運(yùn)用微粒運(yùn)動(dòng)圖示教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生用微觀結(jié)構(gòu)解釋宏觀現(xiàn)象

◇湯永海（浙江：杭州蕭山區(qū)葛云飛小學(xué)）

在《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，物質(zhì)領(lǐng)域板塊的“空氣”單元出現(xiàn)了“空氣能否被壓縮”這一宏觀分辨現(xiàn)象，運(yùn)用了“從微觀結(jié)構(gòu)看物質(zhì)形態(tài)變化”的圖示教學(xué)法。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)特性，從微觀結(jié)構(gòu)來(lái)理解是一種必要的方式，即使在小學(xué)階段也需要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物質(zhì)微觀世界的想象力。本文通過(guò)搜尋物質(zhì)單元隱含微觀結(jié)構(gòu)的教學(xué)環(huán)節(jié)，整合宏觀與微觀的內(nèi)涵關(guān)系，在學(xué)生認(rèn)知能力的基礎(chǔ)上，運(yùn)用微粒運(yùn)動(dòng)圖示教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生用微觀結(jié)構(gòu)解釋宏觀現(xiàn)象，為學(xué)習(xí)物質(zhì)科學(xué)打好基礎(chǔ)。

一、教學(xué)分析

（一）微觀認(rèn)知的局部呈現(xiàn)

對(duì)低中年級(jí)小學(xué)生而言，由于認(rèn)知年齡的局限，對(duì)微觀世界的認(rèn)知甚少，在科學(xué)學(xué)習(xí)中能對(duì)生活中的宏觀現(xiàn)象，如刮風(fēng)下雨、日月星辰等做出直觀描述，就已經(jīng)很不錯(cuò)了，很難會(huì)有微觀世界的考慮和認(rèn)知。

微觀結(jié)構(gòu)的形成是建立在大量宏觀現(xiàn)象的基礎(chǔ)上的，不可能是憑空想象，也不能通過(guò)大量記憶知識(shí)自發(fā)形成。因?yàn)楹暧^與微觀這兩方面在學(xué)生的頭腦中往往是孤立的、碎片的，不可能在短時(shí)間內(nèi)形成有機(jī)的聯(lián)系。對(duì)微觀世界的認(rèn)知和微觀結(jié)構(gòu)的建立，是一個(gè)逐步滲透、逐漸完善的過(guò)程。對(duì)低中年級(jí)學(xué)生來(lái)講，似乎有點(diǎn)拔高。但教材中卻已經(jīng)出現(xiàn)了需要用微觀結(jié)構(gòu)來(lái)解釋的任務(wù)，對(duì)學(xué)生現(xiàn)階段認(rèn)知水平與學(xué)習(xí)任務(wù)要求出現(xiàn)了矛盾。當(dāng)然，我們并不是要求學(xué)生現(xiàn)在就清晰認(rèn)知物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而是需要用符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的方式，來(lái)解釋或解決現(xiàn)在的任務(wù)，使其更容易接受和理解。

（二）微粒圖示教學(xué)法的直觀顯現(xiàn)

鑒于對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的概念建立難度較高、過(guò)程較長(zhǎng)，筆者建議小學(xué)階段用微粒圖示法來(lái)輔助學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。將物質(zhì)的狀態(tài)變化想象成一個(gè)個(gè)微粒的運(yùn)動(dòng)變化，在分析與比較基礎(chǔ)上，通過(guò)線條、箭頭、位置等標(biāo)識(shí)直觀形象地建立事物之間的關(guān)系，讓學(xué)生清楚地“看見(jiàn)”自己的所思所想，將內(nèi)隱的思考過(guò)程外顯為“可視化”狀態(tài)，從而推動(dòng)學(xué)生的思維從低年級(jí)的具體形象思維向高年級(jí)的抽象邏輯思維發(fā)展。

二、運(yùn)用微粒運(yùn)動(dòng)圖示教學(xué)法，建立宏觀與微觀的關(guān)聯(lián)

“水”單元的封面主圖，是水在自然界循環(huán)的場(chǎng)景圖，這肯定是個(gè)宏觀的圖示。但是，仔細(xì)看會(huì)發(fā)現(xiàn)：從森林和河流上升的寓意水蒸氣的箭頭，既是宏觀的空間運(yùn)動(dòng)，也是微粒運(yùn)動(dòng)的呈現(xiàn)；從天空云層中下落的雨點(diǎn)，也是微粒運(yùn)動(dòng)的呈現(xiàn)。所以說(shuō)，水在自然界不斷上升下降的循環(huán)變化，既是宏觀反映也是微觀呈現(xiàn)。

加強(qiáng)學(xué)生微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)知，必須在研究教材的基礎(chǔ)上，匠心獨(dú)運(yùn)，需要利用一幅圖、一個(gè)問(wèn)題、一個(gè)小小的模型等教學(xué)方式，來(lái)引起學(xué)生對(duì)微觀知識(shí)的興趣。圖示法在課堂教學(xué)中操作易行，它直觀、簡(jiǎn)捷、形象、具體，以圖示的形式進(jìn)行表達(dá)，將學(xué)生頭腦中的圖像簡(jiǎn)潔畫(huà)出來(lái)，并以此了解學(xué)生的認(rèn)知程度。

（一）顆粒大小——建立微粒結(jié)構(gòu)意識(shí)

《在水能溶解多少物質(zhì)》一課的教學(xué)，就可以為學(xué)生建立物質(zhì)顆粒從大到小變化的微粒觀。例如石塊敲碎變小石子，小石子碾碎變沙子，沙子再變小就成粉末了，粉末再精細(xì)研磨就成為納米級(jí)顆粒。物質(zhì)的顆粒大小雖然改變了，甚至變成了肉眼不可見(jiàn)的微小顆粒，但是物質(zhì)肯定還存在，這就是物質(zhì)的微粒狀態(tài)。通過(guò)小小的活動(dòng)，喚醒學(xué)生對(duì)物質(zhì)的微觀認(rèn)識(shí)，也為后面的學(xué)習(xí)打下伏筆。

在“水”單元第一課《水到哪里去了》教學(xué)中，有兩杯水經(jīng)過(guò)2～3 天后比較的實(shí)驗(yàn)，開(kāi)口的杯子水面下降，蓋薄膜的杯子水面幾乎不變，薄膜上出現(xiàn)水珠。在這個(gè)分析構(gòu)成中，可以讓學(xué)生來(lái)畫(huà)一畫(huà)水減少的現(xiàn)象。學(xué)生的畫(huà)法大致有以下三種（如圖1）：

圖1 現(xiàn)象圖示與微粒圖示

從圖1 的現(xiàn)象圖示來(lái)看，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的表達(dá)方式各種各樣，但都明確水從杯口擴(kuò)散出去了，而且總趨勢(shì)都是往上，只是表達(dá)運(yùn)動(dòng)路線有直線、曲線等不同方式。這時(shí)，教師可以要求學(xué)生用圖1 的微粒圖示來(lái)統(tǒng)一表達(dá)，用小顆粒表示水的微粒，很多小顆粒表示水從杯口出去了。這樣的水微粒分布圖示法，更能體現(xiàn)水以微粒形式擴(kuò)散在空氣中慢慢減少的過(guò)程，將水蒸發(fā)的不可見(jiàn)過(guò)程變成了可見(jiàn)的形態(tài)。

（二）顆粒位置——呈現(xiàn)微粒分布狀態(tài)

在表示物質(zhì)在水中的溶解情況時(shí)，微粒運(yùn)動(dòng)的圖示法就非常直觀和實(shí)用，對(duì)理解溶解與不溶解起到關(guān)鍵的作用。糖能溶解在水中均勻分布，就用大小和間距都相同的顆粒表示；油不能溶解在水中，就用顆粒緊密排列在水面附近；沙不能溶解在水中，就用顆粒堆積在水底。由圖2 的圖示法可知，不僅能將糖溶解的不可見(jiàn)性和均勻分布的狀態(tài)直觀地顯示出來(lái)，而且連不溶解的油、沙的分布位置和狀態(tài)也能準(zhǔn)確表達(dá)。

圖2 溶解與不溶解的圖示法

在分離鹽和沙的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了讓學(xué)生畫(huà)一畫(huà)分離前后的物質(zhì)狀態(tài)。因?yàn)橛袃煞N物質(zhì)存在，就讓學(xué)生用白圈表示鹽，用黑點(diǎn)表示沙。既要用圖示法表示出兩種物質(zhì)分離前后的分布位置，還要表示出分布狀態(tài)是集中某處還是均勻分布各處。學(xué)生因?yàn)橛辛酥暗奈⒘．?huà)圖經(jīng)驗(yàn)，也能準(zhǔn)確畫(huà)出分離前的鹽、沙混合堆積，也能畫(huà)出分離后鹽的均勻分布與沙的沉在水底。

（三）顆粒距離——解釋微粒狀態(tài)變化

在比較空氣和水能否被壓縮的實(shí)驗(yàn)中，我們能清楚地觀察到空氣可以被壓縮，而水不可以被壓縮。學(xué)生固有經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該是水也能被壓縮，因?yàn)樗c空氣具體更多相似性：無(wú)色無(wú)味透明、沒(méi)有固定形狀、會(huì)流動(dòng)。

在解釋能否被壓縮的特性時(shí)，課文用了微粒結(jié)構(gòu)的圖示法來(lái)解釋?zhuān)瑢?duì)學(xué)生來(lái)講是比較直觀的，更容易接受。運(yùn)用微粒運(yùn)動(dòng)圖示法，我們可先來(lái)畫(huà)一畫(huà)空氣和水在容器中的分布狀態(tài)，然后再來(lái)分析被壓縮的可能性。由圖3 可知，左圖的空氣微粒結(jié)構(gòu)松散，分布無(wú)規(guī)律，微粒間距離比較大，沒(méi)有固定的物體表面；右圖的水微粒結(jié)構(gòu)緊密，分布整齊有規(guī)律，微粒間距離小，有清楚的水的表面。這樣就容易理解，一個(gè)松軟的東西容易被壓縮，而一個(gè)緊實(shí)的東西往往不容易被壓縮。教材對(duì)空氣微粒運(yùn)動(dòng)的解釋?zhuān)褪切∪θΡ硎疚镔|(zhì)的顆粒，通過(guò)物質(zhì)顆粒間的距離變化來(lái)表示壓縮前后物質(zhì)分布狀態(tài)的變化，從而出現(xiàn)容易被壓縮和不容易被壓縮的兩種情況。請(qǐng)?zhí)貏e留意，教材中對(duì)空氣被壓縮過(guò)程的示意圖，就是用“〇”表示空氣顆粒。

圖3 空氣和水分布

同樣的方法，可以幫助學(xué)生理解水的三態(tài)變化，其實(shí)就是水的微粒的距離變化的結(jié)果：水的微粒距離越大、越松散，就形成了氣體狀態(tài)；水的微粒距離縮小，呈現(xiàn)一定的排列規(guī)律，就變成了液體狀態(tài)；如果水的微粒距離極小，相互間緊密擠在一起，那就是固體狀態(tài)硬邦邦的冰了。

（四）顆粒分布——思考微粒運(yùn)動(dòng)效果

看《我們來(lái)做熱氣球》一課，學(xué)生在這個(gè)單元已經(jīng)學(xué)習(xí)了熱空氣會(huì)變輕上升的知識(shí)，但是對(duì)于熱空氣的分布狀態(tài)卻還沒(méi)有形成相應(yīng)的微粒空間分布的差異認(rèn)識(shí)，因而在完成熱氣球升空后的理性分析中，還是出現(xiàn)了各種版本的理解。有將熱空氣畫(huà)在熱氣球入口周?chē)屹N著氣球皮的；將熱空氣全部上升到熱氣球最頂部的；有將熱空氣升到了氣球頂部，稍微散開(kāi)些的；有將微粒數(shù)量明顯增加，表示里面熱空氣大量增加，但是體積只是略有增加的……其實(shí)，學(xué)生問(wèn)題的暴露，關(guān)鍵就是還沒(méi)有搞清楚熱空氣發(fā)生的變化是跟誰(shuí)比較，發(fā)生了哪些變化。正確的理解應(yīng)該是熱空氣當(dāng)然是越多越容易升空，但是熱空氣越多體積就越大，熱空氣在分布上比冷空氣要更松散，就是微粒間的距離應(yīng)該更大。所以熱氣球中的熱空氣微粒應(yīng)該是數(shù)量更多、間距更大才對(duì)，這是相對(duì)于熱氣球外面的冷空氣而言的。

所以，我們只需要在學(xué)生圖示（見(jiàn)圖4）的熱氣球圖片上上增加一個(gè)熱氣球外圍空氣微粒分布的背景就可以了，讓學(xué)生知道熱空氣是相對(duì)氣球外的冷空氣比較的，在與冷空氣比較之后，發(fā)現(xiàn)空氣微粒在空間分布上相互間距離更大、數(shù)量更多，從而體積更大了，熱氣球才會(huì)獲得更大浮力而上升。

圖4 熱氣球外圍空氣與內(nèi)部空氣分布實(shí)驗(yàn)單

三、教學(xué)思考

運(yùn)用微粒運(yùn)動(dòng)圖示教學(xué)法，能讓學(xué)生逐步建立一種物質(zhì)的微觀認(rèn)知，從而強(qiáng)化用微觀結(jié)構(gòu)解釋宏觀現(xiàn)象的意識(shí)。在小學(xué)階段，我們將會(huì)涉及“微小的世界”單元，探尋微小生物的存在，認(rèn)識(shí)動(dòng)植物細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)，這也是對(duì)微觀認(rèn)知的培養(yǎng)。將來(lái)，學(xué)生會(huì)更細(xì)化為物質(zhì)微粒結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)中，教師需要把握教材章節(jié)的知識(shí)特點(diǎn)，做到“見(jiàn)宏思微，以宏窺微”，逐步滲透和形成微觀意識(shí)。

將實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)轉(zhuǎn)化成學(xué)生用微粒運(yùn)動(dòng)的圖示教學(xué)法解釋過(guò)程，能幫助學(xué)生建立起“物質(zhì)是由微粒構(gòu)成，微粒很小，是會(huì)運(yùn)動(dòng)的，有間隙的，微粒間又是相互作用的”微粒觀，為培養(yǎng)學(xué)生宏觀微觀結(jié)合的素養(yǎng)提升起到貫通的作用。今天我們所運(yùn)用的微粒運(yùn)動(dòng)圖示教學(xué)法，是為將來(lái)的微觀世界學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)的。

總之，在科學(xué)探究學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)學(xué)生的微粒觀是必要的，能結(jié)合現(xiàn)階段的認(rèn)知水平，用微粒運(yùn)動(dòng)的圖示教學(xué)法進(jìn)行個(gè)人觀點(diǎn)的呈現(xiàn)，這是學(xué)生微粒觀形成的有效途徑，有助于培養(yǎng)學(xué)生具有微觀結(jié)構(gòu)的想象力。■