以問題解決為導(dǎo)向，優(yōu)化自然學(xué)科課堂教學(xué)

◎ 駱 晨

“‘抓住’水蒸氣”是滬科教版《自然》三年級第一學(xué)期教材第八單元“水的三態(tài)變化”的第三課時，屬于《上海市小學(xué)自然學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）》（以下簡稱《教學(xué)基本要求》）主題6“材料與物質(zhì)”中“物質(zhì)的變化”的學(xué)習(xí)內(nèi)容。本節(jié)課需要通過情境觀察、資料包的自主學(xué)習(xí)、辨別生活場景等活動，知道水蒸氣遇冷能凝結(jié)成水，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力；通過選擇器材、設(shè)計活動方案，找到把空氣中的水蒸氣變成水的方法，提升學(xué)生獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋等科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹認真和實事求是的科學(xué)態(tài)度。

教材中與“物質(zhì)的變化”主題相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容在低年段和中高年段都有呈現(xiàn)，體現(xiàn)在科學(xué)知識、探究技能的編排呈螺旋式上升。通過一年級第一學(xué)期第六單元“到處都有水”的學(xué)習(xí)，學(xué)生初步認識空氣中有水蒸氣；通過二年級第一學(xué)期第六單元“物質(zhì)的變化”的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步對蒸發(fā)、液化有前概念；通過三年級第一學(xué)期第八單元“水的三態(tài)變化”的學(xué)習(xí)，學(xué)生將進一步完整地認識水在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化，而轉(zhuǎn)化的條件是溫度的變化，并能利用所學(xué)的相關(guān)知識解決實際問題；通過四年級第一學(xué)期第七單元“自然界中的水”的學(xué)習(xí)，學(xué)生將在水的三態(tài)可以相互轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，進一步理解自然界中水循環(huán)的意義。

本節(jié)課的教學(xué)，首先通過觀察常溫可樂和冰可樂，引出問題“水從哪里來”，然后通過情境分析、閱讀PAD 資料包、情境辨別等自主學(xué)習(xí)活動，知道空氣中的水蒸氣遇冷變成水；通過完成任務(wù)“把空氣中的水蒸氣變成水，并找出水蒸氣遇冷變成水的證據(jù)”，設(shè)計實驗利用電子溫度計采集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，知道利用所學(xué)的原理把空氣中的水蒸氣變成水，提高利用所學(xué)知識解決實際問題的能力。

本節(jié)課在本單元的作用是承上啟下，是前一課時“水到哪里去了”的逆過程，并為最終完成水的三態(tài)變化作知識鋪墊。

一、教學(xué)設(shè)計過程

（一）研讀課標，明確目標

在制定本課時的教學(xué)目標前，筆者首先研讀《教學(xué)基本要求》中關(guān)于本內(nèi)容所需達成的目標和程度，即知道水蒸氣遇冷凝結(jié)成水。接著，筆者參考《上海市小學(xué)自然學(xué)科三年級教學(xué)基本要求（征求意見稿）》和《小學(xué)低年級自然學(xué)科基于課程標準評價指南（征求意見稿）》，并對教材單元內(nèi)容解讀分析。最終，筆者制定本節(jié)課的教學(xué)目標如下。

（1）通過閱讀、觀察、實驗等活動，知道水蒸氣遇冷會凝結(jié)成水；能辨別生活中常見的水蒸氣遇冷變成水的現(xiàn)象，提高利用所學(xué)知識解釋現(xiàn)象的能力。

（2）通過選擇和搭建器材設(shè)計簡單的活動方案，知道把空氣中的水蒸氣變成水的方法，從中初步學(xué)會使用電子溫度計收集數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)意識以及表達交流的能力，提高設(shè)計探究實驗和使用科學(xué)儀器的能力。

同時，本節(jié)課要突出的重點是：知道水蒸氣遇冷凝結(jié)成水。方法是通過PAD 資料包的自主學(xué)習(xí)，通過觀看視頻以及辨別不同場景知道“水從空氣中的水蒸氣來”，解決問題“水從哪里來”。本節(jié)課的教學(xué)難點是：學(xué)生自主設(shè)計探究實驗并分析數(shù)據(jù)。方法是通過搭建虛擬實驗情境，以任務(wù)問題引導(dǎo)學(xué)生自主選擇和搭建實驗器材并創(chuàng)設(shè)交流表達的空間，涉及如何選擇器材、需要測幾個地方的溫度等。對問題的思考給予臺階，幫助學(xué)生進行探究實驗的設(shè)計，然后根據(jù)虛擬設(shè)計的活動方案利用電子溫度計進行活動，并收集和分析數(shù)據(jù)，表達交流得出結(jié)論，提高自主探究的能力和利用電子溫度計采集與解讀數(shù)據(jù)的能力。

（二）提出問題，達成目標

“問題解決”是認知心理學(xué)和教學(xué)心理學(xué)研究的核心問題之一。大多數(shù)心理學(xué)家認為“問題”包括三個基本要素：給定的條件、達成的目標和遭遇的障礙。當(dāng)學(xué)生面臨一種情境，即學(xué)生可以利用的已有知識和經(jīng)驗與行動目標之間出現(xiàn)空缺時，根據(jù)問題的給定條件，采取一定的方法克服障礙達成目標，就是“問題解決”。因此，筆者認為以“問題解決”為特征的課堂教學(xué)模式需要明確以下三點：①學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的知識和已有的經(jīng)驗，即學(xué)生在哪里；②通過本節(jié)課學(xué)生需要落實的教學(xué)目標，即學(xué)生去哪里；③基于剛才的兩點設(shè)計合適的問題，設(shè)置學(xué)生可以克服的障礙，即學(xué)生怎么去。并且以“問題解決”為特征的課堂教學(xué)模式中所說的“問題”應(yīng)盡可能滿足這樣三個基本要求：①問題情境具有趣味性和一定的復(fù)雜性；②問題情境需要真實，貼合學(xué)生的日常生活；③問題情境具有一定的發(fā)展性，有利于學(xué)生掌握本節(jié)課的教學(xué)目標，落實教學(xué)重點、突破教學(xué)難點，形成良好的認知結(jié)構(gòu)。

以“問題解決”為特征的課堂教學(xué)模式在具體實施中包括五個階段：①提出問題。問題可由教師或?qū)W生提出，明確問題想要達成的目標。②設(shè)計方案。根據(jù)已有知識和可用材料，設(shè)計解決問題的方案。③解決問題。按照方案進行具體實施。④交流與表達。結(jié)合方案設(shè)計的預(yù)期和問題解決的過程與結(jié)果進行組內(nèi)交流和全班分享匯報。⑤評價?；凇耙栽u促學(xué)”的教學(xué)理念，在進行解決問題活動前就讓學(xué)生了解評價要點和具體指標，促使學(xué)生對自己的活動進行評價和反思，做到更有目的性地活動。

小學(xué)三年級學(xué)生很樂意觀察和思考周圍發(fā)生的科學(xué)現(xiàn)象，有自己的想法并樂于分享交流，但是對于所觀察到的現(xiàn)象還不能完全清晰、科學(xué)地表達，同時缺少歸納總結(jié)和根據(jù)需求設(shè)計活動的能力。知識水平方面，學(xué)生已有的前概念是知道水有三種狀態(tài)，相互之間能夠轉(zhuǎn)化；知道冰遇熱會變成水、水遇熱會變成水蒸氣；知道水蒸氣看不見?；谏鲜龇治觯P者設(shè)計了以下兩個主要問題。

1.問題一：水從哪里來?

授課伊始，教師創(chuàng)設(shè)為客人準備可樂的情境，讓學(xué)生觀察比較常溫可樂和冰可樂。

教師：請你們看一看、摸一摸桌上的兩罐可樂，你們能不能發(fā)現(xiàn)奇怪的現(xiàn)象？

學(xué)生：我通過摸一摸發(fā)現(xiàn)一瓶可樂是冰的，另一瓶是常溫的。

教師：真棒，那通過看一看還能發(fā)現(xiàn)什么？

學(xué)生：我通過看一看發(fā)現(xiàn)冰可樂的表面出現(xiàn)了水滴。

教師：冰可樂的表面出現(xiàn)了水，而常溫可樂表面沒有出現(xiàn)水，那冰可樂表面的水是從哪里來的？

這個情境貼合學(xué)生生活，就是他們平時常見的現(xiàn)象甚至本身就存有疑惑的問題。隨著教師引導(dǎo)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)冰可樂表面的水不是從可樂內(nèi)部滲出的，只可能是從空氣來的，又基于上節(jié)課的學(xué)習(xí)，已知“水蒸氣是看不見的”“水蒸氣是氣態(tài)的水”，從而確定冰可樂表面的水是從空氣中的水蒸氣轉(zhuǎn)變來的。此時，教師進一步提問：兩罐可樂的周圍都有空氣，為什么常溫可樂的表面沒有水，而冰可樂的表面有水？即“水是怎么來的？”

學(xué)生：水蒸氣。

教師：非常好。可是兩罐可樂的周圍都有空氣，為什么常溫可樂的表面沒有水，而冰可樂的表面有水，這些水又是怎么來的？

學(xué)生：是因為水蒸氣遇到了冰可樂，冰可樂的表面是冷的。

教師：你進行了大膽的推測，認為是水蒸氣遇到了比它冷的冰可樂表面，所以變成了水。那這樣推測對嗎？

學(xué)生通過比較發(fā)現(xiàn)，同樣在空氣中的兩罐可樂唯一的區(qū)別就是表面的溫度不同，故進行推測水蒸氣是遇到了冷的表面才變成水。這兩個問題既常見又神奇，層層遞進慢慢深入，緊緊抓住學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的高階思維。最后以小組的方式觀看視頻資料、辨別不同場景中水從哪里來的，得出“水來自空氣中的水蒸氣”“水蒸氣遇冷變成水”，最終解決問題一。

2.問題二：怎樣把水蒸氣變成水?

基于之前的活動，學(xué)生已知空氣中的水蒸氣遇冷會變成水。教師接著布置任務(wù)：把空氣中的水蒸氣變成水，并找出水蒸氣遇冷變成水的證據(jù)。

教師：我利用冰可樂將空氣中的水蒸氣變成水，現(xiàn)在輪到你們完成任務(wù)，請你們以小組為單位，利用所給材料把空氣中的水蒸氣變成水，并找出水蒸氣遇冷變成水的證據(jù)。

教師：材料有電子溫度計、易拉罐、冰塊。你們打算怎么做？

學(xué)生：把冰塊放到易拉罐里。這樣易拉罐就會變冷，那空氣中的水蒸氣遇到冷的易拉罐就會形成水。

教師：其他小組是不是也這樣認為？

學(xué)生：是。

教師：不過，每個人對于溫度的感覺是因人而異的，到底什么是冷、什么是熱？我們需要有一個標準通過比較才能確定，哪個材料可以做到？

學(xué)生：電子溫度計可以測溫度。

教師：那請你們思考幾個問題：實驗中需要測幾個溫度？測哪里的溫度？預(yù)測出的溫度可以得到什么樣的結(jié)論？

不難發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)設(shè)任務(wù)是為了引出問題二。學(xué)生在解決問題的時候，自然而然地會運用所學(xué)到的新知“水蒸氣遇冷變成水”，知道找到冷的物體才是解決問題的關(guān)鍵。學(xué)生可以利用電子溫度計采集數(shù)據(jù)，再結(jié)合實驗現(xiàn)象并對數(shù)據(jù)進行分析最終得出結(jié)論，同時能找到證據(jù)。

二、教學(xué)效果及分析

本節(jié)課主要有以下兩個教學(xué)環(huán)節(jié)：①通過觸摸和觀察常溫可樂和冰可樂，引出問題一“水從哪里來”，明確水從空氣中來，然后通過觀看PAD 資料包自主學(xué)習(xí)，完成辨別不同場景中水是怎么來的，得出“空氣中的水蒸氣遇冷會變成水”；②任務(wù)驅(qū)動“把空氣中的水蒸氣變成水”，引出問題二“怎樣把水蒸氣變成水”，利用虛擬的材料包思考活動方案以及交流表達在活動中需要注意的事項，然后根據(jù)虛擬方案進行實景操作，進一步鞏固新知“空氣中的水蒸氣遇冷會變成水”。

（一）以問題驅(qū)動學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生高階思維

本節(jié)課學(xué)生需要解決的第一個核心問題“水從哪里來”。學(xué)生發(fā)現(xiàn)冰可樂表面出現(xiàn)水，根據(jù)經(jīng)驗也不難判斷冰可樂表面的水是從空氣中來的。接著教師繼續(xù)提問：兩罐可樂的周圍都有空氣，為什么常溫可樂的表面沒有水，而冰可樂的表面有水呢？此時學(xué)生的思維又被推向更高的層次，即探究冰可樂表面的水是怎么來的。此時學(xué)生進行推測是因為水蒸氣遇到了冷的可樂表面才會變成水。像這樣以核心問題為主、問題鏈為輔的課堂教學(xué)形式，能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。

接著是第二個核心問題“怎樣把水蒸氣變成水”。學(xué)生如果能夠利用新知解決此問題，那就說明他們對于新知的理解達到了應(yīng)用的層面。而且學(xué)生需要利用教師給出的材料進行方案設(shè)計，設(shè)計的過程就是鍛煉高階思維的過程。

（二）利用數(shù)字化工具，提高實驗效率

環(huán)節(jié)一中整個解決問題的過程都是以小組的形式，借助數(shù)據(jù)化工具PAD 資料包進行的，組內(nèi)學(xué)生相互討論發(fā)表自己的想法，再通過視頻資料進行驗證，形成了良好的自主探究環(huán)境。

環(huán)節(jié)二中的任務(wù)，對于三年級學(xué)生來說，要設(shè)計完整的方案是很困難的。教師應(yīng)給予學(xué)生學(xué)習(xí)的臺階：教師可以先在PAD 資料包中搭建虛擬實驗情境，并以問題的形式幫助學(xué)生進行探究實驗的設(shè)計。其中利用電子溫度計代替?zhèn)鹘y(tǒng)溫度計也大大提高了實驗效率和實驗的科學(xué)性。以往我們利用溫度計測冰水的溫度代替了冷的易拉罐表面溫度，而這節(jié)課因為使用了電子溫度計，它的敏感度極高，學(xué)生可以很容易地利用電子溫度計檢測出易拉罐表面的溫度變化，并且檢測出的實驗數(shù)據(jù)可以清楚地以圖表的形式顯示在PAD 中。

（三）評價先行，明確活動目標

《上海市小學(xué)自然課程標準（試行稿）》指出“自然科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程的學(xué)習(xí)評價應(yīng)通過‘教學(xué)—學(xué)習(xí)—評價’的有機結(jié)合，逐步建立發(fā)展性的評價體系，以促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高和全面健康的發(fā)展”。本節(jié)課中筆者采用先閱讀評價單的方式，讓學(xué)生對于問題解決的步驟有更明確的概念。在問題解決的過程中如果學(xué)生遇到困難可以通過閱讀評價表進行自我解決。

對此，筆者參考《徐匯區(qū)小學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)范實施指導(dǎo)意見（試行稿）》并根據(jù)本節(jié)課的活動設(shè)計，從方案設(shè)計、數(shù)據(jù)收集、實驗分析、音量控制這四個方面進行評價，并采用教師評價和組內(nèi)互評等多種評價方式。比如在方案設(shè)計時，如果小組可以選擇合適的器材并且方案設(shè)計正確，他們小組就可以獲得三星的最高評價。筆者認為，評價表可以在活動前出示，作為學(xué)生活動的“小老師”幫助學(xué)生規(guī)范操作、明確活動步驟。評價表具體內(nèi)容見表1。

表1 “‘抓住’水蒸氣”一課的小組活動評價表

三、教學(xué)反思

（一）基于課標，注重學(xué)情

課程標準是課堂教學(xué)設(shè)計的依據(jù)，學(xué)生情況更是課堂教學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)。為了能夠更好地設(shè)計一堂課，教師只有深入研讀課程標準，了解學(xué)生已有的知識儲備、生活經(jīng)驗和思維發(fā)展程度。因而，筆者認為在設(shè)計教學(xué)活動前，除了需要關(guān)注本節(jié)課教材內(nèi)容外，還需要了解本單元的單元教學(xué)目的，以及本單元在整個小學(xué)自然教材中的地位。此外，不同年齡段的學(xué)生認知特點不同，同一年齡段的學(xué)生之間也存在個體學(xué)習(xí)水平差異，如何設(shè)計具有層次的教學(xué)活動是教師需要認真思考的問題。筆者認為一堂好課既要讓大部分學(xué)生“吃”飽，又要讓一部分學(xué)生“吃”好，還要反思學(xué)生沒有“吃”飽的原因。

（二）關(guān)注思維，促進成長

小學(xué)階段是個人思維發(fā)展的重要時期，也是訓(xùn)練養(yǎng)成的最佳時期，因此處于該時期的學(xué)生可塑性極強。教師應(yīng)當(dāng)在教學(xué)過程中利用合適的問題給予學(xué)生更多的思維空間，激發(fā)學(xué)生的高階思維。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下先體驗解決問題的過程，再在解決問題的過程中慢慢獲得知識、學(xué)會思考，認知能力逐漸得到提升，最終形成自己特有的一套解決問題的方法。此外，在教學(xué)活動中采用評價先行的方式，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，還可以促進教學(xué)活動更加順利、有效地開展，提高教學(xué)效果。

（三）主動學(xué)習(xí)，提升素養(yǎng)

我們常說“要給學(xué)生一杯水，教師就得有一桶水”。小學(xué)自然學(xué)科涉及物理、地理、生物等多方面知識，學(xué)科本身就要求教師具備較高的專業(yè)素養(yǎng)。如今科技的發(fā)展速度極快，教學(xué)設(shè)備的更新驅(qū)使著課堂教學(xué)的更新，教師更應(yīng)該主動更新教學(xué)方式和教學(xué)手段，將傳統(tǒng)實驗活動不能夠達到的目標利用新技術(shù)得以突破，才能更好地適應(yīng)教學(xué)的發(fā)展。