看得見的空氣 建構中的思維

周志偉

摘要：教育部《關于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務的意見》中指出，為了培養“全面發展的人”，必須形成學生核心素養體系。科學學科的核心素養包括：科學觀念與運用，科學思維與創新，科學探究與交流，科學態度與責任。科學思維是科學學科核心素養的核心，現以《空氣能占據空間嗎》新授課為例，通過設計驅動性問題，創新模型和實驗，培養學生有效的思維方法，并以習得的思維方法指導學生開展科學實踐活動，在實踐中產生新的思考，進而促進學生科學思維的建構。

關鍵詞：核心素養? 科學思維? 驅動型問題? 探究性實驗

科學思維指的是從科學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規律和相互關系的認知方式，是對分析綜合、推理論證、抽象概括等科學思維方法的接納和掌握，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論所做的批判和質疑，進而提出創造性見解的能力與品質。科學思維是科學課程核心素養目標之一，基于這一目標，小學科學課程教學要從以“知識為本”的觀念轉向“思維建構”，課堂教學中必須超越對具體知識本身的追求，著眼于科學思維的培養。

探究是科學課程教學的核心，在具體的科學課程教學過程中可將科學知識轉化為驅動型問題和探究型實驗，通過問題引發學生主動思考，通過實驗引發學生積極探究，促進學生科學思維的建構。

一、教學設計思路

《空氣能占據空間嗎》是教科版小學科學三年級上冊《空氣》單元的第2課，在第1課《感受空氣》中，學生運用生活中的物品和感官已經探究出了空氣輕、易泄漏、充滿我們周圍各處的特點。但是，在缺少了科學思維參與的狀態下，空氣不容易看得見，也不容易摸得著，好像并不能像周圍的其他物體一樣能占據空間，空氣能占據空間這一科學觀念不能得以有效建構。教學中如何讓空氣親近學生，讓學生看到空氣占據空間，有意識地層層深入思考，螺旋上升式探究，成為本節課的核心素養培養目標。

本節課以生活中的物品制作的小玩具為引子，以探索“空氣能占據空間”的性質為主線，充分利用模型和實驗，通過創設能有效引導學生科學思維的問題來激發學生的探索欲望，把自主、合作、探究的學習方式充分運用于課堂教學中，得出“空氣能占據空間”的基本性質，促使學生認識生活實踐與科學知識間的密切聯系，發展科學精神。

二、教學目標

（1）通過仔細觀察、動腦思考、動手實驗進行科學探究，形成空氣能占據空間的科學概念。

（2）運用空氣占據空間的知識概念，挑戰“空氣能噴泉”的制作。

（3）培養運用科學思維進行思考認知、實驗探究，獲得科學素養的價值，體會科學的魅力。

三、教學過程

1.課堂導入

【趣味演示】利用未安裝針頭的注射器來發射橘子皮，推動注射器推桿，橘子皮被發射3米左右的 距離。

【設疑】你覺得這個神奇現象產生的原因是什 么呢？

【學生活動】注射器推桿沒有接觸橘子皮，橘子皮被發射出去，是不是空氣把橘子皮推出去的呢？

設計意圖：有趣的小演示迅速把學生的注意拉入課堂，在學生覺得神奇好玩的基礎上引發學生思考，激發他們的認知興趣。

2.探究空氣是否占據空間

【問題1】水是液體，它能占據空間;桌椅是固體，它占據了教室的空間;而空氣是氣體，它能不能占據空間呢？

【演示實驗1】把紙團粘在杯子底部，然后將杯子豎直倒扣進水里并使杯子完全被水淹沒，豎直取出杯子。

【學生活動】仔細觀察演示實驗，注意實驗需求要素，觀察實驗后的紙團是否被水浸濕。

【問題2】水位已經超過紙團的位置，可紙團竟然沒有被浸濕，這是為什么呢？水位雖然已經超過了紙團的位置，但是水并沒有進到杯子里去，那么看似什么蓋子也沒有的杯子，是靠什么把水擋在外面的呢？

【學生活動】歸納出是看不見、摸不著的空氣把試圖進入杯子里的水擋住了，杯子里的空氣好像占據了杯子里的空間，就像是一個“空氣皮塞”把紙團給保護起來了。

設計意圖：讓學生在仔細觀察的基礎上，親自觸摸沒有被水浸濕的紙團，在教師的問題引導下進行思維，初步得出“空氣占握了空間，擋住了水進入杯子里”的結論。

【探究實驗1】

（1）把乒乓球放入盛滿水的水槽中，用一個剪去尾部、擰緊蓋子的塑料瓶扣在乒乓球上，豎直向下將瓶子壓入水中，此時乒乓球的位置在哪里？

（2）怎樣使沉在水底的乒乓球在瓶子里浮起 來呢？

【學生活動】分組進行探究實驗并認真觀察實驗現象，記錄實驗結果，思考實驗結果產生的原因和使乒乓球成功浮起來的辦法和原理。

【問題3】第一次實驗，乒乓球沉在水底，是因為瓶子里的空氣占據了空間，堵住了水進入瓶子里;第二次實驗，擰開瓶蓋后乒乓球就能浮起來，乒乓球是進入瓶子里的水托起來的，水是怎么進來的呢？原本瓶子里的空氣呢？

【演示實驗2】擰開瓶蓋，在瓶口嚴實地套上一個氣球，排出氣球里的空氣，用癟了的氣球堵住瓶口，重復“探究實驗1”;使用重復捏瘜和放開氣球，觀察乒乓球在瓶子中的位置。

【學生活動】每組一名學生近距離觀察并動手操作，思考：乒乓球浮起來時，空氣去了哪里？空間占據了哪里？捏癟氣球時，是什么把瓶子里的水推走了？空氣占據了哪里？

設計意圖：教材上的實驗設計對實驗設備要求比較高，實驗現象也存在不易見的缺點。改進后的實驗設計收到了更好的效果：易得、易控、易見——實驗材料來源于生活中的廢棄物，捏放氣球的動作簡單易行，隨著捏放氣球的動作乒乓球的位置變化很顯著。這樣設計讓不容易看得見也不容易摸得著的空氣和其對空間的占據現象十分清晰地展現出來，為空間能占據空間的科學概念提供了有力的證據，發展了學生的科學認知思維。

【探究實驗2】一個空塑料瓶，一個盛滿水的水槽，比一比：誰能先把空瓶子裝滿？

【學生活動】參與比賽，思考：想要快速把瓶子裝滿水，就要想辦法使占據空間的什么快速被擠出去？

設計意圖：由生活中給瓶子裝水的方法，自然結合本課科學概念的學習，把所建構的科學知識運用到生活實踐中，并用科學語言解釋生活中含有科學道理的現象，理論聯系實際，使科學思維得以有效 養成。

3.制作“空氣能噴泉”

【探究制作】利用裝了水的瓶子、橡皮泥、兩根長短不一樣的吸管，制作一個“空氣能噴泉”。

【學生活動】利用所學的空氣能占據空間的科學概念，進行探究制作，成功后說說其中的原理。

設計意圖：在形成概念性思維的基礎上，提供材料讓學生動手制作，實現科學、技術、工程多學科融合的項目性目標，既培養了學生的思維能力，又鞏固了科學概念。

4.課堂總結

【教師結語】原來空氣真的占據了空間，我們的生活中既有空氣占據空間的科學現象，也有根據這個知識制作出來的服務社會生活的工具裝置。科學來源于生活又服務于生活，我們學習科學就是要在認真了解各種現象和事物的基礎上，讓科學成為我們的好朋友，在社會和生活實際中，和我們一起 成長。

【布置作業】將本堂課所學的過程，制作成一張思維導圖，并預測空氣還有哪些其他性質。

設計意圖：采用畫思維導圖的方式，引導學生對課堂上所建構的科學知識進行課后的回顧與反思，形成有系統的認知，并在此過程中培養他們自我復習、自主思維的能力。

四、教學反思

《小學科學課程標準》強調“科學學科的教學過程要以探究為核心”，而探究的價值核心則是學生科學思維方式和科學思維能力的形成，落實在具體的科學課堂上，錘煉學生的思維能力可以從以下幾個方面入手。

1.充分創造思維的機會

教師在導入課堂教學或引入探究活動時，要結合生活創設情境，結合學生心理特點創設“引爆點”，收到激發興趣、產生疑問、打開思路的效果。在課堂教學過程中，教師所提出的問題要有“驅動性”，設計的探究要有“目標性”，進行的思考要有“碰撞性”;摒棄只有“做”沒有“思”，“熱鬧熱鬧”探究卻“空空洞洞”學習的偽科學課堂。要把動手操作和思維反思有效結合，思考后用實踐和操作去論證，實踐和操作后要進行檢查、審視和反思，經歷一個縝密的探究和思維互相促進的過程。

2.適當預留思維的時間

科學課堂也可以適當“留白”，教學設計時要合理設置課堂容量，適度地給學生預留思維的空間和時間。要避免“大水漫灌”式的講座教學，做到講“五分”留“五分”，給時間讓學生去思考，為學生制造思維沖突，激發學生的思維潛能，使學生深入理解事物的本質，形成思維的深度。

3.合理拓展思維的空間

科學教學不能僅局限于教材這個本，還要做到與社會和生活實際相結合，與其他學科相結合，把STEAM理念融入教學和科學思維培養中。由“一知”融匯“多知”，由課內拓展課外，由“單一性”走向“發散性”，促進學生延展性思維和創造力思維的 形成。

子曰：“學而不思則罔，思而不學則殆。”科學的課堂要講究學思統一，通過設計驅動性問題，創新模型和實驗，培養學生有效的思維方法，并以習得的科學思維方法指導科學實踐活動，在實踐中產生新的思考，就能達到促進學生科學思維有效建構的目的。

參考文獻：

[1]王思錦.小學科學學科核心素養解讀[EB/OL].www.doc88.com/p-3913977572498.html.

[2]曹海娟.多元建構，讓思維漸次深入——“圓柱解決問題”教學實踐與思考[J].小學數學教師，2018（1）.