促進小學科學深度學習的教學
——以三年級上冊“熱空氣和冷空氣”為例

文| 周舒婉

科學課程的難度會隨著年級逐漸增加，這就要求教師在教學時仔細做好科學課的準備工作，并且要有針對性地去研究哪一種體驗活動課堂才是最吸引學生的。在此過程中，教師利用深度學習開展科學實驗，可以在一定程度上提高學生的科學核心素養(yǎng)，同時為將來的科學學習奠定良好的基礎。

深度學習是一種建立在學生積極參與的基礎上，讓學生在學習過程中深刻體驗、深刻思考，從而加深對所學內(nèi)容理解的一種學習方式。在深度學習的指導下，學生對科學學習的積極性越來越高，問題意識也越來越強，合作探究和科學討論已成為課堂教學的新常態(tài)。但是，因為有些教師缺少可操作的、系統(tǒng)化的教學模式，所以有些科學課的教學流于表面，學生仍存在學習動機淺層、探究過程淺化、結果淺化等問題。想要克服這一難題，還有待廣大教育工作者在實踐中不斷摸索和總結。實驗結果表明：5E教學模式是科學教學中深度學習的有效途徑。

5E 是美國生物學學科研究中心為解決問題、構建概念和創(chuàng)新實踐而提出的一種新的教學方式。這一模式由“參與”“探究”“解釋”“遷移”和“評價”五個環(huán)節(jié)組成。以深度學習為導向的小學科學5E 教學模式，注重把學生作為學習的主體，以解決科學問題為動力，以培養(yǎng)科學思維能力為中心，使學生在積極發(fā)現(xiàn)、主動體驗和解決問題的過程中真正達到深度學習。“熱空氣和冷空氣”是所有小學科學教科書中的經(jīng)典知識點。文章結合這部分內(nèi)容，論述了5E 教學模式在小學科學教學中的應用。

一、學情分析

在科學學習中，學生是主體，要根據(jù)他們的身體、心理和學習特征，將他們的積極性和主動性充分地調(diào)動起來。經(jīng)過兩年的教學，三年級的學生已初步掌握了科學課程的基本知識，并掌握了一些科學研究的方法。然而，“熱空氣比冷空氣輕，會上升”的特點，對學生來說，是一個比較籠統(tǒng)的概念，無法憑借直觀感覺去理解，因此，在該節(jié)的教學過程中，教師應按照學生的認知規(guī)律，通過實驗法帶領學生進行探究性學習，通過實踐幫助學生理解概念，提高學生的認知層次。

二、教學目標

1．了解熱空氣會上升是因為它比冷空氣輕。

2．知道空氣是有溫度的，當空氣存在冷熱之分時，空氣是具有流動性的。

3．了解怎樣進行熱空氣上升的實驗，能細心地觀察，真實地紀錄與描述，并合理地分析實驗現(xiàn)象。

三、教學重難點

教學重點：熱空氣上升和冷空氣下降的原理。教學難點：對冷、熱空氣的流動進行實驗探究。

四、教學準備

教師材料：教學課件、冷熱空氣對流視頻、集氣瓶、毛玻璃片、熱水、涼水、熏香、打火機等。

學生材料：蠟燭、火柴、紙蛇、塑料袋、紙筒。

五、探究學習實驗的設計與實施

（一）前置作業(yè)內(nèi)容

1.調(diào)查類

（1）冬季若使用暖氣片供暖，暖氣片應安裝在哪里？

（2）冷藏柜可以不蓋蓋子嗎？

2.實踐類

當蠟燭被點燃時，圍繞在蠟燭周圍的空氣將如何流動？如何通過實驗來證實我們的猜想？請同學們看教材第7 頁，分組討論，看哪組的辦法更好。

實驗時請注意：（1）在不點蠟燭的情況下，先把實驗物品放在蠟燭的上面，然后做好記錄。（2）小組成員分工要明確。（3）仔細觀察，以個人喜好或擅長的方法，如實地把實驗現(xiàn)象寫下來。（4）注意安全，帶上一條濕毛巾，一旦有突發(fā)情況，立即用濕毛巾覆蓋住火苗，或者把著火的東西扔到地上，然后離開易燃物，切勿傷到自己或點燃其他物品。

（二）教學過程

1.新課導入

師：經(jīng)過前面的學習，我們已經(jīng)知道了氣體會占用一定的空間、有一定的質(zhì)量等基本性質(zhì)，大家知道氣體還有哪些特征嗎？

生：氣體還會流動。

師：老師給每組發(fā)了一根蠟燭，當蠟燭沒有被點燃的時候，這根蠟燭的四周有什么？

生：空氣。

師：點燃蠟燭，大家觀察一下蠟燭周圍的情況。

生：變熱了。

師：當圍繞著蠟燭的空氣受熱后，它就會變成一股熱氣，熱氣將如何流動？這就是“熱空氣和冷空氣”，我們今天一起來學習。（板書課題）

2.前置作業(yè)匯報

師：當蠟燭被點燃后，圍繞著蠟燭的空氣將如何流動？

（學生分組討論，并分享自己的發(fā)現(xiàn)。）

師：在這個實驗中，大家有什么發(fā)現(xiàn)？

生1：不點蠟燭的情況下，紙蛇是不旋轉(zhuǎn)的，但點燃蠟燭以后，紙蛇開始旋轉(zhuǎn)，這是熱空氣上升的表現(xiàn)。

生2：我們觀察到，不點蠟燭時，塑膠袋是扁平的，而當蠟燭被點燃后，塑膠袋會慢慢膨脹，最后會飄起，這表示熱空氣在向上流動。

生3：不點蠟燭時，把手放在蠟燭四周，沒有任何感覺，但點燃蠟燭以后，卻有一種灼熱的氣流，這是熱空氣向上流動的表現(xiàn)。

師：剛才我們從紙蛇與塑料袋的移動中推斷出熱空氣會向上流動，那么，我們是不是可以用肉眼看見熱空氣向上流動呢？

生：不能。

師：為什么？

生：因為空氣是透明的。

3.探究熱空氣上升

師：這里有兩個玻璃杯，杯子是不是空的？

生：不是，里面有空氣。

師：這里有兩只同樣容量并裝滿空氣的玻璃杯，里面的氣體是同樣多的嗎？

生：一樣多。

師：是的，它們的體積是一樣大的。

教師出示PPT，并讓學生調(diào)整木棍中心的連線，使儀器保持平衡，再用一根火柴對一端進行加熱，看看會有什么變化。

（學生自主實驗，各組就實驗現(xiàn)象做報告。）

師：在實驗中，杯子加熱的那端會向上翹起，這是什么原理呢？

生：相同體積空氣中熱空氣的重量小于冷空氣，因此加熱那端會翹起。

小結：相同體積下，冷空氣要比熱空氣重，冷空氣向下流動，使熱空氣向上流動，從而對杯子產(chǎn)生力的作用。

4.觀察冷熱空氣的對流

師：同學們，如果熱空氣遇到冷空氣，將會發(fā)生什么？請大家觀察教材第8 頁中的實驗并思考：（1）把已冷卻的瓶子倒扣在裝有煙霧的熱瓶上，取出玻璃碎片，煙霧將以何種方式流動？這意味著什么？（2）將冷熱瓶調(diào)換一下位置，會有什么效果？

（教師實驗，學生觀察）

師：大家發(fā)現(xiàn)了什么樣的現(xiàn)象？

生：在熱的瓶子里，煙是向上的，而在冷的瓶子里，煙是向下的。

師：大家觀察得很仔細，如果把熱瓶置于冷瓶之上會有什么現(xiàn)象？

生：熱瓶中的煙霧紋絲不動。

師：誰能告訴老師這是怎么回事？

生：熱空氣是向上的，而不是向下的。

5.實驗探究冷熱空氣的循環(huán)流動特點

師：大家都知道，空氣是占有空間的，如果空氣流動，熱空氣向上流動，那么原本被熱空氣占據(jù)的空間，又會變成什么樣子？

老師這兒有一臺儀器，是用來研究氣流的，大家能講一講，當一根蠟燭被點燃后，什么地方會變成熱空氣，什么地方會變成冷空氣呢？

提問：熱空氣、冷空氣如何移動？為了讓大家看得更清楚，老師用薄薄的塑料袋蓋住瓶子的頂端和底部的小孔，以便于大家觀察。

在實驗中教師應強調(diào)注意事項：安全，不要讓蠟燭靠近塑料瓶的內(nèi)壁而灼傷塑料瓶；在做實驗的時候，輕輕地呼吸，以免呼出的氣體污染了膠袋；在實驗中要細心地觀察；當實驗結束時，要用橡皮泥圓球填滿底座側面的小孔。

學生運用自己的實驗用品，點燃蠟燭，蓋上塑料瓶子，仔細地觀察。

提示：時間到后，學生可以互相交流，并分享自己在實驗中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。

兩個塑膠袋圓片上端稍稍朝上，底部側邊的微微向內(nèi)，這說明什么？

（熱空氣上升，冷空氣便會涌入瓶子，將熱空氣原有的空間填滿，如果冷空氣不能及時補充，燭火便會漸漸熄滅。）

（意圖解析：在實驗中，首先確定蠟燭被點燃后熱空氣、冷空氣的分布狀況，這有利于學生進一步觀察兩種氣體的運動。雖然學生看不見冷、熱空氣的流動，但有了這些圓片，他們就能清楚地看到實驗中的現(xiàn)象，對實驗有了具體的認識。）

（教師出示暖氣片、保鮮柜的圖片。）

提問：大家能不能解釋一下，為什么暖氣片要放在房間較低的地方，食堂的水果保鮮柜也可以不蓋上蓋子？

（意圖解析：學以致用，讓學生從封閉的空間到開闊的空間，感受冷、熱空氣的流向，運用所學知識詮釋生活中的各種設計，感悟和認知大氣特性在提高人們生活質(zhì)量方面的作用。）

6.拓展提升

教師可以讓學生根據(jù)教材第10 頁做一個簡單的氣流觀測裝置，思考這個實驗告訴我們什么。

六、教學反思

研究性學習可以減少不必要的作業(yè)時間，把有價值的教學時間用于概念的建構、提高和深入學習上，使學生對概念有一個完整的認識，從而實現(xiàn)概念上的升華。“4+X”素質(zhì)教育的研究筆者雖然經(jīng)過了幾次的實踐，但仍有許多不足之處，首先，最重要的就是“4+X”素質(zhì)課堂探究式學習模式的構建，還有待進一步改進。其次，這一實驗的限制：（1）實驗設備需事先準備。（2）實驗設備均為高溫或低溫，操作時要求教師注意溫度是否到位。（3）實驗指導痕跡比較明顯，有待在課堂設計中加以強化。（4）拓寬視野，從其他學科中汲取思想和方法，多要素交叉，實現(xiàn)深度學習。

在了解了空氣的熱脹冷縮特性之后，教師可以引導學生對三年級所學的“熱氣上升”進行說明。這樣可以幫助學生在新舊知識之間建立一座橋梁，使他們能夠從總體上掌握所學的知識，從而更深刻地理解所學知識。然后，通過創(chuàng)設生活情境，將所學內(nèi)容導入實際問題情境。通過對所學知識的深刻體會，學生能夠迅速地運用氣體的膨脹與收縮特性來解決現(xiàn)實生活中的實際問題。從中可以看到，學生在實際情境中運用所學知識，獲得了對新知識的深刻認識，體會到了成功的喜悅，體會到了學習的意義，從而獲得了自我效能的提高。在此基礎上，教師可以帶領學生去課外尋找和解釋更多關于氣體熱脹冷縮的現(xiàn)象。

在實際教學過程中，教師應始終堅持“探究式學習”的原則，使用深度學習教學法豐富學生的學習體驗，調(diào)動學生參與課堂活動的自主性。在科學實踐教學中，教師應加強與學生的溝通，并與其他教師進行交流，多維度提升學生的科學素養(yǎng)。這種實踐性教學方法，對學生來說，能夠起到事半功倍的效果。通過這樣的實踐操作，不僅能反映出學生對科學知識理解上的不足，還能使教師有針對性地制訂教學方案。