讀懂材料的結構——以教科版五年級下冊“物體在水中是沉還是浮”為例

福建省建甌市實驗小學 阮承李

“材料引起學習，材料引起活動”，材料是進行科學探究的基礎。如何讓實驗材料具有嚴密的結構，目前大家引用得最多的是蘭本達教授和我國著名科學啟蒙教育專家劉默耕的闡述。很多分析文章大同小異，點到即止，對于一線教師而言，往往看后僅停留在有所知上，實際教學中經常出現材料替換、選擇的不妥。本文圍繞一個活動做一個較深入的分析，讓大家對材料的結構性有一個更全面的把握，舉一反三，更好地開展實驗教學。

筆者以教科版五年級下冊第一單元第1課“物體在水中是沉還是浮”的第二個活動“觀察更多的物體是沉還是浮”為例。課本中提供了七種材料：小石塊、泡沫塑料塊、回形針、蠟燭、帶蓋的空瓶、蘿卜、橡皮。前面一個活動中，學生已經初步明白了判斷沉浮的標準、掌握了實驗方法，這一活動要讓學生觀察這七種材料的沉浮。實驗基本過程是先預測、說預測理由，然后實驗觀察，最后對比預測和實際結果，整理預測理由，推測物體的沉浮和什么因素有關。下面僅從材料的本身做一個分析，讀懂材料的結構中所包含的豐富內容，對于材料的順序、實驗過程的配合這里不做介紹。

一、鞏固提升，考慮前一活動所學

前面一個活動中剛學習了沉浮的標準以及將物體放入水中的操作方法。這個實驗承擔著鞏固、深化沉浮標準及操作方法的任務。物體在水中的沉浮判斷，對于浮在水面、沉在水底這兩種情況，和學生的前概念一致，學生掌握不難。而物體處在水面以下水底以上，即學生前概念中的半沉半浮歸屬于浮，學生即使在概念上接受了，但實際學習中經常還是轉不過彎來。因為其中還涉及一個問題：物體的上浮下沉與沉浮的區別聯系。上浮下沉指的是一個過程，沉與浮是針對結果。物體放到水里，慢慢沉入水中，只要沒有接觸底部都屬于浮，學生很容易受到下沉這一概念的干擾。通過這一活動，能讓學生進一步理解沉浮判斷標準。這里的七種材料中，有浮在水面屬于浮的，如泡沫塑料塊；有沉在水底屬于沉的，如小石塊、回形針；有大部分沉在水中屬于浮的，如蘿卜。而學生的認知難點在“半沉半浮屬于浮”這種情況，這七種材料中僅有一種，因此我們可以在這一組材料中增加一種“半沉半浮屬于浮”的材料，以加強難點突破。

二、科學設計，考慮學生認知水平

這七種材料中，對于大部分學生而言，有很容易判斷沉浮的，如小石塊、泡沫塑料塊、回形針、帶蓋的空瓶；也有生活中很常見，但卻比較難判斷沉浮的，如蠟燭、蘿卜、橡皮。這樣安排便于學生通過容易判斷沉浮的材料，預測比較難判斷沉浮的材料，引發學生思考，帶動思維向更深層次推進。

三、保重破難，考慮實驗主要因素

本單元以沉浮為中心，圍繞密度和浮力兩條暗線展開。在學生的印象中，影響物體在水中沉浮的因素主要有材料本身的輕重（含有密度的意思）、物體質量的大小、體積的大小、物體的形狀、實心空心等。這七種材料，從下節課課本提供的圖中可知，物體從輕到重依次是回形針、泡沫塑料塊、帶蓋的空瓶、橡皮、蠟燭、小石塊、蘿卜。從物體的輕重看，最輕的回形針是沉的，稍重一點的泡沫塑料塊是浮的；最重的蘿卜是浮的，稍輕一點的小石塊是沉的。物體的體積從小到大依次是回形針、帶蓋的空瓶、橡皮、蠟燭、小石塊、泡沫塑料塊、蘿卜。從物體的體積大小看，最小的回形針是沉的，稍大一點的帶蓋的空瓶是浮的；最大的蘿卜、泡沫塑料塊是浮的，稍小一點的小石塊是沉的。綜合來看，最大最重的蘿卜是浮的，最小最輕的回形針是沉的。這樣的安排和學生前概念中物體輕的、小的容易浮，重的、大的容易沉相矛盾，既避免了學生得出錯誤結論，同時引發認知沖突，激發學生探究興趣，引發學生思考。（這七種材料的輕重、大小排序通過本單元第2課第1個活動“分析物體在水中的沉浮規律”兩幅排序圖可知）從形狀看，這組材料中有規則的，也有不規則的，有的特別尖，有的比較圓、方正。從材料的實心、空心看，空心的只有帶蓋的空瓶，其余實心。從材料的材質看，有金屬的、塑料的、玻璃的等。這些物體沉浮有些和學生的原有認知一致，如金屬的容易沉，空心的、泡沫的容易浮；有些學生無從判斷。正是通過這樣的材料安排，巧妙地強化了學生正確的前概念，激發學生積極思考，糾正學生錯誤的認識，提升學生科學思維，培養科學品質。

觀察更多物體在水中的沉浮

四、聚焦主旨，考慮關鍵就重避輕

在矛盾沖突中引出問題開展探究，這是科學學習的重要方式。這里提供的材料就包含了這種認知沖突。材料中有意凸顯了物體的輕重、大小等和物體沉浮有關的主要因素，至于物體的顏色、質感、軟硬等，也有一部分學生認為和物體的沉浮有關，但不是主要矛盾。在材料的選擇上，實際授課中都不要在這方面“節外生枝”，避免沖淡主題。比如物體如果提供得太小或太薄，原本沉的物體，由于受到水的表面張力而浮起來。這一實驗現象有意義，但并不適合在本課研究。

五、著眼整體，考慮教學前后聯系

本課第三個活動研究同種材料與沉浮的關系。橡皮是沉的，蘿卜是浮的，通過切分橡皮和蘿卜，學生發現同種材料構成的物體，把它們的體積變小，沉浮狀況不變。增大體積實驗課本上安排了串回形針、疊加小木塊（小木塊的沉浮實驗第1個活動做過），同樣這兩種材料也是一沉一浮的。通過實驗，學生發現同種材料構成的物體，把它們的體積變大，沉浮狀況不變。因此在做第二個實驗時，要考慮好第三個實驗的開展。

六、注重效益，考慮材料選擇替換

了解了材料的結構，我們就可以很好地選擇蠟燭的長短、瓶子的大小、橡皮的大小等，進而根據實際選擇常見的、環保的、低價的予以替換。如對于胡蘿卜這一材料，我們在實驗中發現大多數是沉的，并不符合實驗要求，必須予以替換。又如第三個實驗，在增大、減小體積的過程中，要考慮切割后材料的吸水性，切開后的材質是否均勻等。對于疊加物體的實驗我們要考慮如何固定兩個物體。比如授課中，我們看到有的教師用牙簽代替小木塊做增大體積實驗，固定時用透明膠帶，這個實驗則不科學，對于牙簽的沉浮來說，透明膠帶的沉浮狀況已經影響了牙簽的沉浮。

材料不會說話，但有結構的材料蘊含了豐富的信息。教師只有掌握相關理論知識，認真挖掘，分析材料與學生的關系，必須符合學生心理、認知規律；分析材料與教學的關系，必須著眼整體，聚焦主旨，保重破難；分析材料與課堂的關系，必須有利于教學組織、管理；分析材料與實際效益的關系，在實驗效果與材料的成本、環保、準備的便捷上取得平衡。掌握了材料的結構，才能更好地運用材料，開展有結構的實驗，構建有結構的課堂，更好地為提升學生的科學素養服務。