□金蕾紅 蔣柳青
《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022 年版)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“2022 年版課標(biāo)”)指出,科學(xué)素養(yǎng)包括:科學(xué)思維、態(tài)度責(zé)任、科學(xué)觀念和探究實(shí)踐。科學(xué)觀念是在理解科學(xué)概念、規(guī)律、原理的基礎(chǔ)上形成的對(duì)客觀事物的總體認(rèn)識(shí)。學(xué)生“需要明確與科學(xué)概念相關(guān)的現(xiàn)象和過(guò)程,能夠運(yùn)用科學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述或解釋自然現(xiàn)象,并理解概念之間的關(guān)系,靈活應(yīng)用科學(xué)概念”。可見(jiàn),對(duì)科學(xué)概念的教學(xué)是提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效抓手。
然而,在當(dāng)前的課堂中,許多學(xué)生只是被動(dòng)地接受教師的指令,開(kāi)展探究活動(dòng),導(dǎo)致科學(xué)概念的建構(gòu)停留在表層,不利于提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。要解決這一問(wèn)題,教師須立足學(xué)情,設(shè)計(jì)層層遞進(jìn)的探究環(huán)節(jié),讓學(xué)生經(jīng)歷概念建構(gòu)的全過(guò)程。
《壓縮空氣》是教科版《科學(xué)》三年級(jí)上冊(cè)第二單元“空氣”中的內(nèi)容,教材主要編排了兩個(gè)活動(dòng):一是利用兩個(gè)相同的注射器,分別抽進(jìn)同樣多的水和空氣,再用大拇指指腹堵住注射器管口,將活塞往里推,然后松手,觀察注射器有什么變化;二是慢慢用力往外拉注射器活塞,然后松手,觀察注射器有什么變化。學(xué)生不難從實(shí)驗(yàn)中得出“水不容易被壓縮,而空氣容易被壓縮,且被壓縮的空氣有彈性”的結(jié)論。最后是讓學(xué)生嘗試從微粒的角度對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋。三年級(jí)的學(xué)生第一次在科學(xué)領(lǐng)域中接觸“微?!边@個(gè)詞,而空氣是看不見(jiàn)摸不著的,學(xué)生難以從這一角度解釋相關(guān)現(xiàn)象。本課的基本概念是空氣,教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生理解空氣和石頭、水一樣,是一種物質(zhì),并且讓學(xué)生知道宇宙中所有的物質(zhì)都是由微粒構(gòu)成的,空氣也不例外。對(duì)此,教師要給學(xué)生提供便于探究的環(huán)境和學(xué)習(xí)科學(xué)概念的支架。
科學(xué)教學(xué)中,選擇合適的實(shí)驗(yàn)材料至關(guān)重要。良好的實(shí)驗(yàn)材料往往能激發(fā)學(xué)生的探究興趣,使學(xué)生初步感知概念?!秹嚎s空氣》一課的教學(xué)中,為了保證實(shí)驗(yàn)操作方便,成功率高,筆者多次試教并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料,具體如表1。
表1 試教與實(shí)驗(yàn)材料改進(jìn)過(guò)程
在用不帶封口套的注射器進(jìn)行自主研究的過(guò)程中,有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)注射器管口射出來(lái)的空氣是冷的;有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)注射器可以像水槍一樣把空氣吸進(jìn)去;有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)用手堵住管口后,先用力往里壓,再突然松手,活塞會(huì)反彈出去。給注射器管口套上封口套后,往里推活塞或往外拉活塞,沒(méi)有出現(xiàn)漏氣的現(xiàn)象。學(xué)生排除了干擾因素,課堂觀察更易聚焦在空氣被壓縮和擴(kuò)張的現(xiàn)象上。在這一過(guò)程中,注射器封口套這一實(shí)驗(yàn)材料是幫助學(xué)生理解概念的“重要幫手”??梢?jiàn),精選實(shí)驗(yàn)材料,有助于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn),使科學(xué)課堂更高效。
科學(xué)課堂上,由于探究活動(dòng)缺乏重心,部分學(xué)生對(duì)概念的理解只停留在前概念水平。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主探究,暴露前概念,使后續(xù)教學(xué)更有針對(duì)性。
《壓縮空氣》一課的學(xué)習(xí)中,給注射器管口套上封口套后,學(xué)生發(fā)現(xiàn):往里推活塞,空氣占據(jù)的空間變??;往外拉活塞,空氣占據(jù)的空間變大。筆者提問(wèn):活塞往里推,空氣占據(jù)的空間變?。换钊饫?,空氣占據(jù)的空間變大。在這兩個(gè)過(guò)程中,是什么發(fā)生了變化,導(dǎo)致空氣占據(jù)的空間發(fā)生了變化?如果我們用點(diǎn)來(lái)表示空氣微粒,你能畫(huà)出活塞向內(nèi)推、向外拉后空氣微粒的狀態(tài)嗎?學(xué)生通過(guò)畫(huà)圖的形式表達(dá)自己的想法,如圖1、圖2。
圖1
圖2
如圖1、圖2所示,學(xué)生主要有兩種猜想:(1)空氣占據(jù)空間大小的變化過(guò)程中,總量是不變的;(2)空氣占據(jù)空間大小的變化過(guò)程中,總量可能變少也可能變多。這一過(guò)程暴露了學(xué)生的前概念,為后續(xù)教學(xué)的推進(jìn)提供了方向。
為了糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知,筆者組織學(xué)生討論,幫助學(xué)生初步建立科學(xué)概念。
師:有的小組認(rèn)為空氣壓縮前后,空氣總量是不變的;有的小組認(rèn)為空氣壓縮前后,空氣總量發(fā)生了變化。這些都只是你們的猜測(cè),你們有什么證據(jù)可以證明自己小組的觀點(diǎn)呢?
生:如果空氣總量是不一樣的,那么在活塞往里推或往外拉的過(guò)程中會(huì)有空氣從封口套處進(jìn)出。
師:怎么判斷是否有空氣進(jìn)出?
(學(xué)生小組討論。)
生:把注射器放進(jìn)水里,往里推,如果封口套處有氣泡冒出,就說(shuō)明有空氣出來(lái),反之亦然。
學(xué)生調(diào)動(dòng)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn),展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是封口套處沒(méi)有氣泡冒出,說(shuō)明注射器中的空氣總量在空氣被壓縮前后是一樣的。由此,學(xué)生的思維偏差得到了修正。
經(jīng)過(guò)上述學(xué)習(xí)環(huán)節(jié),學(xué)生進(jìn)一步證明:在空氣占據(jù)空間大小的變化過(guò)程中,其總量是不變的。在此基礎(chǔ)上,筆者繼續(xù)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行探討,幫助學(xué)生建立科學(xué)概念。
師:我們知道,在注射器往里推或往外拉的過(guò)程中,里面的空氣總量是不變的。那么,注射器在往里推和往外拉的過(guò)程中,其中的空氣微粒發(fā)生了什么變化?
(學(xué)生思考。)
師:讓我們?cè)俅蝿?dòng)手,分別將注射器往里推、往外拉,看看空氣微粒到底發(fā)生了什么變化。
(學(xué)生動(dòng)手操作。)
師:同學(xué)們遇到了什么困難?
生:空氣是透明無(wú)色的,我們無(wú)法看見(jiàn),更不可能看見(jiàn)空氣微粒。
師:老師這里有一種有顏色的氣體,用它替換空氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn),看看能觀察到什么現(xiàn)象。
(學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行匯報(bào)。)
生:注射器活塞往里推時(shí),氣體顏色變深;注射器活塞往外拉時(shí),氣體顏色變淺。
師:這個(gè)現(xiàn)象能證明什么呢?
生:注射器活塞往里推時(shí),氣體顏色變深是因?yàn)闅怏w微粒堆積在一起;注射器活塞往外拉時(shí),氣體顏色變淡是因?yàn)闅怏w微粒分散開(kāi)了。
師:類(lèi)比這種有顏色的氣體,注射器活塞往里推和往外拉時(shí)空氣微粒又發(fā)生了什么變化?
生:注射器活塞往里推時(shí),空氣微粒堆積在一起;注射器活塞往外拉時(shí),空氣微粒分散開(kāi)了。
此環(huán)節(jié)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,通過(guò)層層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)為學(xué)生的概念建構(gòu)提供了有效的學(xué)習(xí)支架,有助于學(xué)生形成正確的科學(xué)概念。
科學(xué)教學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)。教師應(yīng)組織學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn),激發(fā)學(xué)生的探究熱情。
師:這里有一個(gè)注射器、一塊橘子皮。老師先在注射器內(nèi)吸入一些空氣,然后用橘子皮堵住注射器管口,最后用力壓縮活塞,你們覺(jué)得橘子皮會(huì)怎么樣?
生:橘子皮會(huì)“彈”出去。
師:一起動(dòng)手試試。
(學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。)
師:你們觀察到了什么?
生:橘子皮確實(shí)像子彈一樣彈出去了。
師:你們能解釋這個(gè)現(xiàn)象嗎?
生:注射器活塞往里推時(shí),橘子皮堵在管口,相當(dāng)于封口套。這時(shí)我們感覺(jué)空氣被壓縮了。被壓縮的空氣具有彈性,所以橘子皮被“彈”出去了。
在這個(gè)環(huán)節(jié)中,學(xué)生用注射器制作空氣壓縮槍?zhuān)ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)、觀察、現(xiàn)象解釋?zhuān)M(jìn)一步驗(yàn)證“空氣能夠被壓縮”這一結(jié)論。教師要為學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),創(chuàng)設(shè)基于思維模型的概念學(xué)習(xí)情境,讓學(xué)生的思維得到發(fā)展,使學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解得以深化。
學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)明確了壓縮空氣具有的性質(zhì)和特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,筆者引導(dǎo)學(xué)生使用思維導(dǎo)圖對(duì)學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行總結(jié),對(duì)新的概念進(jìn)行類(lèi)比。學(xué)生制作的思維導(dǎo)圖(如圖3)。
圖3
由圖3 可見(jiàn),學(xué)生在學(xué)完壓縮空氣的性質(zhì)后,從兩個(gè)方面對(duì)水進(jìn)行了類(lèi)比,拓寬了認(rèn)知視野。
學(xué)習(xí)科學(xué)概念的最終目的是為生活提供服務(wù)。教學(xué)中,教師應(yīng)努力搭建課堂教學(xué)與真實(shí)生活之間的橋梁,引導(dǎo)學(xué)生靈活地應(yīng)用科學(xué)概念,深化認(rèn)知。本課教學(xué)中,筆者引入了生活元素,讓學(xué)生遷移運(yùn)用知識(shí),具體教學(xué)過(guò)程如下。
師:我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了壓縮空氣的有關(guān)知識(shí),想一想,生活中的哪些事物也應(yīng)用了這一知識(shí)?
生:游樂(lè)場(chǎng)里的充氣城堡就是利用空氣容易被壓縮的原理設(shè)計(jì)的。
生:救生氣墊、救生圈也是利用空氣容易被壓縮的原理設(shè)計(jì)的。
師:沒(méi)錯(cuò)。哪個(gè)同學(xué)能說(shuō)說(shuō)被壓縮的空氣有彈性這一原理在生活中的應(yīng)用?
(學(xué)生思考。)
生:我們打籃球時(shí),籃球里充滿(mǎn)了空氣,當(dāng)我們往下拍籃球時(shí),籃球碰到地面,里面的空氣被壓縮。因?yàn)楸粔嚎s的空氣具有彈性,所以碰到地面的籃球會(huì)彈起。
師:你說(shuō)得真好。利用被壓縮的空氣具有彈性這一原理的例子還有很多,比如空氣壓縮槍、建筑工人用的氣槍等。只要我們留心觀察,就會(huì)發(fā)現(xiàn)生活與書(shū)本知識(shí)之間是緊密聯(lián)系的。
總體而言,教師要精準(zhǔn)把握學(xué)情,充分了解學(xué)生的前概念,抓住學(xué)生在建構(gòu)科學(xué)概念時(shí)的思維過(guò)程,精心設(shè)計(jì)思維模型,讓學(xué)生在探究中建立科學(xué)概念。