空氣的熱脹冷縮概念教學(xué)研究

　　小學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)概念之前，他們在觀察大自然或客觀事物的過程中，對這些概念大多有了一定的認(rèn)識和了解，這種已有的認(rèn)識和了解我們常稱為科學(xué)學(xué)習(xí)中的前概念。在學(xué)生已有的前概念中，有些前概念和科學(xué)概念是一致的，這樣，就能在學(xué)習(xí)科學(xué)概念時起正遷移作用，幫助學(xué)生獲得科學(xué)概念。比如學(xué)生在學(xué)習(xí)空氣的熱脹冷縮概念前已經(jīng)研究了液體的熱脹冷縮，而且學(xué)生在生活中已經(jīng)有了空氣也有熱脹冷縮性質(zhì)的經(jīng)驗，如果教師對學(xué)生已有的空氣的熱脹冷縮前概念視而不見，依舊從零開始進行空氣熱脹冷縮的科學(xué)探究，那么其探究的意義是不大的，探究的效率是底下的。我在教學(xué)空氣熱脹冷縮時，充分喚醒學(xué)生的前概念，課堂上用豐富的事實證實學(xué)生的前概念，并且層層深入，刨根問底，不僅構(gòu)建空氣熱脹冷縮的科學(xué)概念，而且讓學(xué)生嘗試探究空氣熱脹冷縮的原因，運用空氣熱脹冷縮的概念解決生活中的科學(xué)問題，使學(xué)生跳一跳摘桃子，享受到層層推理、探究成功的樂趣。
　?。?）喚醒學(xué)生的前概念
　　踩扁了的乒乓球請學(xué)生幫忙在熱水中浸一下，乒乓球就能重新鼓起來，是《空氣的熱脹冷縮》比較常見的新課引入方式，這一方面可以喚醒學(xué)生的生活經(jīng)驗，另一方面符合科學(xué)探究的問題從生活中來的科學(xué)課精神。我在此基礎(chǔ)上設(shè)計了完好的和有一個小洞的兩個乒乓球的對比，這樣既打破學(xué)生的常規(guī)思維（踩扁的乒乓球熱水中浸一下能重新鼓起來，有一個乒乓球踩扁了卻鼓不起來）激起學(xué)生的探究興趣，又提高了學(xué)生探究的難度：完好的乒乓球鼓起來的原因可能是什么?有個小洞的乒乓球鼓不起來的原因又可能是什么？還能使學(xué)生的思維指向這一點：是乒乓球里的空氣受熱膨脹使乒乓球鼓起來了，而假如是乒乓球壁受熱膨脹直接鼓起來的，那么兩個乒乓球都能鼓起來，因為兩個乒乓球壁的材料是一樣的。
　?。?）豐富學(xué)生的前概念
　　液體、固體熱脹冷縮學(xué)生是能夠看到的，而空氣熱脹冷縮是看不見的。學(xué)生想辦法證明看不見的空氣熱脹冷縮的過程，是一次豐富學(xué)生前概念的契機。只有充分相信學(xué)生，放手讓學(xué)生去想、去討論，才能用豐富的事實證實學(xué)生的前概念。在本節(jié)課中，能證明空氣受熱后從錐形瓶口“跑”出來的方法，學(xué)生一連說了7種方法，有比較常見的借助氣球、橡皮泥等，還有比較新穎的借助吸管裝一段紅色液柱，通過吸管把受熱空氣導(dǎo)入水中會產(chǎn)生氣泡等。我很驚訝于學(xué)生思維的活躍、開放。我在課前也嘗試了很多方法，并且準(zhǔn)備了相應(yīng)的材料，但課上學(xué)生的方法大大超越了我的準(zhǔn)備，我為學(xué)生的表現(xiàn)感到自豪。這時再讓學(xué)生假設(shè)空氣受冷，我們剛才設(shè)計的方法各會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，學(xué)生發(fā)言自然是爭先恐后，水到渠成了。
　?。?）構(gòu)建科學(xué)概念
　　學(xué)生通過實驗探究，發(fā)現(xiàn)大量的事實：空氣受熱后氣球脹起來了，受冷后扁下去了；空氣受熱后保鮮膜鼓起來了，受冷后凹下去了；空氣受熱后橡皮泥被頂破了，受冷后橡皮泥陷下去了；錐形瓶內(nèi)空氣受熱后從瓶口“跑”出來，受冷后又“跑”回錐形瓶。然后讓學(xué)生思考空氣受熱后為什么從瓶口“跑”出來了?學(xué)生會想因為空氣在錐形瓶中裝不下了。那為什么空氣受熱后在錐形瓶中裝不下了呢？因為空氣增多嗎？但錐形瓶口是密封的，瓶內(nèi)空氣不可能增多。那是為什么呢？幾經(jīng)探究，有學(xué)生打開了思路，想到了是因為瓶內(nèi)空氣的體積變大了。那瓶內(nèi)空氣的體積為什么會變大呢?是因為空氣受熱膨脹。那空氣受熱為什么會膨脹呢?……通過一連串的追問層層推理，學(xué)生對空氣受熱膨脹的理解逐步從表象上升到本質(zhì)，這時讓學(xué)生理解空氣受冷收縮便易如反掌了。
　?。?）深化科學(xué)概念
　　學(xué)生通過大量的事實證明了空氣受熱會膨脹，受冷會收縮。這時我提出：空氣受熱為什么會膨脹?苦于知識儲備不夠，學(xué)生的思維處于“憤”“悱”狀態(tài)，這時讓學(xué)生做一個游戲：在地上畫一個圈，在圈內(nèi)站上五六個學(xué)生，請學(xué)生在圈內(nèi)擺動雙臂原地跑步，在不知不覺中一兩個學(xué)生跑出了圈外。我還沒有要求學(xué)生將這個游戲和剛才實驗建立聯(lián)系，學(xué)生已經(jīng)在說這個圈相當(dāng)于錐形瓶，圈內(nèi)的同學(xué)相當(dāng)于空氣。我提醒了一下：這一個個的人相當(dāng)于什么?有一位學(xué)生說：這一個個的人相當(dāng)于一個個的空氣分子。我很是吃驚于這位五年級的學(xué)生已經(jīng)從課外書上知道了空氣分子。我根據(jù)教材的要求暫且稱為空氣微粒。學(xué)生很快想到了一個個的空氣微粒加熱后加快了運動，空氣微粒之間的距離增大了，瓶內(nèi)空氣的體積增大了，這就是空氣受熱膨脹的原因。經(jīng)過從現(xiàn)象到本質(zhì)的推理后，學(xué)生知道空氣受熱后空氣微粒加快運動，空氣微粒之間的距離增大了。那么反過來空氣受冷后空氣微粒會怎樣變化呢?學(xué)生很自然地就會想到空氣微粒受冷后減慢運動，空氣微粒之間的距離就縮小了。
　?。?）應(yīng)用科學(xué)概念
　　從學(xué)生的前概念出發(fā)，學(xué)生經(jīng)歷了空氣熱脹冷縮的證實過程，空氣的熱脹冷縮原因的推理過程。課到此已接近尾聲，學(xué)生的思維完全打開了，我和學(xué)生都處在科學(xué)探究的亢奮之中。我順勢把空氣熱脹冷縮的探究引向課外，解決關(guān) 于空氣熱脹冷縮的生活問題，如夏天汽車輪胎的氣不能充得太足，熱水瓶倒水后馬上塞木塞，木塞會跳出來等。學(xué)生課后遲遲不愿離去，還沉浸在科學(xué)探究的樂趣中。
　?。ㄘ?zé)編夏天）