核心素養(yǎng)下的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說課

【摘要】本文基于小學(xué)科學(xué)課程具有實(shí)踐性的特征，以“熱在金屬中的傳遞”一課為例，通過說課的形式，論述小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化策略：創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題；依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，控制變量，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置；依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維；總結(jié)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué) 核心素養(yǎng) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 說課 實(shí)驗(yàn)裝置

【中圖分類號(hào)】G62 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2023）34-0073-04

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《科學(xué)課標(biāo)》）指出：小學(xué)科學(xué)課程是一門體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，具有實(shí)踐性。核心素養(yǎng)指的是人在知識(shí)、技能以及情感方面所體現(xiàn)出的一種綜合性的表現(xiàn)，在小學(xué)科學(xué)課堂上積極開展以探究和實(shí)踐為主的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有利于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究和實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)說課是指教師依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生情況、實(shí)驗(yàn)環(huán)境等分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，陳述實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，講述實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)，闡明實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)想及其理論依據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行反思和評(píng)價(jià)?；诤诵乃仞B(yǎng)下的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說課是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的重要途徑。教師應(yīng)給予重視，并根據(jù)《科學(xué)課標(biāo)》的指導(dǎo)思想，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程設(shè)計(jì)等方面展開理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究。下面，筆者以教科版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)第四單元中的第4課“熱在金屬中的傳遞”為例，探究小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略。

一、創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為此，教師可采用創(chuàng)設(shè)問題情境的策略，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學(xué)生參與課堂的積極性，高效達(dá)成實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)。

以教科版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)下冊(cè)第四單元第4課“熱在金屬中的傳遞”為例。本節(jié)課探究內(nèi)容是，了解熱在金屬中的傳遞方向，研討熱在金屬中的傳遞方式，拓展三種熱傳遞方式。

探究始于問題，問題在情境中產(chǎn)生，筆者采用創(chuàng)設(shè)問題情境的策略，引導(dǎo)學(xué)生觀察熱在金屬條中傳遞的方向，激發(fā)學(xué)生的好奇心，給予學(xué)生提出問題的機(jī)會(huì)，對(duì)教材中提供的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況進(jìn)行驗(yàn)證（時(shí)間是2020年秋季學(xué)期，筆者任教五年級(jí)的5個(gè)教學(xué)班60個(gè)實(shí)驗(yàn)組都參與驗(yàn)證）。其過程和實(shí)際情況如下。

器材準(zhǔn)備：鐵架臺(tái)、酒精燈、金屬條、火柴、感溫油墨。

教師提問：“怎樣讓金屬條上的熱傳遞可以被我們‘看到呢？哪些材料可以幫助我們呢？”學(xué)生回答：“蠟燭、凡士林、感溫油墨?！苯處熇^續(xù)追問：“有了這些材料的幫助，我們可以怎么設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？?/p>

師生交流后，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)：將金屬條固定在鐵架上，在金屬條上涂上溫變油墨，用酒精燈在金屬條一端加熱，通過顏色的改變過程來觀察和記錄熱傳遞的方向。學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的步驟和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等，教師強(qiáng)調(diào)學(xué)生注意安全。學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后，開展小組實(shí)驗(yàn)探究并做好記錄，教師巡回指導(dǎo)，師生討論交流實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)。

學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，部分小組在實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)了問題。5個(gè)教學(xué)班的60個(gè)實(shí)驗(yàn)組中，有11個(gè)小組因控制不好金屬條與火焰的距離而燒著油墨，引發(fā)安全問題，沒能完成實(shí)驗(yàn)；有21個(gè)小組提出觀察到了顏色的變化，但沒有產(chǎn)生電子數(shù)字化的溫度變化直觀效果。

綜合以上問題，師生發(fā)現(xiàn)依據(jù)教材提供的實(shí)驗(yàn)方法開展實(shí)驗(yàn)的不足之處：難以控制金屬條與酒精燈火焰的距離而燒著油墨，不夠安全；有了顏色的直觀感受，卻沒有電子數(shù)字化的溫度變化直觀效果，精準(zhǔn)性不高。

二、依據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，控制變量，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

為了使學(xué)生更好觀察熱傳遞過程，并有效地解決以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)出現(xiàn)的問題，筆者采取了這樣的解決方案：在鋁條表面涂上溫變油墨（遇高溫會(huì)改變顏色），用探針式溫度計(jì)測量鋁條的溫度變化。筆者將改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)用于課堂，依據(jù)實(shí)際情況，控制好變量，從而優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置。

1.第一次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

在鋁條表面涂上溫變油墨，通過顏色的改變過程來觀察熱傳遞的方向。筆者采用工業(yè)上常見的測溫儀器——探針式溫度計(jì)，測量鋁條上其中一個(gè)點(diǎn)的溫度變化，學(xué)生可以直觀地觀察屏幕上的溫度數(shù)據(jù)變化。完成以上改進(jìn)后，筆者把變色和測溫兩種裝置整合成一套裝置，學(xué)生可以更清楚地觀察到熱傳遞的過程。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

在運(yùn)用以上實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，筆者又發(fā)現(xiàn)了新的問題：鋁條固定后，學(xué)生在使用酒精燈時(shí)，酒精燈火焰的火苗時(shí)大時(shí)小，火大時(shí)溫度太高油墨很容易被點(diǎn)燃，很不安全；用探針式溫度計(jì)測量鋁條的溫度變化，只設(shè)計(jì)了一個(gè)探溫點(diǎn)，不夠精準(zhǔn)；學(xué)生測溫時(shí)，要同時(shí)按秒表和探針式溫度計(jì)，并且只能手動(dòng)記錄溫度數(shù)據(jù)，這種做法比較麻煩，又不精準(zhǔn)。

2.第二次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

為了解決第一次改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置在試教過程中出現(xiàn)的問題，使實(shí)驗(yàn)過程更規(guī)范，實(shí)驗(yàn)效果更明顯，結(jié)果更準(zhǔn)確，筆者又做了進(jìn)一步改進(jìn)：在鋁條表面涂上溫變油墨，設(shè)計(jì)滑輪滾動(dòng)可調(diào)節(jié)鋁條的高度，進(jìn)而可根據(jù)火苗的大小調(diào)節(jié)火苗與鋁條加熱端的距離，讓油墨不至于溫度太高被點(diǎn)燃，從而解決了安全問題。鑒于熱源的位置是可移動(dòng)調(diào)節(jié)的，筆者在鋁條上設(shè)計(jì)了熱源的不同位置為A、B、C三點(diǎn)，探溫點(diǎn)為D點(diǎn)，多點(diǎn)測量，得出的溫度變化數(shù)據(jù)更精準(zhǔn)。用新的探針式溫度器測量鋁條的溫度變化，觀察屏幕上的溫度數(shù)據(jù)變化，并記錄和生成溫度變化數(shù)據(jù)，可上傳手機(jī)和電腦進(jìn)行精準(zhǔn)分析，以信息技術(shù)助推科學(xué)探究，從而更科學(xué)、準(zhǔn)確、直觀地認(rèn)識(shí)熱傳遞的方向。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

三、依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

《科學(xué)課標(biāo)》指出：教師幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的過程和方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，培養(yǎng)小學(xué)生具有初步的比較、判斷、歸納、分類、想象、創(chuàng)新、概括等思維能力。

教學(xué)過程設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)說課的重要部分，為了突出本課的教學(xué)重難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)。在學(xué)生的探究過程中，教師應(yīng)多關(guān)注學(xué)生的思維訓(xùn)練以及探究方法的使用，依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析，可以檢驗(yàn)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)裝置在學(xué)生的探究環(huán)節(jié)中是否有效。

“熱在金屬中的傳遞”這一課主要呈現(xiàn)的熱傳遞方式是靠熱傳導(dǎo)，五年級(jí)的學(xué)生依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)熱傳導(dǎo)概念有了一定的認(rèn)識(shí)，但是他們還不能真正理解抽象的熱傳導(dǎo)的傳遞過程和方向，所以在教學(xué)過程的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，筆者以學(xué)生原有知識(shí)水平為起點(diǎn)，以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置為切入點(diǎn)，在科學(xué)探究中發(fā)展學(xué)生的合作能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

本課的教學(xué)過程設(shè)計(jì)如下：教師先創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生思考猜想“熱是怎樣傳遞的”，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、大膽猜想、提出假設(shè)，并自主嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，參考課本的實(shí)驗(yàn)以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，通過實(shí)驗(yàn)觀察熱在金屬片中的傳遞過程和方向。學(xué)生通過觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析熱傳導(dǎo)過程中有哪些共同特點(diǎn)，以深入理解“熱量可以在物體內(nèi)和物體間傳遞”的概念。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位運(yùn)用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置重新實(shí)驗(yàn)，提醒學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，注意酒精燈的安全使用，尤其是注意鋁條的顏色變化和探針式溫度器的溫度變化，做好實(shí)驗(yàn)記錄。具體操作環(huán)節(jié)如下。

1.學(xué)生探索改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生固定鋁條，涂上溫變油墨，用酒精燈在鋁條一端加熱，通過顏色的改變過程來觀察熱傳遞的方向，并記錄判斷熱傳遞的方向，教師巡回指導(dǎo)。學(xué)生記錄，師生交流實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)。

2.學(xué)生繼續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生測量，用探針式溫度計(jì)測量鋁條不加熱的另一端的溫度變化，觀察屏幕上的溫度數(shù)據(jù)變化，并記錄和生成溫度變化數(shù)據(jù)，可上傳手機(jī)和電腦進(jìn)行精準(zhǔn)分析。

教師設(shè)計(jì)如表1所示的“熱在金屬中的傳遞的實(shí)驗(yàn)探究記錄表”，引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)關(guān)注鋁條的顏色變化和探針式溫度器的溫度變化，做好實(shí)驗(yàn)記錄。

3.學(xué)生研討熱傳遞的方向，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作

學(xué)生運(yùn)用改進(jìn)后的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，過程較為順利。例如，第5小組的學(xué)生通過動(dòng)手操作、小組合作完成實(shí)驗(yàn)，觀察到鋁條上油墨顏色變化：加熱前黑色，加熱后變紅色，并且顏色是從鋁條加熱的一端到另一端逐漸從黑色變紅色。學(xué)生手動(dòng)記錄好熱源在鋁條A點(diǎn)時(shí)，探針式溫度器測得探溫點(diǎn)D點(diǎn)的溫度：加熱前是27.7℃，加熱后每30秒記錄一次，3分鐘后溫度升高到42.7℃。

在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生需要連續(xù)測三次，分別是探針式溫度器測得的熱源在A、B、C三點(diǎn)時(shí)，探溫點(diǎn)D點(diǎn)的溫度。探針式溫度器會(huì)自動(dòng)記錄和生成溫度變化數(shù)據(jù)，并上傳手機(jī)和電腦可供學(xué)生進(jìn)行精準(zhǔn)分析。探針式溫度器自動(dòng)記錄和生成的溫度變化數(shù)據(jù)如下頁圖3“探針式溫度器測得的溫度”所示，學(xué)生可以看到同樣的加熱時(shí)間3分鐘內(nèi)，探針式溫度器測得的熱源在A點(diǎn)時(shí)，探溫點(diǎn)D點(diǎn)的溫度：從加熱前的27.7℃逐漸升溫到42.7℃；探針式溫度器測得的熱源在B點(diǎn)時(shí)，探溫點(diǎn)D點(diǎn)的溫度：從加熱前的29.7℃逐漸升溫到65.1℃；探針式溫度器測得的熱源在C點(diǎn)時(shí)，探溫點(diǎn)D點(diǎn)的溫度：從加熱前的30.3℃逐漸升溫到77.2℃。根據(jù)溫度數(shù)據(jù)分析，可以得出探針式溫度器測得的熱源在A、B、C三點(diǎn)時(shí)，探溫點(diǎn)D點(diǎn)的溫度都是逐漸上升，并且熱會(huì)從鋁條加熱的一端傳遞到另一端。

4.學(xué)生依據(jù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作的具體情況，討論得出：熱會(huì)從較熱的物體（或物體的一部分）傳遞到較冷的物體（或物體的一部分）；通過直接接觸，將熱從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，或者從物體的一部分傳遞到另一部分的傳熱方式叫作熱傳導(dǎo)。

通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生能較為準(zhǔn)確地觀察到熱傳遞的過程。學(xué)生用文字或圖示記錄過程，小組內(nèi)交流討論觀察到的關(guān)于熱是怎樣傳遞的現(xiàn)象。學(xué)生綜合各組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)出通過在鋁條表面涂上溫變油墨，遇高溫會(huì)改變顏色，通過顏色變化加強(qiáng)視覺效果；用探針式溫度器測量鋁條的溫度變化，通過溫度變化數(shù)據(jù)顯示和生成的溫度變化數(shù)據(jù)折線圖分析，測量結(jié)果更明顯。整個(gè)過程進(jìn)一步完善了學(xué)生在探究過程中的直觀體驗(yàn)，其準(zhǔn)確性、高效性、普及性、推廣性都較強(qiáng)。

四、總結(jié)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新對(duì)實(shí)驗(yàn)說課至關(guān)重要。教師在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新示范和引導(dǎo)的過程中，要鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

與教材中的“熱在金屬中的傳遞”的實(shí)驗(yàn)相比，在鋁條表面涂上溫變油墨，用探針式溫度器測量鋁片的溫度變化，實(shí)驗(yàn)效果更明顯也更為準(zhǔn)確。在本課中，學(xué)生運(yùn)用改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，教師繼續(xù)追問：“改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置與教材中的實(shí)驗(yàn)器材相比，有哪些創(chuàng)新點(diǎn)？”學(xué)生進(jìn)行觀察對(duì)比后，小組討論交流，爭相發(fā)言，總結(jié)出了該裝置新增功能的創(chuàng)新點(diǎn)：“更直觀，熱傳導(dǎo)的方向可通過顏色變化能直觀觀察到?！薄皵?shù)字可視化可實(shí)時(shí)顯示溫度變化，更科學(xué)。”“生成溫度變化數(shù)據(jù)，上傳手機(jī)或電腦分析更精準(zhǔn)。”“操作更簡便明了?！薄耙徽籽b置可更完整清楚地觀察到熱傳遞的過程?！薄霸撗b置還可以拓展應(yīng)用于下一課的銅、鋁、鋼的傳熱性能比較等實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。”

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新主要是為了更清晰地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)和拓展應(yīng)用。筆者在本課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置，從而使學(xué)生更積極地參與課堂。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置既有明顯的顏色變化又有明顯的溫度變化，學(xué)生可以更加清晰地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，深入了解熱在金屬中的傳遞過程和方向，激發(fā)了做實(shí)驗(yàn)的興趣，進(jìn)一步培養(yǎng)了創(chuàng)新思維。

總之，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師依次采用了以上四種教學(xué)策略，有效解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論與實(shí)踐脫節(jié)的問題。從學(xué)生角度來看，學(xué)生參與課堂活動(dòng)的時(shí)間更多，更加專注于課堂學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)的理解更加深刻，運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力也明顯提高。

參考文獻(xiàn)

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注：本文系南寧市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度B類（自籌經(jīng)費(fèi)重點(diǎn)）課題“小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)器材改進(jìn)與創(chuàng)新的實(shí)踐研究”（2021B068）的階段研究成果。

作者簡介：王夢詩（1991— ），廣西博白人，本科，二級(jí)教師，主要研究方向?yàn)樾W(xué)科學(xué)教學(xué)。

（責(zé)編 盧 安）