，無法保存更多的反應物。改進措施：用氣球代替原有的玻璃片，當氣體過多時，只會“吹大氣球”，而不會導致氣體的逸出。此外，膨脹的氣球把不可視的實驗路徑及結果呈現出來了，學生一目了然，理解更加到位。

我將學生分為6個小組進行自主實驗：在氣球內裝入一些小蘇打，套在事先裝有白醋的集氣瓶內。先讓氣球呈現干癟狀態（一開始不讓氣球內的小蘇打進入瓶中）。實驗開始時，讓學生抬起氣球，讓小蘇打進入瓶中，觀察發生的現象并做出解釋。

上文提到的魔術用“瓶子吹氣球”，與其說“用瓶子吹”，不如說“小蘇打與白醋混合后產生的氣體吹大了氣球”。教師用“上課一開始提到的‘瓶子吹氣球’魔術，你們自己就可以做”激勵學生，開啟了一段富有激情的實驗之旅，隨著“我們小組的氣球大了”“我們小組的氣球膨脹起來了”的此起彼伏，學生親手演繹了“魔術”的精彩，創造了可視化的實驗效果，收到了事半功倍的效果。

（二）實驗二：演示實驗，形象化揭示事物本質

上述“瓶子吹氣球”已經確定了小蘇打和白醋反應生成大量氣體。但究竟是什么氣體，則需要進一步實驗及確定。教材的安排：一是用點燃的火柴伸進收集了一定氣體的玻璃瓶，發現火柴熄滅了，以此驗證此氣體就是二氧化碳。二是將收集到的氣體倒在蠟燭的火焰上，通過蠟燭的熄滅驗證結論。

不足之處：火柴與蠟燭燃燒不穩定，容易受其他因素影響而熄滅，且只能驗證該氣體不支持燃燒。改進措施：一是使用調速導氣管，作用在于將收集到的二氧化碳氣體均勻、有方向地導入指定的玻璃瓶內。二是使用分層蠟燭臺，即在玻璃瓶中從底部開始固定一高一矮兩支蠟燭。當調速導氣管中的二氧化碳氣體進入玻璃瓶時，較矮的蠟燭先熄滅，高的蠟燭后熄滅，形象地揭示出該氣體的特征——比空氣重。

這個實驗為教師的演示實驗。分層蠟燭臺放置在燒杯中，防風；調速導氣管，防止氣體傾倒過猛。與前面的自主分層實驗一樣，這個演示實驗同樣是基于改進與創新后的結果。這給我們一個啟發：基于學科大概念架構教學框架，要有敢為人先的勇氣，要有勇于實踐與應用的行動，善于打破常規，唯其如此，才能有效地盤活教學或實驗資源，落實學科大概念，形象化地揭示事物本質。

三、拓展期，印證學科大概念，學用結合

依托學科大概念進行學習，學生能提高解決真實問題的能力，促進其遷移能力、拓展能力同步提升。既然學科大概念是可遷移的概念，那么，學用結合的“拓展期”就不可或缺。教師應以大局、全局的眼光統攝教學的全過程，印證學科大概念，形成“頂層高位引領、整體密切關聯和實踐便捷操作”的教學目標和大單元整體教學規劃。

（一）課內拓展，讓學生視域洞開

有效的教學不止步于現有的結論，不止步于當下的探究。科學世界無邊界，科學小實驗后的拓展也無邊界。小蘇打與白醋混合后產生了二氧化碳。與氧氣不一樣，二氧化碳既有壞處，也有好處。小蘇打也是具有多重功效的一種物質，教師以此為探究點引領學生結合生活實際進行拓展。在此過程中，既可以借助教材中原有的圖片，也可以通過微視頻或PPT補充一些資料，通過諸如“蒸饅頭為什么要放小蘇打”等問題的探究，學生認識到小蘇打在家庭清潔方面功效甚大。通過“飲料中的二氧化碳”的討論，通過“吸入較多二氧化碳會昏迷”的討論，通過“二氧化碳滅火器之所以能滅火是因為二氧化碳不支持燃燒”的討論，學生的視域洞開了，關于物質，關于物質的變化，學生了解到更多，而這，正是印證學科大概念后的結果。

（二）課外拓展，讓學生遷移應用

課內小天地，課外大課堂。所謂的“余音裊裊”，還應當引領學生擴大知識領域，拓展實踐天地，在一個更為闊大的場域學會遷移，實現思維的伸展與能力的遷移。

《小蘇打和白醋的變化》的學習臨結束時，我設計了以下拓展活動。

小蘇打與白醋混合之后產生了二氧化碳氣體，除此之外，杯子里還剩下什么？是醋嗎？是小蘇打嗎？如果是一種新的物質，能證明本單元的學科大概念嗎？你能設計一個有效的實驗去驗證這種新物質嗎？能搜集相關知識自行解惑嗎？

聽說過溫室效應嗎？二氧化碳就是溫室效應的罪魁禍首。假如你要去野外的深洞中探險，為了避免二氧化碳中毒的危險，你將要采取什么樣的防范措施？

在室外做實驗，按照老師提示的材料清單（如小蘇打、白醋、軟木塞1個、紙巾），自找低成本材料做一個“模型火箭”，注意必須有大人陪伴。做完實驗后，思考“火箭”升空的原因，嘗試寫出實驗報告。

上述三環節由理論到實踐、由學到用、由此及彼，進一步驗證了學科大概念，完成了視域的洞開與學習的延伸。對于好奇心還特別強烈的小學生而言，這樣的拓展是有意義的：或許實驗中是否成功并不是唯一重要的，而其間學生思路的拓展、知識樹的構建、解決問題經驗的積累、創新性思維的延伸等，才是實踐中更加重要的目標。

大概念是一種具有統攝性的“概念”，是學生在遺忘大部分知識后仍能保留下來的重要理解。《小蘇打和白醋的變化》的學習之后，學生可能忘記了小蘇打和白醋混合之后究竟產生了什么新物質（二氧化碳），但他們一定不會忘記這是化學變化，一定不會忘記“物質是變化的”。基于大概念進行單元整體建構，能夠收到上述效果。但愿依托學科大概念，教師能夠不斷引課外活水滋補于課內學習，能夠實現舉一反三的目的，將知識的零散性、割裂性轉變為整體性、結構性，實現學習的延伸與遷移。

【本文系甘肅省教育科學“十四五”規劃2023年度重點課題“‘雙減’背景下依托‘學科大概念’開發課堂教學優質資源及應用研究"”的研究成果，課題立項號：GS〔2023〕GHBZ133】

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