在概念構建中發展學生的思維

科學教育以培養學生的科學素養為宗旨，教學的核心是學生的思維訓練，因此以概念構建為載體，在構建概念的過程中對學生進行思維訓練顯得尤為重要。重視學生思維發展的課堂才是高效、有深度的課堂。那么如何在小學科學課堂教學中幫助學生構建概念，發展思維呢？這是一個非常值得思考的課題，本文以《熱在固體中的傳遞》一課為例談幾點認識。

科學診斷：把握教材與學情，目標定位準確

凡事預則立，不預則廢。課前科學診斷，準確把握教材、學情，研制合理的教學目標，是有效構建概念、發展思維的前提。

1.深入研究教學內容

本案例改編自蘇教版教材四年級《熱傳遞》一課的內容。《熱傳遞》一課集中介紹了熱的三種傳遞方式，即傳導、對流、輻射，容量很大，如果以概念構建的方式，在一課時內完成三個概念的教學，很容易淺嘗輒止，陷于知識傳授的傳統套路中。另一方面，熱現象是物質科學領域的一個重要內容，熱的三種傳遞方式又是其核心概念，因此有必要引導學生積極構建，自我內化。所以，我結合教材設計了“熱在固體中的傳遞”的教學內容。

2.準確把握學生學情

熱傳遞現象，尤其是熱在固體之間、固體內部的傳遞現象，對學生并不陌生，學生可能不會用“傳導”這一概念來描述，但對“傳導”這一概念所呈現的具體表象是有過直接觀察，甚至直接體驗的。這對學生而言并不難，教師需要的只是幫助學生對日常的、零散的一些體驗、經驗進行提煉，在觀察、比較的基礎上，歸納、概括其共同規律，用更準確、規范的語言表述規律，以形成科學概念。因此構建“傳導”的概念不是難點，結合概念教學，訓練學生的思維能力才是真正的難點。

3.正確研制重點目標

本課的知識性目標是“傳導”概念的構建，具體來說就是理解熱在固體中沿著物體傳遞，從溫度高的地方傳到溫度低的地方。本課思維能力的訓練目標是：在預測、比較、求同歸納等思維方式的引導下培養學生分析、比較、推理、歸納等思維能力。當然，一堂課的思維訓練，可能不透徹也不全面，甚至看不出明顯的效果，但只要教師具有訓練學生思維的意識，并在日常教學中充分借助概念構建的過程，滲透思維方法的訓練，那么長此以往，對學生科學素養的形成無疑會起到積沙成塔的效應。因此，在構建“傳導”概念的過程中，滲透比較、推理、歸納等科學思維方法，培養科學思維的品質也是本課的教學難點。

科學設計：優化教學活動流程，目標指向明確

圍繞教學目標，科學設計教學活動，是落實課堂教學目標、培養學生科學素養最重要的環節。下面結合《熱在固體中的傳遞》幾個主要的教學片斷，談一談概念構建與思維訓練的融合發展。

1.情境導入，聚焦話題

師：老師這里有一把金屬勺子，用手背皮膚觸碰勺柄，感覺到它是冷的還是熱的？

（教師找3～4名學生用手背觸碰勺柄，學生都認為是冷的。）

師：都說是冷的，我把勺子放到剛剛燒開的熱水中，勺柄的溫度會有變化嗎？我再找人試試。

（教師找4～5名學生觸碰勺柄，談感受，其中包括剛才用手背觸碰過勺柄的幾名學生。）

生：還是冷的。

生：好像有點溫度了。

生：有點熱了。

師：老師有問題了，勺柄并沒有泡在水中，它怎么變熱了？

生：通過熱的傳遞。

生：勺子是金屬的，它一端放在熱水里，熱會向著另一端傳遞。

生：我覺得是熱的延伸，因為熱水里的勺子是熱的，熱會沿著勺柄延伸到上面。

師：幾位同學都提到了熱，雖然說法不同，但都認為熱會沿著金屬勺柄延伸、傳遞，今天我們就來學習熱的傳遞。生活中這樣的熱傳遞現象是很多的（課件出示兩幅圖），比如：野炊中的鍋把手沒有直接接觸到火卻很燙;勺柄沒有浸泡在熱湯中也很熱。這些都是熱的傳遞現象，你認為熱是如何傳遞的呢？

（學生討論，教師引導學生充分說出自己的想法。）

生：熱是從一端向另一端慢慢傳遞的。

生：我覺得熱是往上傳遞的，因為給東西加熱時火苗是向上的。

生：我覺得熱是向四面八方傳遞的。火一旦點燃，四周都有溫度，但上面的溫度會更高些。

生：我覺得熱是從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞的。

師：同學們只是根據自己的經驗作出了猜想，科學研究是很嚴謹的工作，對一個科學問題的解釋，僅憑一兩個簡單的實驗或經驗的猜想行嗎？我們要搜集更多證據來說明，下面我們通過實驗來搜集證據。

評析：根據皮亞杰同化、順應理論，學生的認知以及思維發展必須建立在原有認知基礎之上。創設兩個層次的生活情境：先是體驗情境，讓少數學生直接體驗金屬勺柄的冷熱，聚焦話題;再出示兩幅生活場景圖，引發全體學生對已有經驗的回憶，在此基礎上引導學生討論“你認為熱是怎么傳遞的”，學生的解釋可能大多是描述熱傳遞的表象，沒有抓住本質，此時，我們可以啟發學生意識到，對一個問題的合理解釋不能僅憑經驗或個例，需要搜集大量證據作支撐，其實這也是滲透了一種科學解決問題的方法。

2.實驗探究，研究固體中熱傳遞的規律

任務一：金屬棒的熱傳遞

師：如果我們以鋁棒代替鍋把手或勺柄，分別在鋁棒的兩端和中間加熱，熱會如何傳遞呢？請你以箭頭的方式畫出熱的傳遞方向。

（學生每人一張鋁棒的實驗記錄單，在記錄單上用箭頭畫出不同加熱點的熱傳遞方向。教師展示學生在記錄單上預測的結果，引導學生結合記錄單說出想法。）

生：我覺得在鋁棒的左端加熱，熱會向右傳遞;在鋁棒的右端加熱，熱向左端傳遞。

生：在鋁棒的中間加熱，熱應該向兩端傳遞。

師：我們能看到熱的傳遞過程嗎？你們有什么辦法？

生：我們可以借助遇熱就會融化的東西來證明。

生：還有些東西遇熱會冒煙。

生：可以用溫度計，溫度計遇熱會顯示溫度上升。

師：同學們很愛動腦筋，老師也想到了一個辦法，可以借助一種神奇的油墨來幫助我們觀察熱的傳遞過程（出示涂油墨的鋁棒）。老師在鋁棒上涂了一層紅色的油墨，當溫度高于43度時，它的顏色會變淺甚至消退，當溫度降到43度以下時，它的顏色又會逐漸恢復。我們可以借助這種油墨顏色的變化看到熱的傳遞過程，大家想不想試試？

（教師出示課件：提醒實驗步驟、操作注意事項及安全性。學生實驗，教師課前將三根鋁棒用鐵架臺固定好，學生分組領取，用酒精燈分別在涂有油墨的鋁棒的兩端和中間加熱，完成實驗、觀察和記錄的任務。）

師：在鋁棒不同的位置加熱，好像都有一個相同之處，你發現了沒有？

生：我發現熱是反方向傳遞的，火苗在左端，熱向右傳遞，火苗在右端，熱向左傳遞。

生：關鍵看火在哪里燒，熱都是從火燃燒的位置開始傳遞的。

師：你認為熱從火燃燒的位置開始傳遞？有火的位置與沒火的位置相比，有什么不同？

生：有火的位置溫度高一些，沒有火的位置溫度低一些。

師：那我們可以說加熱點的位置溫度高一些，非加熱點的位置溫度低一些，這樣說來，熱是怎么傳遞的呢？

生：熱從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞。

評析：用鋁棒作為替代物，在不同位置給鋁棒加熱，其熱傳遞的方向不難預測，但如何才能呈現熱傳遞的過程呢？這是學生非常感興趣的一個問題，同時也是一個發散性思維的訓練點。相對于用凡士林粘火柴棒或直接滴蠟油，使用溫變油墨，不僅操作簡易，而且更容易呈現熱傳遞的連續過程，學生對神奇的油墨懷有更濃的興趣。學生在后期匯報發現時，關注點是油墨變色的過程，教師應引導學生既要關注現象，更要關注現象背后的本質：油墨變色的過程只是表象，其實質是熱的傳遞過程。

任務二：鋁環的熱傳遞

師：生活中的物品并不都是這樣的條狀或線狀物體，還有很多彎曲的物體，比如環形的（教師隨手將條形鋁棒彎折成一個首尾不相連的圓環），給它的一端加熱，你覺得熱會如何傳遞？

（學生每人領取鋁環實驗記錄單，用箭頭畫出熱傳遞的方向。教師展示學生在記錄單上預測的結果，讓學生結合記錄單說說想法。）

師：如果以金屬環右端為加熱點（指著學生的記錄單），而金屬環的左端離火源很近哦，左端的油墨會不會先褪色？

生：不會，因為熱從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞。加熱點在右端，那么右端顏色先消退。

生：也可能會褪色，因為左端離火源太近了。

師：我們還是試一試，用事實來說話，好不好？

（學生分組實驗，學生直接領取用鐵架臺固定好的鋁環，用酒精燈加熱，完成實驗、觀察和記錄任務。）

師：鋁環里的熱是如何傳遞的？

生：熱從右端傳遞，因為右端的顏色先消退。

生：熱其實也是向金屬環的兩端傳遞的，只不過右端溫度高，傳遞的速度快，所以顏色先消退。左端其實也有熱，但是溫度低，顏色來不及消退。

師：鋁環與鋁棒的熱傳遞過程有什么共同的規律？

生：熱是環繞著鋁環傳遞的。

生：熱是繞著鋁環從右端開始傳遞的。

生：熱在鋁環中，也是從溫度高的地方傳到溫度低的地方。

師：同學們觀察得很仔細，熱在鋁棒、鋁環中都是順著鋁棒、鋁環傳遞的，都是從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞的。

評析：化直為曲，換成鋁環為研究對象，非常有意思。因為鋁環不是封閉的，它右端加熱點的火源離左端特別近，預測時很容易引發學生的困惑和爭議，這會激發學生的深度參與和思考，鋁環的特殊結構對證明“熱沿著物體傳遞”具有很強的說服力。鋁環實驗結束后，在學生匯報的基礎上，以即時實拍的方式再現兩組學生的實驗過程，以更多實證強化學生對規律的認同。

任務三：鐵片和瓷片的熱傳遞

師：生活中不僅有這樣的金屬環，還有這樣以環為邊緣的平面物品（出示片狀實物），比如這種鐵片、瓷片，如果給它們加熱，熱又是如何傳遞的呢？

（課件出示實驗記錄單，請每個小組討論，選一種材料，并確定一個加熱點，最后畫出熱傳遞的方向。學生領取記錄單，討論確定實驗的材料、加熱的位置，完成記錄單。）

師：你們認為熱在金屬片或瓷片中會如何傳遞？

生：我們組認為在金屬片中央加熱，熱會向四面八方傳遞。

生：我們組認為在瓷片的邊緣加熱，熱也會向四周傳遞。

師：讓我們用實驗來檢驗同學們的預測。

（學生分組實驗，教師課前將圓形的鐵片和方形的瓷片都固定在一個鐵架臺上。學生分組領取材料后完成實驗、觀察、記錄任務。）

師：實驗結果與預測一致嗎？請大家結合記錄單交流。

（教師展示即拍視頻：熱在鐵片和瓷片中的傳遞過程。）

師：鐵片和瓷片形狀不同、材質不同，它們傳遞熱的方式與金屬棒、金屬環有什么相同之處？

生：都是從加熱的地方開始傳遞的，都是向四周傳遞的。

生：剛開始的時候傳遞的速度很快，后來就慢下來了。

評析：從線到面研究鐵片和瓷片的熱傳遞現象，是一種變式;鐵片和瓷片的加熱點由學生選擇，這樣使得探究過程更加開放。設計從直線到曲線再到平面的三組實驗，充分考慮了學生的認知規律，三者之間的邏輯關系嚴密，并且都以直觀演示的方式呈現三種形狀的熱傳遞過程，是順應學生思維發展的，學生對三種形狀所表現出的共同規律的認可度也是很高的。這里不僅有形狀的變化，還有材質的差異，也利于培養學生形成這樣的意識和習慣：規律的獲取需要大量證據作支撐。

3.總結歸納，拓展運用

師：請同學們討論，熱在金屬棒、金屬環、金屬片的傳遞中有什么共同的規律？

（學生分組討論后匯報。）

生：都是從溫度高的地方向溫度低的地方傳遞，都是沿著物體傳遞的。

師：金屬棒、金屬環、金屬片和瓷片都是固體，我們今天研究的是熱在固體中的傳遞。通過一系列的實驗，我們發現熱在這些固體中都按相同的規律傳遞，科學上把這種傳遞熱的方式叫作傳導。

我們回過頭來思考一下開始上課時的兩個問題：為什么鍋把手沒有直接接觸到火卻很燙;為什么勺柄沒有浸泡在熱湯中也很熱？

生：因為鍋和湯勺都是金屬的，它們被火燒、放在熱湯中，熱會順著鍋身、勺子傳遞到鍋把手和勺柄上。

師：同學們都活學活用了。通過今天的學習你還有什么收獲？

生：我知道了什么叫熱傳導。

生：我們得出一個結論，要經過提出問題、作出猜想、搜集證據，最后才能得出結論。

師：非常好！我們提出問題后，不能簡單地通過一兩個現象或者憑經驗得出結論，而要通過一系列實驗來搜集證據，這樣得出的結論才更可靠。關于熱傳遞你還有什么問題？

生：熱在液體中是怎么傳遞的？

生：熱可不可以在真空中傳遞？

評析：課尾引導學生全面歸納總結。歸納體現在引導學生運用求同歸納法總結出熱在固體中傳遞的共同規律，得出“傳導”這一核心概念，同時回憶概念的獲取過程，滲透解決問題的方法，從而發展學生的思維。總結還以概念的運用和拓展的方式展開，運用體現在引導學生用“傳導”的概念解釋上課開始時呈現的生活場景圖，首尾呼應;拓展體現在學完“熱在固體中的傳遞”后，新問題的產生與后續探究活動的開展方面。

理性反思：明晰概念和思維內在聯系，目標達成路徑具體

概念構建和思維訓練是概念教學的一體兩翼。概念的構建是載體、橋梁，是教學的明線;思維的發展是隱性的目標，是教學的暗線;兩條線相融相生，相輔相成，彼此交錯推進。本課突出“構建概念”與“發展思維”兩個任務，以明暗兩條線索推進：明線是圍繞核心概念的構建所展開的師生活動過程，暗線是活動過程中思維方式、思維能力的訓練過程。具體來說，“熱在固體中的傳遞”是具體的探究內容，“傳導”是探究活動所要構建的概念。

在概念構建的探究活動中，通過不同器材進行典型實驗，是要建立表象與本質之間的必然聯系，以便比較、推理、歸納出一般的規律。比如本課的實驗器材：形狀上看，從直線的條狀到彎曲的環狀，最后到圓形、方形的片狀;材質上看，從鋁條、鐵片到瓷片。這些變化都是為了擴展學生的思維認知，最后指向共同現象的歸納概括。

在思維訓練中，應特別重視交流研討，使學生個體內隱的思維得以外顯，使學生零散、感性的認知得以系統化、結構化，將生活概念提升為科學概念。在此過程中，培養發展了學生分析、比較、歸納等思維能力。

比如：金屬棒環節，學生的預測幾乎一致，即熱在金屬棒中是從溫度高向溫度低的地方傳遞，初步建構科學概念。到了金屬環環節，學生的預測出現了分歧，這也是教師預設的生成，有人認為熱順著環傳遞，也有人認為熱從離火源比較近的地方開始傳遞，這其實正是思維訓練的點，學生充分交流自己的想法，然后通過實驗實證后發現熱是順著金屬環傳遞的，由此將概念進一步提升：熱不僅是從溫度高的地方傳遞到溫度低的地方，還必須是沿著物體傳遞。到這里沒有結束，再到金屬片環節，繼續讓學生預測和實驗，交流想法，有了前兩個活動作為基礎，學生的猜測有了可靠的依據，即熱沿著金屬片，從溫度高的地方到溫度低的地方傳遞。但金屬片的熱傳遞，并沒有呈現出單一的線性傳遞方向，而是朝著各個方向傳遞。

至此，學生對“熱是怎樣傳遞的”這個概念逐步進行科學構建，從一開始的“一端到另一端，四面八方”，到從“溫度高到溫度低”，再到“沿著物體”，最后發現這個傳遞過程是同時進行的。在整個概念構建的過程中，學生的思維能力得到了很好的發展，而這得益于三個環節中交流研討策略的有效運用。

江蘇省南京市江寧科學園小學（211100）？