小學(xué)科學(xué)思維型課堂的實(shí)踐與思考

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課程的過程中，要形成適應(yīng)個人發(fā)展和社會發(fā)展所需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。科學(xué)思維是構(gòu)成學(xué)生素養(yǎng)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，思維型課堂旨在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)模型、描述變化過程、基于證據(jù)能解釋現(xiàn)象等能力。現(xiàn)以蘇教版四年級《熱脹冷縮》一課教學(xué)為例，探討符合學(xué)生認(rèn)知水平的思維型課堂的實(shí)踐與思考。

一、依托生活經(jīng)驗(yàn)，把握思維起點(diǎn)

生活中各種現(xiàn)象背后往往隱藏著某種規(guī)律或原理，教師通過引導(dǎo)學(xué)生觀察日常現(xiàn)象，可以培養(yǎng)他們的觀察力，和對生活事物敏銳的感知力。學(xué)生在生活中已經(jīng)有使用溫度計(jì)測量水溫的經(jīng)驗(yàn)，但是他們只關(guān)注溫度計(jì)讀數(shù)的變化，從未想過它是根據(jù)什么原理制成的，因此教師需要引導(dǎo)他們關(guān)注溫度計(jì)的構(gòu)造尤其是溫度計(jì)里面紅色液柱的上升和下降，引發(fā)他們不斷深入思考液柱上升和下降的本質(zhì)是液體體積的變化。

教學(xué)片段

師：（出示溫度計(jì)）同學(xué)們，你們認(rèn)識老師手上拿的這件物品嗎？

生：這是溫度計(jì)。

師：你知道溫度計(jì)的作用是什么嗎？

生：測量溫度的。

師：現(xiàn)在老師把溫度計(jì)放入第一杯水里，你們仔細(xì)觀察溫度計(jì)發(fā)生了什么變化？

生：我看到溫度計(jì)里面的紅色線上升了。

師：現(xiàn)在換到另一杯水里，你又看到了什么變化？

生：這次紅色線下降了。

師：紅色液體上升、下降是紅色液體的哪方面發(fā)生了改變？

生：溫度發(fā)生了改變。

師：溫度的變化讓紅色液體在溫度計(jì)里的什么變高和變低？

生：位置改變。

生：高度改變。

生：在管子里占據(jù)的空間變大和變小。

師：同學(xué)們說得很好，紅色液體在細(xì)管里的位置、高度變化，我們可以用“體積”這個詞來描述。

觀察日常現(xiàn)象有助于學(xué)生理解事物的本質(zhì)，把握其規(guī)律，為思維訓(xùn)練提供源源不斷的素材。學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)是解釋現(xiàn)象的重要依據(jù)，但不足以支撐他們深層次思考的自主發(fā)生，因此，教師要把握他們思維的起點(diǎn)，激發(fā)他們深層次的思考。

二、引發(fā)認(rèn)知沖突，突破思維定式

學(xué)生往往會依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)做出判斷，但是感性經(jīng)驗(yàn)并不一定正確，教師可以充分利用這一點(diǎn)，激發(fā)他們的認(rèn)知沖突，驅(qū)動他們主動思考，幫助他們突破思維定式。在這節(jié)課的教學(xué)中，學(xué)生依據(jù)溫度計(jì)液柱的體積變化，已經(jīng)認(rèn)識了“溫度升高，體積變大；溫度降低，體積變小”，但是他們忽視了溫度計(jì)內(nèi)部的獨(dú)特構(gòu)造。因此，教師可以適當(dāng)引導(dǎo)，提供思考契機(jī)，引發(fā)學(xué)生深層次思考。

教學(xué)片段

師：誰能說說溫度計(jì)里紅色液體的體積隨溫度的變化會發(fā)生怎樣的變化？

生：液體溫度升高，體積會變大；液體溫度降低，體積會變小。

師：通過觀察溫度計(jì)里面液柱的變化，同學(xué)們初步得出了結(jié)論。如果把溫度計(jì)里面的液體換成普通的水，還會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象嗎？

生：我認(rèn)為會出現(xiàn)。

師：（把溫度計(jì)部分放大）你觀察到了什么結(jié)構(gòu)？

生：一個球形底，上面連著一根細(xì)管。

師：（出示球形底廣口燒瓶，在瓶內(nèi)裝滿紅色的水）如果把老師手上這瓶水放進(jìn)熱水里，可能會看到什么現(xiàn)象？放進(jìn)冷水里，又可能會看到什么現(xiàn)象？

生：放進(jìn)熱水里，瓶子內(nèi)的水會上升，然后紅色水溢出來；放進(jìn)冷水里，瓶內(nèi)的水會下降，看到水往瓶子里縮一點(diǎn)。

師：支持這種觀點(diǎn)的同學(xué)請舉手。

（沒有學(xué)生提出反對意見，教師演示放進(jìn)熱水和冷水里。）

師：你觀察到了什么？

生：居然沒有變化。

生：可能發(fā)生變化了，但是變化不明顯。

師：把溫度計(jì)分別放在熱水和冷水里，觀察到溫度計(jì)里面的紅色液體體積的變化非常明顯，但是換成燒瓶里的普通水現(xiàn)象就不明顯了，你們覺得可能與什么有關(guān)？

（學(xué)生討論。）

生：溫度計(jì)上面有數(shù)字，燒瓶上沒有數(shù)字。

生：我不認(rèn)同這個觀點(diǎn)，我們可以在燒瓶上標(biāo)注數(shù)字，但是我覺得就算標(biāo)注了數(shù)字，也不能看到燒瓶里的水上升或者下降。

生：我覺得與燒瓶的形狀有關(guān)，燒瓶口太大了。

生：我觀察到溫度計(jì)里面有根細(xì)細(xì)的管子，但是燒瓶上沒有。

教師在課堂上展示與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)相悖的科學(xué)現(xiàn)象，來揭示學(xué)生經(jīng)驗(yàn)判斷與科學(xué)知識之間的差異。這種差異能夠引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)他們的好奇心和求知欲，使他們主動地去思考和探索。

三、提供相關(guān)器材，搭建思維支架

科學(xué)課堂離不開實(shí)驗(yàn)器材，但是要提供什么樣的器材，為什么要用這種器材，常常被忽視，這可能造成學(xué)生思維的脫節(jié)。在驗(yàn)證液體的熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)中，需要用到橡膠塞和細(xì)玻璃管，如果教師直接把器材給學(xué)生，他們沒有機(jī)會思考教師為什么要提供這些器材、這些器材應(yīng)該怎么組裝、如何借助這些器材驗(yàn)證猜想，這樣的課堂不利于鍛煉他們的思維能力。

教學(xué)片段

師：同學(xué)們猜測廣口燒瓶里的水沒有出現(xiàn)加熱溢出、遇冷回縮的現(xiàn)象可能與燒瓶口太大有關(guān)。（出示細(xì)玻璃管和單孔橡膠塞）同學(xué)們想一想，為什么要用到細(xì)玻璃管和帶孔的橡膠塞？

生：燒瓶是玻璃的，我們沒辦法改變瓶子本身的形狀，但是可以用細(xì)玻璃管給燒瓶口做個延長，模擬溫度計(jì)里面的那根細(xì)玻璃管。

生：帶孔的橡膠塞能固定細(xì)玻璃管，并且讓水受熱后不能從瓶口出來，只能在細(xì)玻璃管里上升。

師：已經(jīng)明白實(shí)驗(yàn)中各項(xiàng)器材的作用，如何把零散的器材組裝成實(shí)驗(yàn)裝置呢？

生：把塞子塞進(jìn)瓶口，再把細(xì)玻璃管插進(jìn)橡膠塞的孔里。

生：也可以先把細(xì)玻璃插進(jìn)橡膠塞，再把塞子塞進(jìn)瓶口。

師：雖然同學(xué)們組裝器材的先后順序不同，但是最后呈現(xiàn)的裝置模型是相同的。我們要觀察什么現(xiàn)象來說明液體的體積會隨溫度的變化而變化？

生：觀察細(xì)玻璃管里液柱的上升和下降。

師：既然已經(jīng)搭建好驗(yàn)證的模型并且明確需要觀察的現(xiàn)象，具體的實(shí)驗(yàn)步驟是什么？

生：先把裝置放進(jìn)熱水里，看玻璃管里的液體是否會上升，再把裝置放進(jìn)冷水里，看玻璃管里的液體是否會下降。

師：同學(xué)們的思路非常清晰，有兩點(diǎn)需要提醒你們：一在放入熱水前，用筆標(biāo)注出液體的初始位置，二是注意安全。

在科學(xué)課堂上，學(xué)生要知道器材使用的意義和作用，更要能依據(jù)器材自主提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，這能提高他們解決問題的能力，更好地發(fā)展他們的觀察能力和思維能力。

四、進(jìn)行知識遷移，促進(jìn)思維發(fā)散

思維和知識有著密不可分的相連性，學(xué)生能調(diào)動大腦中存貯的知識、經(jīng)驗(yàn)去解釋世界，也能運(yùn)用掌握的思維方式不斷豐富認(rèn)知。學(xué)生將在課堂上學(xué)到的科學(xué)知識和思維方法遷移到其他情境中，可以讓思維得到更高階層的訓(xùn)練。

1.探究氣體的熱脹冷縮

教學(xué)片段

師：通過實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們已經(jīng)證明液體受熱體積變大，遇冷體積變小。如果研究對象換成氣體，氣體受熱和遇冷是否也存在體積變大和縮小的現(xiàn)象呢？（出示空燒瓶）這個瓶子里有什么？

生：里面有空氣。

師：對這瓶空氣加熱，體積會不會變化？

生：不會變化，因?yàn)榭諝饪床灰姟?/p>

生：也許有變化，但是我們看不見。

生：應(yīng)該也會變化，但是就像燒瓶里的水一樣，變化不明顯。

師：既然空氣看不見，你們有沒有辦法幫助我們看見空氣體積的變化？

生：我們在三年級時借助氣球研究過空氣占據(jù)空間，我覺得也可以借助氣球，讓我們看見燒瓶里空氣體積的變化。

生：可以把氣球放在燒瓶內(nèi)，將氣球口套在燒瓶口。

生：我們組的想法是把氣球置于燒瓶外，將氣球口套在燒瓶口。

師：同樣是借助氣球來驗(yàn)證，大家有不同的組裝方式，實(shí)驗(yàn)中觀察誰的變化能間接證明空氣的體積會隨溫度的變化而變化？

生：觀察氣球的變化來證明空氣體積的變化。

師：在氣球套在燒瓶內(nèi)的設(shè)計(jì)方案中，如果把裝置分別放進(jìn)熱水和冷水里，可能會看到什么現(xiàn)象？

生：將裝置放進(jìn)熱水里，瓶內(nèi)空氣的體積變大，可能會把氣球從瓶內(nèi)擠到瓶外，放進(jìn)冷水里，氣球會縮回瓶內(nèi)。

師：在將氣球套在燒瓶外的設(shè)計(jì)方案中，如果把裝置放進(jìn)熱水和冷水里，可能會看到什么現(xiàn)象？

生：瓶內(nèi)空氣受熱，體積變大，氣球會變大；放進(jìn)冷水里，空氣體積變小，氣球會癟。

師：既然已經(jīng)明確了實(shí)驗(yàn)裝置，你們能說明實(shí)驗(yàn)的具體步驟嗎？

生：組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，先放進(jìn)熱水里，觀察氣球的變化，再放進(jìn)冷水里，觀察氣球的變化。

師：同學(xué)們有兩種設(shè)計(jì)方案，并且預(yù)測了可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，是不是都能證明空氣受熱，體積變大呢？讓我們開始實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時謹(jǐn)防被熱水燙到。

四年級學(xué)生對于空氣并不陌生，他們在一年級和三年級已經(jīng)學(xué)過借助氣球來研究空氣性質(zhì)，所以面對空氣受熱、遇冷體積變化的探究實(shí)驗(yàn)，他們能調(diào)動知識儲備，遷移到本實(shí)驗(yàn)中，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

2.探究固體的熱脹冷縮

學(xué)生經(jīng)歷了觀察玻璃管里液柱的上升和下降，證明液體的體積隨溫度變化的實(shí)驗(yàn)，以及觀察氣球變大、變小，證明氣體的體積隨溫度變化的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)明白可以借助其他材料來放大不明顯的物體體積變化現(xiàn)象。因此，學(xué)生在研究固體的體積與溫度的關(guān)系時，有足夠的經(jīng)驗(yàn)支持他們的思維發(fā)展，不斷完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

教學(xué)片段

師：我們已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證明液體和氣體的體積會隨溫度的變化發(fā)生改變，固體會不會也有這樣的現(xiàn)象呢？老師手里有個銅球，你覺得它的體積會隨著溫度的變化而改變嗎？

生：銅球不會，因?yàn)樗怯驳摹?/p>

生：我也覺得不會，它不像液體和氣體那樣。

師：你說的像液體和氣體那樣是指哪方面？

生：液體和氣體都能流動，但是固體不會流動。

生：我覺得銅球會隨著溫度的變化而變化，但是變化不明顯。

生：我認(rèn)同這個觀點(diǎn)，固體的體積也會變化，可能需要借助別的東西來證明。

師：你們想用什么外物來證明固體體積的變化呢？

生：可以用個東西包裹住銅球，加熱后，看銅球會不會撐破這個東西。

生：我覺得這個方案中的包裹物在生活中很難找到。

生：我們組討論的方案是可以弄個圈，恰好讓銅球通過，加熱后銅球可能穿不過圈，再把銅球放入冷水里降溫，看銅球能不能穿過圈。

師：圈的尺寸如何確定？

生：不能太大，也不能太小，剛好讓銅球自由通過即可。

師：同學(xué)們考慮得很周到，我們這里有一個鐵環(huán)（出示鐵環(huán)，演示銅球剛好通過鐵環(huán)），對銅球加熱，可能會看到什么現(xiàn)象？放進(jìn)冷水里，可能又會看到什么現(xiàn)象？

生：加熱銅球，體積變大的話，可能會卡在鐵環(huán)上，穿不過去了，放進(jìn)冷水里后，體積變小，可能又能穿過去了。

經(jīng)過研討交流的實(shí)驗(yàn)方案，能夠讓學(xué)生經(jīng)歷自主完善設(shè)計(jì)方案的過程，有利于培養(yǎng)他們的發(fā)散思維和創(chuàng)新思維。同時，在交流討論的環(huán)節(jié)中，學(xué)生能夠認(rèn)真傾聽他人的意見，不斷提出質(zhì)疑和見解。

（作者單位：江蘇省儀征市月塘中心小學(xué)）