讓學生在自主探究中認識科學本質

伍小斌

科學課程以培養學生的科學素養為宗旨，通過科學探究的學習方式，讓學生體驗科學探究活動的過程和方法，發展初步的科學探究能力。教師應根據《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》能動地發揮作用，成為學生學習活動的組織者、引導者和促進者，使學生的科學素養在主動學習科學的過程中得到發展。

核心素養的提出對學習方式和教學模式變革提出了更高的要求，以講授為中心應轉變為以學習為中心，以問題的驅動為橋梁，讓學生在對真實問題的追尋中，形成個性化的知識結構。教師在引導學生問題化學習的過程中，應以認知建構的方式去重組問題，讓學生在問題與問題的聯系中，在科學探究實驗的過程中，進行知識和思維的碰撞。

下面以“物質的比熱”教學設計為例，說明如何讓學生通過實驗，體驗“比熱”這一概念產生和建構的過程。

一、教學任務

“物質的比熱”是浙教版初中七年級《科學》中比較難學的內容。這個模塊的教學目標有四個層次的要求：一是觀察生活事例，知道物體吸收或放出熱量的多少跟物體的質量、溫度、物質種類有關；二是通過實驗，體驗質量相同的不同物質，升高或降低相同的溫度時吸收或放出熱量是不同的，知道物質的這種性質可以用比熱表示；三是通過實例分析，體驗不同比熱物質在生活和生產中的應用，認識科學、社會、技術的關系；四是通過有關實驗探究，體驗科學探究的樂趣，培養實事求是的科學態度。

七年級學生的知識儲備和思維水平偏低，比熱的概念對他們來說是比較抽象的。本冊教材只要求初步掌握比熱的定性概念，為八年級、九年級的定量計算和問題解決打基礎。

二、教學過程

（一）聯系生活 激活舊知

教師提問：同學們回想一下，什么時候物體會發燙？學生可能回答：晴朗的夏天，馬路會發燙；人運動時身體會熱起來；煤氣燒水，水會燒開；鉆木取火，木頭會發燙。

教師進一步追問：哪些現象是因為吸收熱量而發燙的？讓學生體會“物體吸收熱而發燙”與“生物體運動散熱”“摩擦產生熱”之間的區別。

【設計意圖】學生日常生活中對熱量以及熱量傳遞已經有一定的經驗，這是學習新知的基礎和生長點。教師適時追問，讓本節課的學習指向更加明確。

（二）創設情境 問題驅動

1.小和尚燒水

教師展示圖片并講述和尚燒水的故事：從前有個小和尚為大家燒開水，中途發現柴不夠了，水燒不開。小和尚問師父：“怎么辦呢？”師父反問大家：“你們說該怎么辦？”有的說趕快去找柴，有的說去借柴，有的說去買柴，師父一直在搖頭。

教師設問：那么師父心中的答案是什么呢？（學生回答）

揭示答案：師父說：“為什么不把壺里的水倒掉一些呢？”從物理的角度看，師父的辦法可行嗎？

提出猜想：升高相同的溫度，水的質量越大需要吸收熱量越多，水的質量越小需要吸收熱量越少？

2.馬爾代夫海島之旅

教師展示模擬“馬爾代夫海島之旅”場景。太陽：取暖器。沙灘：一盆沙子。海水：一盆水。用溫度計測量，它們的起始溫度是一樣的。打開取暖器，讓“陽光”照耀“沙灘”和“海水”。一會兒讓學生觸摸“馬爾代夫沙灘”的沙子和水。

提問：熱傳遞時，物體吸收熱量的多少除了與它的質量、初始溫度有關外，還可能跟什么有關呢？

師生提出猜想：相同質量物體，吸收熱量的多少可能與物質的種類有關。

【設計意圖】通過故事和模擬情境，學生在直接的感性體驗中思考并提出猜想。這一環節能極大激發學生的學習興趣和探究欲望，體現“從生活走向科學”的課程理念。

（三）實驗驗證 自主發現和建構

1.教師演示實驗：驗證老和尚的辦法可不可行

教師用兩個同樣規格的燒杯，一杯水多，一杯水少，同時加熱。讓學生觀察哪杯水先開，驗證老和尚的辦法可不可行。

討論：老師的實驗是怎么設計的？哪個是自變量？哪個是因變量？哪些是控制因素（基本相同）？

【設計意圖】這個環節雖然不是教學重點，但有利于學生理解實驗設計的基本思路：確定自變量和因變量、控制無關變量，為下面的自主探究做好鋪墊。

2.學生設計實驗方案：驗證物體吸收熱量多少是否與物質種類有關

（1）教師布置任務。物體吸收熱量多少是否與物質種類有關呢？請同學以小組為單位設計簡要的實驗方案。大家積極思考，相互交流，分工合作完成。參考設計指南：畫出實驗示意圖；口述實驗過程；記錄實驗數據。

（2）學生分組討論設計方案，教師巡視指導交流，拍照記錄各組方案并及時上傳電腦等待分享。

（3）請2～3組的學生代表上臺分享實驗方案。分享時，組內學生可補充說明，組間相互提醒，進一步完善方案。

（4）教師點評學生的方案。注意糾正實驗中關鍵步驟的疏忽和錯誤，在初溫測定、溫度計擺放位置、升高溫度多少的選擇等方面給予指導。

【設計意圖】通過師生交流討論解決實驗設計的難點，對控制變量法及轉換法等進行滲透。引導學生分組討論設計方案，組織學生進行方案的分享交流，這樣的合作學習大大地激發了學生的學習熱情，有利于提高課堂的效率。最后，教師通過點評，引導學生解決設計方案中的不足，幫助學生完善實驗方案。

3.完善方案 分組自主開展實驗

（1）分組完善小組的實驗方案，領取實驗器材，分工合作，高效完成實驗。

（2）實驗過程中，教師巡視，對各組操作進行指導，用視頻、照片記錄一些較好或者不足的實驗操作。

（3）實驗結束后，教師先圖文分析學生操作上的一些問題，如溫度計碰底或碰壁、溫度計未充分與被測物體接觸等。

（4）隨后選擇兩組詳細匯報實驗過程及結果，統計各組的結果。估計學生有以下兩種典型的實驗方案。

方案一：以“加熱時間”為自變量。用相同酒精燈加熱相同質量的水和砂石，升高相同的溫度，水需要加熱時間長，而砂石需要加熱時間短。

方案二：以“溫度升高”為因變量。用相同酒精燈加熱相同質量的水和砂石，加熱相同的時間，水溫度升高慢，而砂石溫度升高快。

【設計意圖】讓學生在課堂上根據自己設計的方案，分組進行實驗的探究。在實驗操作中，體驗實驗的過程和方法，總結兩種典型實驗設計的步驟，自主建構驗證性實驗的程序性知識。

4.分析結果 歸納結論

（1）實驗方案一

教師設問：相同質量的水和砂石，升高溫度相同，加熱時間與吸收熱量是什么關系？

歸納結論：相同質量的水和砂石，升高相同溫度，水需要加熱的時間長，因此吸收熱量多，砂石需要加熱的時間短，因此吸收熱量少。

推理可得：相同質量的水和砂石，降低相同溫度，則水放出熱量多，砂石放出熱量少。

（2）實驗方案二

教師設問：相同質量的水和砂石，加熱時間相同，升高溫度快慢與吸收熱量是什么關系？

歸納結論：相同質量的水和砂石，加熱時間相同，水溫度升高慢，因此吸收熱量多，砂石溫度升高快，因此吸收熱量少。

可以讓學生討論：這樣的反向推理成立嗎？

推理可得：相同質量的水和砂石，散熱相同時間，水溫度下降慢，因此散發熱量多，砂石溫度下降快，因此散發熱量少。

【設計意圖】方案二中最能引發學生的思辨和爭議，讓學生自動糾正不正確的前科學概念：溫度升高慢，吸收熱量少；溫度升高快，吸收熱量多。反向推理的討論可鍛煉學生的申辯式思維，任何科學推論在沒有實驗數據證實之前，都可以存疑。

（3）驗證猜想 得出結論

通過對實驗數據的分析、歸納、推理，學生自然而然得出結論：熱傳遞過程中，物體吸收（放出）熱量多少與構成物質的種類有關。

師生歸納：根據實驗記錄的結果，我們發現這一特性反映出相同情況下物質容納熱量的多少，科學上為了簡化，將這種特性叫作比熱容，簡稱比熱。

【設計意圖】讓學生知道科學實驗的最終目的是發現和建構知識。學生在實驗探究和分析中，將實驗發現轉化為科學概念，在動腦思辨中超越日常經驗，體驗建構概念、發現規律的愉悅，最終在各自的認知結構中建立起比熱的初步概念。

（四）鞏固概念 學以致用

（1）水銀的比熱是水、砂石、玻璃、水銀四種物質中最小的，這有什么意義？

（2）若相同質量的A、B兩塊玻璃，在陽光下曬相同的時間，A溫度升高快，B溫度升高慢，這說明什么呢？如果你要裝修房子，希望用哪一塊？

（3）教師口述場景，請大家閉上眼睛，共同想象在海島沙灘上行走時，踩在沙灘上和海水中的不同感受，引導學生分析其原因。

【設計意圖】通過練習，讓學生用新學的知識和方法解決實際問題，鞏固新知，加深理解。最后師生互動、回歸生活，想象不在身邊的場景，避免通常簡單劃一的課堂小結，更能引發學生后續學習的興趣。

探究是人類的天賦，激發學生的探究欲望，促進學生掌握科學探究的技能，推動學生以科學探究為路徑，更好地建構科學概念和認識科學本質是我們科學教學的一項重要任務。