建構(gòu)“做思共生”的科學(xué)課堂

顧長明 張會

[摘 要]

科學(xué)課教學(xué)鼓勵兒童手腦并用，體現(xiàn)“做思共生”?！白觥笔恰八肌钡膶嵺`支撐和證實，“思”是“做”的內(nèi)在引領(lǐng)和指向。將“手”與“腦”置于共處、共融、共生的課堂生態(tài)活動中，在認知策略上體現(xiàn)學(xué)生“探”的程序，在智慧技能上彰顯學(xué)生“思”的內(nèi)涵，在動作技能上凸顯學(xué)生“做”的意蘊，促進學(xué)生深層理解和智慧學(xué)習(xí)。

[關(guān)鍵詞]

小學(xué)科學(xué)；動手；動腦；課例評析

一、教學(xué)分析

《加熱和冷卻》是蘇教版四年級《冷和熱》單元的第三課，是在“冷熱和溫度”與“熱的傳遞”的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)的，屬于熱對物體形態(tài)與體積的影響，即物體“熱脹冷縮”性質(zhì)，為后續(xù)“水的三態(tài)變化”和“吸熱與散熱”打下基礎(chǔ)。本課旨在通過多樣化的實踐活動與思維形式，探索固體、氣體、液體都能熱脹冷縮，進而認識一般物體具有熱脹冷縮的性質(zhì)。本課首先安排“物體受熱和冷卻后會發(fā)生什么變化”的活動，喚起學(xué)生前概念；其次是研究冷和熱對物體體積的影響；最后嘗試解釋生活中諸多熱脹冷縮的現(xiàn)象。認識物體形態(tài)變化比認識體積變化更為容易，在教學(xué)中兩者是融合進行的。

本課從結(jié)構(gòu)看，屬于“問題——探究”式的課堂結(jié)構(gòu)；從能力看，學(xué)生根據(jù)猜測設(shè)計實驗，搜集實證資料，歸納實驗現(xiàn)象，促進科學(xué)經(jīng)驗的意義建構(gòu)，發(fā)展對比實驗?zāi)芰蜌w納概括能力；從技能看，著眼于提升學(xué)生智慧技能，強調(diào)概念與規(guī)則的習(xí)得與掌握及其在新情境中的實踐運用；從過程看，發(fā)揮動手與動腦的心智價值，促進動手與動腦的有機融合，正確運用動手與動腦的實施策略，突出探究過程的思維因素。

二、教學(xué)理念

科學(xué)教育倡導(dǎo)兒童動手、動腦“學(xué)科學(xué)”，動手是“做”的表征，動腦是“思”的表征。基于“做思共生”的教學(xué)理念，促進學(xué)生“做”與“思”協(xié)同共進，使學(xué)生在“做”中發(fā)現(xiàn)和提出問題，并對問題做出猜測與假設(shè)，在實踐中設(shè)計實驗驗證假設(shè)，在思考中依據(jù)事實做出合乎實際的推論，并應(yīng)用結(jié)論解決實踐中的問題。讓科學(xué)課堂中的“做”與“思”共處、共融、共生，讓學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中“得做”“得思”“得法”，讓學(xué)生進行體驗學(xué)習(xí)和智慧學(xué)習(xí)，提升科學(xué)學(xué)習(xí)的品質(zhì)和效率。

三、教學(xué)目標

通過觀察與實驗認識到加熱和冷卻可以改變物體的形態(tài)和體積，知道固體、液體、氣體具有熱脹冷縮的性質(zhì)；通過實驗的假設(shè)、設(shè)計與操作能對固體、液體、氣體的熱脹冷縮現(xiàn)象進行分析與歸納；能夠運用熱脹冷縮的原理對生產(chǎn)、生活中現(xiàn)象以及利弊進行解釋與說明；初步感受熱脹冷縮現(xiàn)象與物體內(nèi)部微粒的運動有關(guān)，感受科學(xué)技術(shù)是經(jīng)過反復(fù)試驗和不斷完善進步的。

四、教學(xué)重點

通過觀察與實驗活動，認識物體熱脹冷縮的性質(zhì)。

五、教學(xué)難點

通過對具體物體加熱與冷卻所產(chǎn)生現(xiàn)象進行分析與綜合，歸納與概括出固體、液體、氣體的熱脹冷縮性質(zhì)。

六、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課，喚醒學(xué)生科學(xué)前概念

師：這里有糖和蠟，它們加熱和冷卻后有什么變化？這里有糖、蠟燭、火柴和不銹鋼勺子，誰能上來做一下這個實驗？（學(xué)生回答后上臺操作演示）

生：糖和蠟受熱后會熔化成液體，冷卻后又凝結(jié)成固體。

（教師板書：液體、固體）

師：“熔化”和“凝結(jié)”這兩個詞用得好。生活中還有哪些物體也像糖和蠟燭一樣受熱熔化成液體，冷卻后又凝結(jié)成固體？

生：松香、巧克力等也是這樣的。

師：對的。二氧化碳氣體在溫度很低時，會變成一種叫作“干冰”的固體，干冰達到室溫時又能回到氣體狀態(tài)，在舞臺效果中經(jīng)常用到。（教師板書：氣體）也就是說，加熱或冷卻物體可以使它原有的形態(tài)發(fā)生變化。那么，當(dāng)我們加熱或冷卻氣體、液體或固體時，它們的體積是否會發(fā)生變化？會發(fā)生怎樣的變化？這就是今天我們要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

評析：通過生活中司空見慣的事例，了解學(xué)生已有的知識與經(jīng)驗，由形態(tài)的變化引入體積的變化，自然而流暢，喚醒學(xué)生的科學(xué)前概念。

（二）做思結(jié)合，學(xué)習(xí)新知，建構(gòu)“熱脹冷縮”性質(zhì)

1.指導(dǎo)學(xué)生研究氣體“熱脹冷縮”

師：請大家設(shè)法幫我解決一個問題好嗎？（教師舉起3個踩癟的乒乓球）誰能幫助老師使這3個踩癟的乒乓球重新鼓起來？你打算用什么方法？

生：我能！我先把癟乒乓球放入杯中，然后倒入熱水，乒乓球被熱水一泡，就會慢慢鼓起來。

師：能行嗎？請你來試試看。（學(xué)生上臺來泡乒乓球，并將鼓起來的兩個乒乓球拿給老師）

師：還有一個呢？

生：沒鼓起來。

師：仔細看看，是什么原因？

生：（仔細觀察后）剩下的這一個，因為有了裂縫，所以鼓不起來。

師：為什么有了裂縫就鼓不起來了呢？

生：可能是有了裂縫，乒乓球里的空氣受熱后從裂縫處跑走了。

師：真是這樣嗎？如果我不相信怎么辦？（生想說又說不清楚）

評析：用學(xué)生日常生活中經(jīng)常遇到的“泡乒乓球”案例，輔以“破球”一“戲”來激活學(xué)生的求知欲，喚醒學(xué)生的迷思概念，引起他們積極思維。教師通過演示實驗、游戲和舉例等來形成認知沖突，通過“做”把“思”置于“悱”“憤”的狀態(tài)，讓學(xué)生通過“做”來發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和聚焦問題。

師：當(dāng)別人不相信時，那就拿“事實”給他們看，證明受熱后氣體確實從裂縫處跑走了。老師先幫你們設(shè)計這個實驗。（師邊說邊演示）用這個瓶子來當(dāng)作乒乓球，這個瓶口就當(dāng)作“裂縫”，再用一個氣球套住瓶口，然后放進開水中。如果瓶里的空氣真像你所說的那樣，受熱后就會從瓶口跑向氣球里，氣球就會鼓起來，對吧？

生：對！

師：（把瓶子放入熱水中，氣球果然鼓起來了）同學(xué)們看到了什么現(xiàn)象？這說明了什么？

生：氣球慢慢鼓起來了！證實了我們剛才的想法是正確的，氣體受熱體積會增大。

師：那么，我們還能換個角度再提出一些問題來研究嗎？

生：能！再將瓶子放入冷水中，瓶里的空氣受冷后體積會變小嗎？

師：問題很好，我們先做個假設(shè)怎么樣？

生：空氣受冷后體積也許會變小，如果變小了，鼓起來的氣球因此要慢慢癟下去。

評析：教師引導(dǎo)學(xué)生針對提出的問題給出可能的解釋，稱為假設(shè)。沒有了假設(shè)，也就沒有了進一步研究的目標和方向。因此，假設(shè)在某種意義上是進入未知世界的一個飛躍。鼓勵學(xué)生大膽地提出假設(shè)就是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的直覺力和想象力。

師：說得很好。尤其是運用了“也許”這個詞充分體現(xiàn)了這僅僅是一個“假設(shè)”，但是，光有假設(shè)還不夠，還應(yīng)該用實驗來證實。你打算怎么做？

生：（生邊說邊做）將瓶子放在冷水里，不一會兒氣球果然癟下去了。剛才的事實證明了假設(shè)是正確的——空氣受冷后，體積會縮小。

師：連同上面乒乓球的實驗我們就可以說：空氣受熱后，體積會變大；空氣受冷后，體積會縮小。空氣是氣體的代表，一般的氣體都具有這種性質(zhì)，我們把氣體的這種現(xiàn)象叫作“熱脹冷縮”。

（板書：動眼——發(fā)現(xiàn)問題；動腦——作出假設(shè)；動手——驗證探索；動口——得出結(jié)論）

師：剛才大家對氣體“熱脹冷縮”的性質(zhì)進行了研究，我們研究活動就是運用動眼、動腦、動手、動口，通過“發(fā)現(xiàn)問題——作出假設(shè)——實踐驗證——得出結(jié)論”這樣的步驟來發(fā)現(xiàn)氣體具有“熱脹冷縮”的特性。

評析：“猜想與假設(shè)”是連接問題與實踐的橋梁，是承上啟下的紐帶，是學(xué)生認知客觀事物、探索未知世界的第一判斷，是“做思共生”中最有張力的一環(huán)。有效的猜想與假設(shè)為科學(xué)探究提供正確的方向，縮小探究的范圍，提升探究的品質(zhì)，起到事半功倍的效果。將“思”與“做”有機結(jié)合，并突顯科學(xué)研究的方法，適時而必要。

2.指導(dǎo)學(xué)生研究液體“熱脹冷縮”

師：通過剛才的探索我們知道，氣體具有熱脹冷縮的性質(zhì)。那么，液體——水，在加熱和冷卻后是否也具有這樣的變化呢？請打開教科書第22頁，邊閱讀課文，邊理解教材上的研究方法，看看教材是怎樣研究的？通過邊學(xué)邊實驗來研究。

（按4人一組提供實驗器材，每組配備3個小藥瓶裝滿水，為了更清晰，加一點紅墨水染成紅色。在瓶塞上鉆個眼，插入一段玻璃管，把瓶蓋塞緊。兩只燒杯，熱水瓶和冷水瓶各一個。學(xué)生邊學(xué)邊實驗，教師巡視指導(dǎo)）

評析：實驗驗證是科學(xué)探究的關(guān)鍵步驟，讓學(xué)生親自動手驗證自己的假設(shè)，是“做”與“思”共處、共融、共生的體現(xiàn)。實踐是檢驗結(jié)論的唯一標準，檢驗假設(shè)最好的辦法是進行實驗。

師：關(guān)于“水是否具有熱脹冷縮的性質(zhì)”的研究，請各小組按下列提綱進行匯報。

（師出示提綱：教材是怎樣研究的？你們小組又是怎樣研究的？）

生1：書上是滿滿一壺水，受熱后水直往外流，發(fā)現(xiàn)了問題，而后根據(jù)經(jīng)驗作出假設(shè)；接著用小藥瓶的紅水做了實驗；最后得出“水受了熱，體積確實會脹大”的科學(xué)結(jié)論。

生2：我們組將兩個瓶紅水裝得差不多滿，一瓶放入熱水中，結(jié)果瓶中的紅水受熱而體積脹大，紅水從玻璃管中溢了出來；另一瓶放入冷水中，發(fā)現(xiàn)瓶中的紅水受冷而體積縮小，液柱從玻璃管下去了。然后，我們將兩個瓶交換實驗，結(jié)果脹大體積的液體受冷時體積縮小，縮小體積的液體受熱時體積變大。由此，證實了我們假設(shè)是正確的——水也具有熱脹冷縮的性質(zhì)。

師：水是液體的代表，可以說液體也具有熱脹冷縮的性質(zhì)。

評析：如果說課的開頭，進行空氣熱脹冷縮的研究是以“扶”為主，那這里的水熱脹冷縮的研究便是“扶放結(jié)合”。通過做與思結(jié)合，扎實地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。

3.指導(dǎo)學(xué)生研究固體“熱脹冷縮”

師：氣體具有熱脹冷縮的性質(zhì)，液體也具有熱脹冷縮的性質(zhì)，那么固體呢？是否也具有熱脹冷縮的性質(zhì)呢？應(yīng)該怎么研究呢？

生：對于這個問題，不妨先作個假設(shè)：也許固體也具有熱脹冷縮的性質(zhì)。

師：好！用下面的器材該設(shè)計怎樣的實驗?zāi)兀浚ń處熃o各組兩套器材：酒精燈、火柴、一杯冷水、銅球，還有一個正好通過銅球的鐵環(huán)）請大家動手、動腦來設(shè)計實驗、作出假設(shè)、操作驗證。

（學(xué)生動手實驗，教師巡視，引導(dǎo)學(xué)生對觀察到的現(xiàn)象進行分析、綜合、歸納、概括，嘗試得出結(jié)論，然后請各小組匯報）

生：我們設(shè)計的實驗是先將銅球試著通過鐵環(huán)，結(jié)果能通過；接著又將銅球放在酒精燈火焰上加熱，經(jīng)過一段時間的加熱，再把銅球放入鐵環(huán)中，結(jié)果銅球過不去了，這就說明銅球受熱后體積會變大；最后我們把脹大了的銅球放進冷水中，一會兒取出銅球，銅球又很順利地通過鐵環(huán)，這就說明銅球體積受冷后會縮小。由此可見，銅球也具有熱脹冷縮的性質(zhì)。銅球可以代表固體，那一般的固體也就具有熱脹冷縮的性質(zhì)。

師：說得好，有條理。那么其他各組呢？

生：我們組也同樣發(fā)現(xiàn)固體也具有熱脹冷縮的性質(zhì)。

師：到現(xiàn)在為止，我們知道液體有熱脹冷縮的性質(zhì)，氣體、固體也有這種性質(zhì)，你能用一句話說出這種性質(zhì)嗎？

生：（嘗試歸納）一般的物體都有熱脹冷縮的性質(zhì)。

評析：讓學(xué)生動手操作，領(lǐng)悟自然現(xiàn)象的本質(zhì)，這是“做”的過程；讓學(xué)生討論講述、相互質(zhì)疑、分享交流、信息共享，這是“思”的過程。教師則通過與學(xué)生的對話進行啟發(fā)引導(dǎo)和鼓勵，使學(xué)生的認識得以綜合與提高，增強學(xué)生“思”的品質(zhì)和效度，提升規(guī)則習(xí)得的有效性，使其成為智慧技能發(fā)展的增長點。

4.指導(dǎo)學(xué)生嘗試解釋“熱脹冷縮”的現(xiàn)象

師：我們知道，物體都是由微粒組成的，而微粒總是不斷地運動著的。溫度變了，一般物體的體積也會發(fā)生變化，想想這可能是怎么回事呢？（借助動畫讓學(xué)生思考）我們用動畫小人兒來表示微粒，一群動畫小人兒緊挨著站在一個空間內(nèi)，與每個小人兒都用力地在這個空間跳躍時，哪種情況下占據(jù)的空間大？

生：每個小人兒跳躍時比緊挨著時所占的空間要大。

師：物體的熱脹冷縮和微粒運動有關(guān)：當(dāng)物體吸熱升溫以后，微粒加快了運動，微粒之間的距離增大，物體就膨脹了；當(dāng)物體受冷后，微粒的運動減慢，微粒之間的距離縮小，物體就收縮了。

評析：通過動畫模擬嘗試體會用“微?！钡母拍顏斫忉屛矬w熱脹冷縮的本質(zhì)，由相對直觀的宏觀世界的物體形態(tài)與體積的變化，到微觀世界的“微?！边\動，試圖給學(xué)生建立想象中的“認知模型”與“思維圖式”。

5.指導(dǎo)學(xué)生了解溫度計的發(fā)明史

師：請大家打開教科書第23頁，閱讀科學(xué)史料“溫度計的發(fā)明”，弄清溫度計的發(fā)明經(jīng)歷了哪幾個階段？各種溫度計的工作原理是什么？

（學(xué)生閱讀）

生：溫度計是根據(jù)“熱脹冷縮”的原理制成的。溫度計的發(fā)明歷經(jīng)100多年，先后經(jīng)歷了伽利略的空氣溫度計、斐迪南的酒精溫度計、華南海特的華氏溫標溫度計、攝爾修斯的攝氏溫標溫度計以及現(xiàn)在滿足各需要的溫度計。

評析：兒童的科學(xué)學(xué)習(xí)過程與人類認識物質(zhì)世界的發(fā)展史有許多相似之處，教學(xué)中融入和借鑒科學(xué)史的相應(yīng)內(nèi)容，將科學(xué)概念置于“事實性知識”之上，更加豐盈了兒童建構(gòu)科學(xué)概念的情境與素材，而且充滿了人文的意蘊。

（三）聯(lián)系實際，學(xué)以致用，拓展延伸“熱脹冷縮”

師：通過實驗探究，我們知道了固體、液體和氣體都有熱脹冷縮的性質(zhì)?，F(xiàn)在誰能解釋一下下面這些現(xiàn)象說明什么？為什么要這樣設(shè)計？（教師依次出示圖片與相應(yīng)的問題）為什么要在水泥公路上鋸開一條條縫隙并灌入瀝青？

生：水泥路上如果沒有縫隙，天氣炎熱時，水泥會膨脹，馬路會鼓起。留下的縫隙可以避免馬路破損。

師：對的。（師出示鐵軌留有縫隙的圖片）其實，鐵軌的接頭處留有縫隙、橋面上留有縫隙和馬路上留有縫隙是一個道理。以鋼軌為例，據(jù)科學(xué)家測算，每升溫1℃，鋼軌便伸長1/100000米。冬夏溫差達50℃時，北京至太原的514千米鋼軌在夏天比冬天會伸長257米。（師出示夏天野外電線圖片）野外的電線為什么夏天比較松弛，松松地垂懸著，而冬天卻繃緊了？

生：夏天電線會發(fā)生熱脹現(xiàn)象，看上去比較松弛。一到冬天電線會產(chǎn)生冷縮現(xiàn)象，看上去緊繃。這種現(xiàn)象還是由熱脹冷縮造成的。

師：好。夏天給車胎打氣，一般都不能打得太滿，為什么？

生：夏天天氣熱，地面更熱，輪胎里的氣如果打得太足，再受到外界的熱，氣體拼命脹大，這可能是脹破輪胎——爆胎的原因。

師：分析得有道理。誰還能說說，生活中還有哪些地方用到“熱脹冷縮”？

生：有一次我家買了一瓶腌菜，可是瓶蓋太緊了打不開，我看爸爸澆了些熱水在瓶蓋上，很快瓶蓋就打開了，我想這是利用熱脹冷縮的性質(zhì)。

評析：學(xué)習(xí)的目的之一在于學(xué)以致用，在于靈活地、創(chuàng)造性地解釋或解決新情境下的實際問題。這些問題來自于日常生活情境，符合兒童的認識特點，使學(xué)生將所學(xué)到的知識運用到實際生活中，加深其理解。

師：聽了同學(xué)們的回答，老師知道大家都收益良多。通過這節(jié)課的研究，我們解答了生活中很多的科學(xué)問題。請同學(xué)們課后多去觀察生活中的類似現(xiàn)象，多問幾個為什么，并做好相應(yīng)記錄，以《“熱脹冷縮”的利與弊》為題進行相應(yīng)的調(diào)查，完成一篇小論文。下一節(jié)課，再一起討論。

評析：課雖畢而旨趣遠，將學(xué)生進一步的思考與實踐自然而然地引向課外、引向生活、引向自然，學(xué)生感到自己是科學(xué)研究的主人，體現(xiàn)了手與腦同構(gòu)、做與思共生的理念。

七、總評

本節(jié)課是實驗課，將“手”與“腦”置于共處、共融、共生的生態(tài)活動中，讓手腦融通，讓做思共生，讓心靈手巧，讓智慧誕生。從智慧學(xué)習(xí)的視角看，本節(jié)課在認知策略、智慧技能和動作技能方面彰顯出特征。

（一）從認知策略看，體現(xiàn)學(xué)生“探”的程序

本課是按探究式教學(xué)的方式，促進學(xué)生對物體的熱脹冷縮性質(zhì)的建構(gòu)。整個教學(xué)過程按“創(chuàng)設(shè)情境（發(fā)現(xiàn)問題）——猜想假設(shè)——實驗驗證——形成解釋——遷移運用”的程序進行。讓學(xué)生從典型的事例（空氣、水、銅球）來認識一般物體熱脹冷縮的性質(zhì)，這是一種科學(xué)的探索方法，旨在通過這樣一種智慧的認知策略來影響、培養(yǎng)學(xué)生的認識事物的科學(xué)方法和科學(xué)意識，體現(xiàn)學(xué)生的主體意識、深度參與和對科學(xué)規(guī)律的深刻理解。

（二）從智慧技能看，彰顯學(xué)生“思”的內(nèi)涵

本課屬于概念學(xué)習(xí)，要理解氣體、液體、固體熱脹冷縮的共同屬性，并能對同類事物的抽象特征做出適當(dāng)?shù)姆治雠c綜合。一方面，教師關(guān)注學(xué)生內(nèi)部學(xué)習(xí)動機，學(xué)習(xí)過程中設(shè)計與安排了一些“新奇”“驚異”“復(fù)雜”“趣味”“矛盾”等不確定的信息來引起學(xué)生的內(nèi)部學(xué)習(xí)動機，讓學(xué)習(xí)的過程充滿智慧的碰撞與挑戰(zhàn)；另一方面，教師在教學(xué)中還有意識、有計劃地交替運用歸納推理、演繹推理和類比推理對學(xué)生進行訓(xùn)練，從而達到總結(jié)規(guī)律、遷移知識、發(fā)展思維的目的。

（三）從動作技能看，凸顯學(xué)生“做”的意蘊

動作是智慧的根源，是產(chǎn)生意義的基礎(chǔ)，動作的意義是主體獲得理解的唯一手段，而動腦的意義是主體獲得理解的唯一目的。教師將“手”與“腦”、“做”與“思”進行精當(dāng)設(shè)計，把“手”“眼”“口”視為“腦的外在部分”，設(shè)計了系列化的“動手”“動眼”“動口”活動，并指向“動腦”，“做”成為“思”的實踐支撐和證明，“思”成為“做”的內(nèi)在引領(lǐng)和指向。奇思在心中蕩漾，妙想在指尖流淌，智慧在腦海誕生，心靈與手巧互通共融，達到“做思共生”的教學(xué)境界。

[參 考 文 獻]

[1]顧長明.從“揚心抑心”到“身心復(fù)歸”——“做思共生”科學(xué)教學(xué)的研究路徑與范式[J].教育研究與評論，2016（12）.

[2]董洪亮.用經(jīng)驗改造基礎(chǔ)教育[J].江蘇教育，2016（7-8）.

[3]徐敬標.小學(xué)科學(xué)教育中體驗學(xué)習(xí)之研究[J].基礎(chǔ)教育研究，2012（9）.

（責(zé)任編輯：符 潔）