例談科學大概念指導下的科學課教學

宗全全

科學大概念是指可以適用于一定范圍內物體和現象的概念，能夠用于解釋和預測較大范圍的自然界現象。面對浩如煙海的科學知識，小學科學教學應該指向科學大概念，幫助學生理解與他們生活相關的事件和現象，進而發展科學思維，提升科學素養。

筆者以教科版小學科學五年級下冊《空氣的熱脹冷縮》一課為例，來談一談如何在科學大概念的理念指導下進行小學科學教學。

一、通過繪制概念圖表，科學分析概念邏輯體系

科學教師在進行科學教學之前要通過繪制概念圖等方式來分析概念的邏輯體系，了解概念間的區別與聯系，據此選用適合的教學具，設計并組織教學。

《空氣的熱脹冷縮》一課教學中其目標指向的科學大概念主要有兩個：一個是宇宙中所有的物質都是由很小的微粒構成的;另一個是當事物發生變化或被改變時，會發生能量的轉化。從今年剛頒布的課程標準中的物質領域科學概念結構圖可以看出，最核心的概念是物質世界，也即“物質是由微粒組成的”和“物質的變化伴隨能量的轉變”兩個科學大概念。

以“物質具有熱脹冷縮的性質”，這一概念來說，與之對應的下位概念應該是固體、液體、氣體都具備熱脹冷縮的性質，教學時必須從固體、液體、氣體三個方面來驗證物質具有熱脹冷縮的性質。另外能量轉變（溫度變化）是物質產生“熱脹冷縮”現象的根本原因，教學時必須指向“物質是由微粒組成的”和“物質的變化伴隨能量的轉變”物質科學領域的這兩個科學大概念。

二、使用多種調查方法，科學探知學生前概念

前概念是學生在進行科學學習前就存在的對某一事物或事件的原有認知，影響學生建構科學概念。探知學生的前概念可以了解學生認知中的概念結構，為指向科學大概念的教學做好準備，所以教學前探測學生科學前概念非常必要。

探測學生的前概念有訪談、紙筆調查、畫圖、觀察等多種方法，準確高效地獲取學生對于“物體熱脹冷縮”的前概念適宜采用訪談和紙筆調查的方法。

通過調查，筆者發現，學生基本認同空氣是一種物質，之所以看不見是因為空氣太小了，這樣的認知恰是指向“宇宙中所有的物質都是由很小的微粒構成”這一大概念的，為建構物質會受熱膨脹，遇冷收縮的科學概念提供了很好的支撐。

三、圍繞概念教學主線，科學設計教學環節

科學課堂是要以概念教學為主線的，要有大概念的教學方向，沒有正確指向科學大概念，對于學生科學思維的培養將事倍功半。在《氣體的熱脹冷縮》一課中，基于對學生科學前概念的了解以及科學概念層級的剖析，我通過以下的活動設計，幫助學生逐步建構起科學概念。

（一）通過繪圖把模糊認識變為清晰認識

在學生腦海中關于“物質是由微粒組成的”這一認識是模糊的，教師可以引導學生通過繪圖把模糊的認識直觀地表現出來。在教學時，教師可以由前一課《液體的熱脹冷縮》遷移引入，然后出示燒瓶，讓學生把自己關于氣體熱脹冷縮的現象畫出來。很多學生在畫圖時，把本來看不見摸不著的空氣畫成了可愛的卡通形象，把氣體受熱膨脹，遇冷收縮的性質直觀地表現出來。

（二）通過實驗設計變隱性現象為顯性現象

物質具有熱脹冷縮的性質，但這種性質很多情況下并不能夠直觀感受到，特別是看不見摸不著的氣體，更是無法直接觀察感受。所以，在教學時必須選用恰當的科學器材，通過設計科學的實驗來讓氣體的“熱脹冷縮”性質變隱為顯。

在實驗時要注意器材的選擇，筆者在執教《氣體的熱脹冷縮》一課時采用氣球和燒瓶等實驗器材來設計實驗。為保證氣球不漏氣，氣球口大小要與燒瓶口相符，太大會造成氣體漏氣，太小則會難以固定在燒瓶口上，影響實驗效果。過小的燒瓶因為瓶內氣體過少，會影響實驗的效果。為此，筆者選用稍大一點的燒瓶，盛水的容器也要隨之準備大一些。

“物質的變化伴隨能量的轉變”，造成物質熱脹冷縮變化的因素正是溫度的變化。為了讓實驗效果更明顯，溫度的差異要大一些，教師要準備好足夠的冷水和熱水，準備冷水時要提前制取一部分冰塊，教學時用冰塊達到冷水溫度低的效果。教學中，學生通過蒙上氣球的燒瓶分別放入熱水、常溫水和冰水中，通過觀察氣球的變化來了解不同溫度時氣體的脹縮變化，建構起“氣體具有熱脹冷縮”這一科學概念。

（三）通過游戲活動讓抽象的認識變為直觀的感受

楊振寧指出：對于基本概念的理解要變成直覺。設計模擬空氣微粒運動的游戲，就是將學生對大概念的抽象認識轉變為直觀感受。模擬空氣微粒運動游戲讓部分學生扮演空氣微粒，再讓一部分學生扮演氣球，手拉手繞“微粒”圍成一圈。感受當空氣微粒安靜地挨個站著時和劇烈運動需要圍成圈的大小變化，來直觀地認識氣體的熱脹冷縮現象，同時加深了“物質是由微粒組成的”和“物質的變化伴隨能量的轉變”這兩個科學大概念的認識。

四、運用大概念有效延伸，科學解釋身邊現象

通過教學活動，學生已經建構起“氣體具有熱脹冷縮性質”這一科學概念，并初步建構了“物質是由微粒組成的”和“物質的變化伴隨能量的轉變”這兩個科學大概念。在教學總結環節中，教師要有意識地把學生在課堂的探究熱情延伸到課外，讓學生嘗試運用大概念去解釋身邊的一些現象，這對于發展學生的科學思維將大有裨益。

本課教學中，筆者給學生布置了這樣的課后作業：去尋找固體具有熱脹冷縮性質的實例并嘗試用今天所學到的知識進行解釋。在對學生作業進行整理分析時，筆者發現許多同學能夠找出高壓電線、橋面和瀝青路面在夏天與冬天的不同的現象，并運用“物質是由微粒組成的”這一科學大概念來解釋這些現象，認為固體物質也是由微粒組成的，這些微粒受熱后膨脹，讓固體變大、變長、變寬，遇冷時則會變小、變短、變窄;還有一部分同學嘗試用這節課所學到兩個科學大概念來解釋后面將要學習的熱傳遞等現象，認為熱引起了物質中某一部分微粒的運動，從而帶動了更多微粒運動，隨著運動，微粒把熱能傳遞到物質的其他部位。

在科學大概念指導下的小學科學課堂中，學生收獲的不再是單純的知識“青草”，而是科學思維得到充分發展的能力“油井”。

【作者單位：淮安市淮陰區教師發展中心? 江蘇】