CIEC科學(xué)促進(jìn)項(xiàng)目課程資源介紹：流動(dòng)的液體

“流動(dòng)的液體”（Runny Liquids）是英國約克大學(xué)CIEC科學(xué)促進(jìn)項(xiàng)目（CIECPromoting Science，www.ciec.org.uk）開發(fā)的豐富的教學(xué)資源之一，適用于8～10歲的兒童，可以在線獲得（http：//www.cciproect.org/topicBank/runny liquids.htm）。本文介紹這套課程，作為CIEC將工業(yè)與科學(xué)相結(jié)合的實(shí)例。

這是一套典型的工業(yè)情境中的課程。整個(gè)資源包括5個(gè)活動(dòng)，需要5小時(shí)30分鐘完成，圍繞使黏稠的液體增強(qiáng)流動(dòng)性展開，從了解一般液體的性質(zhì)開始，逐漸過渡到測量和改變液體的流動(dòng)性，進(jìn)而研究和解決工業(yè)問題，將若干探究技能和科學(xué)概念整合在一個(gè)有意義的任務(wù)中。

情境

CIEC致力于用工業(yè)情境促進(jìn)兒童的科學(xué)學(xué)習(xí)?！傲鲃?dòng)的液體”的故事是由一封來自黏合劑制造商的求助信開始的。

尊敬的研究組：

我們?yōu)榍煽肆ιa(chǎn)者制造專門的墨水，幫助他們將糖果的名稱印在包裝紙上。我們也制造將包裝紙粘在一起的膠水。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)墨水和膠水的最好原料是樹體內(nèi)的一種液體。遺憾的是，我們的新配方存在一個(gè)問題：這種液體非常黏稠，不能順暢地通過我們的管道；同時(shí)它也非常難以攪拌，導(dǎo)致我們需要消耗大量的電來運(yùn)轉(zhuǎn)攪拌機(jī)，這造成巨大的成本。

我們知道你們研究組正在研究液體。如果能得到你們關(guān)于怎樣解決這個(gè)問題的建議，我們將非常榮幸。希望你們能提供盡量多的數(shù)據(jù)，包括測量不同種類液體流動(dòng)性的數(shù)據(jù)。任何有助于讓我們的液體流得更順暢的建議都將給我們很大幫助。

期待能盡快得到你們的回復(fù)。

你忠誠的

簡·惠靈頓

工業(yè)聚合樹脂有限公司總經(jīng)理

這封信提供了需要解決的問題，即讓黏稠膠水更容易流動(dòng)。同時(shí)，它也為學(xué)生指出探究要求：提供盡量多的數(shù)據(jù)，測量不同液體的流動(dòng)性。從另一個(gè)角度看，這樣的信反映出科學(xué)家與工程師工作的意義和方式。通過下面的活動(dòng)過程，您可以體會(huì)到，學(xué)生的任務(wù)都是有目的的，是為了解決在科學(xué)上或工業(yè)上有意義的問題。這就是情境的作用，它讓學(xué)生知道為什么學(xué)、學(xué)了有什么用。

活動(dòng)過程

活動(dòng)1：生活中的液體

這個(gè)活動(dòng)讓學(xué)生思考液體的特征，根據(jù)特征將一些液體分類。

首先，教師使用來自樹脂公司的信引入情境，讓學(xué)生思考公司所用的液體有什么優(yōu)點(diǎn)、什么缺點(diǎn)，引出液體的性質(zhì)、用途等各個(gè)方面；然后讓學(xué)生將他們所知道的與液體相關(guān)的內(nèi)容寫下來，包括液體與固體的性質(zhì)差異，來了解學(xué)生的前概念。同時(shí)，這也是學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)的過程。

給每組學(xué)生一組不同流動(dòng)性的液體：很稠的液體如洗發(fā)水、番茄醬、糖漿；很稀的液體如水、醋、汽水；居中的液體如食用油、洗潔精、衣物柔順劑。讓學(xué)生根據(jù)之前的思考和討論，選擇分類依據(jù)，如顏色、氣味、流動(dòng)性、用途等，將液體分類。

至此，情境已經(jīng)引發(fā)學(xué)生對(duì)液體的性質(zhì)有了淺顯的理解，他們的觀察、歸納等探究技能也得到一些鍛煉。到了聚焦到情境本身的時(shí)候了。教師可以引出提問：哪一種分類依據(jù)與工廠遭遇的難題有關(guān)？液體的什么性質(zhì)影響了攪拌的難易程度？使學(xué)生將注意力集中到流動(dòng)性這個(gè)特征上來。

這個(gè)活動(dòng)的回顧部分可以用來鞏固學(xué)生對(duì)液體性質(zhì)及固液區(qū)別的理解。教師可以這樣提問：沐浴乳是液體嗎？液體有什么共同點(diǎn)？是什么讓液體與固體區(qū)別開？

活動(dòng)2：測量流動(dòng)性

這個(gè)活動(dòng)讓學(xué)生測量和比較液體的流動(dòng)性，以數(shù)據(jù)說明液體流動(dòng)的速率不一樣。

首先，再次回到工廠的求助信，明確工廠的要求是想讓膠水流得更快些。于是面臨的第一個(gè)問題就是怎樣測量液體流動(dòng)的速度。學(xué)生需要討論測量流動(dòng)性的方法。教師可以結(jié)合情境提問：怎樣比較色拉醬和洗潔精流出瓶子的快慢？僅僅得到“這個(gè)比那個(gè)流得快”夠不夠？要不要告訴工廠每種液體流動(dòng)有多慢？你需要測量什么？以怎樣的形式向工廠提供信息，以便工作人員一眼就能看出最快的和最慢的？

CIEC預(yù)設(shè)了兩種測量液體流動(dòng)性的方法，一種是在量筒里盛足夠多的液體，讓小玻璃珠在液體中下落，測量玻璃珠下落的時(shí)間，這是工業(yè)中常用的方法；一種是讓液體流過細(xì)管，如漏斗，測量液體流過的時(shí)間（具體活動(dòng)內(nèi)容可參見本刊2013年第1期16-17頁——編者注）。當(dāng)然，學(xué)生并不必須使用這兩種方法，教師應(yīng)發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。甚至學(xué)生可以用多種方法，比較不同方法的效果。

可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

CIEC鼓勵(lì)學(xué)生將數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)換成柱狀圖，制成一張“流動(dòng)性表”。對(duì)數(shù)字不敏感的學(xué)生可能并不會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們得到的數(shù)據(jù)可以將液體分為流動(dòng)性相差較大的幾個(gè)組。但是做出柱狀圖后，這就一目了然了。CIEC還建議學(xué)生將每種液體的圖像畫成不同顏色。對(duì)于年齡較小、抽象思維能力并未足夠的兒童，這樣直觀和活潑的記錄方式更易被接受和理解。

在回顧環(huán)節(jié)，學(xué)生歸納數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的規(guī)律。教師的引導(dǎo)問題可以是：時(shí)間數(shù)據(jù)能幫助我們區(qū)分出容易流動(dòng)、不容易流動(dòng)、非常不容易流動(dòng)的液體嗎？如果你用了兩種方法，結(jié)果相似嗎？兩種方法都用有沒有什么優(yōu)點(diǎn)？我們的數(shù)據(jù)能不能給工廠提供一些信息，建議他們生產(chǎn)哪一類的液體呢？

這個(gè)活動(dòng)也是為活動(dòng)4所作的鋪墊，學(xué)生在活動(dòng)4中將決定他們制作的膠水屬于哪一組流動(dòng)性的液體。

學(xué)生還可以用計(jì)算機(jī)軟件記錄和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。軟件可以方便地將數(shù)據(jù)排序、作圖。這使學(xué)生信息技術(shù)課的學(xué)習(xí)也有意義起來。

活動(dòng)3：改變流動(dòng)性

這個(gè)活動(dòng)主要是讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)加熱給液體帶來的流動(dòng)性的變化。

首先，回顧求助信中的需求，讓學(xué)生給出一些建議，使液體更容易流動(dòng)。學(xué)生可能會(huì)有很多方法，例如稀釋，這也是與后面的活動(dòng)相匹配的。如果條件允許，學(xué)生的想法其實(shí)都可以試一試，這是建立在學(xué)生前概念上的教學(xué)。例如這個(gè)活動(dòng)嘗試的是加熱。教師可以結(jié)合生活實(shí)例提問，來啟發(fā)學(xué)生：從冰箱里將冰淇淋取出來后，怎樣使冰淇淋更容易舀？怎樣讓黃油更容易攤開？如果問學(xué)生怎樣證明加熱的效果，學(xué)生會(huì)很自然地復(fù)習(xí)前一個(gè)活動(dòng)的方法。

活動(dòng)4：挑戰(zhàn)

按下來的活動(dòng)讓學(xué)生回到解決工廠遇到的難題上來。在前幾個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生學(xué)習(xí)了從工廠的信衍生開去的科學(xué)概念與技能，也為這個(gè)挑戰(zhàn)活動(dòng)作好了準(zhǔn)備。

讓學(xué)生思考怎樣使工廠的液體更容易流動(dòng)，又能保持膠水粘住紙的特性。學(xué)生還要思考向工廠提供哪些實(shí)驗(yàn)信息。經(jīng)過討論，教師最后將學(xué)生的方法聚焦到稀釋上來。這種方法比加熱好，因?yàn)閷?duì)于工廠來說，這樣做的成本更低。

給每個(gè)小組一份準(zhǔn)備好的由纖維素膠粉配制的黏稠膠漿。讓學(xué)生用吸管加定量的水到膠漿里。膠漿流動(dòng)性的測試方法與前面的活動(dòng)相同。怎樣測試膠漿的粘貼性能呢？CIEC提供的建議是用稀釋到不同程度的膠漿將小紙片粘在記錄紙上，并記錄膠水干的時(shí)間。每次測試時(shí)，學(xué)生逐步增加添加到膠漿中的水量，直到他們覺得粘貼性不好了，或者膠水干的時(shí)間太長了。最后，學(xué)生可以測量他們選定的配方的流動(dòng)性能處于活動(dòng)2得到的“流動(dòng)性表”的哪一個(gè)水平。

活動(dòng)5：結(jié)果

學(xué)生回顧前面的活動(dòng)，得出初步的結(jié)論，并為工廠寫反饋信。

回顧也蘊(yùn)含著更深的思考。例如教師可以提出這樣的問題：在哪些情況下液體黏稠一些比較好？什么時(shí)候液體稀一點(diǎn)比較好？為什么？

在給工廠寫回信時(shí)，除了陳述實(shí)驗(yàn)結(jié)果外，學(xué)生還需學(xué)習(xí)信和電子郵件的格式，思考寫信的對(duì)象可能會(huì)有什么樣的需求。CIEC建議這個(gè)活動(dòng)可以在信息技術(shù)課上開展，讓學(xué)生在撰寫回信的同時(shí)練習(xí)文字、圖片處理軟件的使用。教師可用的提問包括：你是給誰寫信？他需要什么樣的信息？這些信息最好以什么樣的順序呈現(xiàn)？

學(xué)生可以每人寫一封信，也可以每小組寫一封信，然后在全班分享?；蛘?，更有趣的是，發(fā)電子郵件給全班同學(xué)。

評(píng)測

教學(xué)離不開評(píng)測。在來自約克大學(xué)的教師培訓(xùn)中，我們發(fā)現(xiàn)中英教育的關(guān)鍵差別之一就是英國書面考試較少，教師多通過對(duì)學(xué)生的觀察來評(píng)測學(xué)生的學(xué)習(xí)。“流動(dòng)的液體”也是一樣。它將學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)分為5個(gè)水平。例如，對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和獲得證據(jù)的能力，有這樣的評(píng)測指標(biāo)（見表3）：

與課程標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系

“流動(dòng)的液體”系列活動(dòng)能發(fā)展學(xué)生的哪些科學(xué)概念與技能，從上面的介紹中您一定已經(jīng)有了自己的梳理。CIEC也列出了在英國課程標(biāo)準(zhǔn)中適用于7～11歲兒童的相關(guān)條目：