核心素養下的小學科學實驗教學說課

【摘要】本文基于小學科學課程具有實踐性的特征，以“熱在金屬中的傳遞”一課為例，通過說課的形式，論述小學科學實驗教學的優化策略：創設問題情境，引導學生發現問題、提出問題；依據實驗設計，控制變量，改進實驗裝置；依據實驗現象和數據分析，發展學生的科學思維；總結實驗創新點，激發學生的創新思維。

【關鍵詞】小學科學 核心素養 實驗教學 說課 實驗裝置

【中圖分類號】G62 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）34-0073-04

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《科學課標》）指出：小學科學課程是一門體現科學本質的綜合性基礎課程，具有實踐性。核心素養指的是人在知識、技能以及情感方面所體現出的一種綜合性的表現，在小學科學課堂上積極開展以探究和實踐為主的科學實驗教學，有利于發展學生的核心素養，提高學生的科學思維能力、科學探究和實踐能力。實驗教學說課是指教師依據實驗教學內容、學生情況、實驗環境等分析實驗教學任務，陳述實驗教學目標，講述實驗原理和實驗方法設計，闡明實驗教學設想及其理論依據，并對實驗教學進行反思和評價。基于核心素養下的科學實驗教學說課是改進實驗教學、提高實驗教學效率的重要途徑。教師應給予重視，并根據《科學課標》的指導思想，從實驗內容設計、實驗方法設計、實驗教學過程設計等方面展開理論與實踐相結合的研究。下面，筆者以教科版小學科學五年級下冊第四單元中的第4課“熱在金屬中的傳遞”為例，探究小學科學實驗教學的策略。

一、創設問題情境，引導學生發現問題、提出問題

在科學實驗課程中，實驗內容設計和實驗方法設計至關重要。為此，教師可采用創設問題情境的策略，引導學生發現問題，激發學生參與課堂的積極性，高效達成實驗的教學目標。

以教科版小學科學五年級下冊第四單元第4課“熱在金屬中的傳遞”為例。本節課探究內容是，了解熱在金屬中的傳遞方向，研討熱在金屬中的傳遞方式，拓展三種熱傳遞方式。

探究始于問題，問題在情境中產生，筆者采用創設問題情境的策略，引導學生觀察熱在金屬條中傳遞的方向，激發學生的好奇心，給予學生提出問題的機會，對教材中提供的實驗方法和實驗教學情況進行驗證（時間是2020年秋季學期，筆者任教五年級的5個教學班60個實驗組都參與驗證）。其過程和實際情況如下。

器材準備：鐵架臺、酒精燈、金屬條、火柴、感溫油墨。

教師提問：“怎樣讓金屬條上的熱傳遞可以被我們‘看到呢？哪些材料可以幫助我們呢？”學生回答：“蠟燭、凡士林、感溫油墨。”教師繼續追問：“有了這些材料的幫助，我們可以怎么設計實驗呢？”

師生交流后，設計出實驗：將金屬條固定在鐵架上，在金屬條上涂上溫變油墨，用酒精燈在金屬條一端加熱，通過顏色的改變過程來觀察和記錄熱傳遞的方向。學生了解實驗的步驟和實驗注意事項等，教師強調學生注意安全。學生了解實驗設計后，開展小組實驗探究并做好記錄，教師巡回指導，師生討論交流實驗中的發現。

學生分小組進行實驗時，部分小組在實際操作過程中發現了問題。5個教學班的60個實驗組中，有11個小組因控制不好金屬條與火焰的距離而燒著油墨，引發安全問題，沒能完成實驗；有21個小組提出觀察到了顏色的變化，但沒有產生電子數字化的溫度變化直觀效果。

綜合以上問題，師生發現依據教材提供的實驗方法開展實驗的不足之處：難以控制金屬條與酒精燈火焰的距離而燒著油墨，不夠安全；有了顏色的直觀感受，卻沒有電子數字化的溫度變化直觀效果，精準性不高。

二、依據實驗設計，控制變量，改進實驗裝置

為了使學生更好觀察熱傳遞過程，并有效地解決以上實驗教學出現的問題，筆者采取了這樣的解決方案：在鋁條表面涂上溫變油墨（遇高溫會改變顏色），用探針式溫度計測量鋁條的溫度變化。筆者將改進的實驗裝置運用于課堂，依據實際情況，控制好變量，從而優化實驗裝置。

1.第一次改進實驗裝置

在鋁條表面涂上溫變油墨，通過顏色的改變過程來觀察熱傳遞的方向。筆者采用工業上常見的測溫儀器——探針式溫度計，測量鋁條上其中一個點的溫度變化，學生可以直觀地觀察屏幕上的溫度數據變化。完成以上改進后，筆者把變色和測溫兩種裝置整合成一套裝置，學生可以更清楚地觀察到熱傳遞的過程。改進后的實驗裝置如圖1所示。

在運用以上實驗裝置改進實驗教學的過程中，筆者又發現了新的問題：鋁條固定后，學生在使用酒精燈時，酒精燈火焰的火苗時大時小，火大時溫度太高油墨很容易被點燃，很不安全；用探針式溫度計測量鋁條的溫度變化，只設計了一個探溫點，不夠精準；學生測溫時，要同時按秒表和探針式溫度計，并且只能手動記錄溫度數據，這種做法比較麻煩，又不精準。

2.第二次改進實驗裝置

為了解決第一次改進的實驗裝置在試教過程中出現的問題，使實驗過程更規范，實驗效果更明顯，結果更準確，筆者又做了進一步改進：在鋁條表面涂上溫變油墨，設計滑輪滾動可調節鋁條的高度，進而可根據火苗的大小調節火苗與鋁條加熱端的距離，讓油墨不至于溫度太高被點燃，從而解決了安全問題。鑒于熱源的位置是可移動調節的，筆者在鋁條上設計了熱源的不同位置為A、B、C三點，探溫點為D點，多點測量，得出的溫度變化數據更精準。用新的探針式溫度器測量鋁條的溫度變化，觀察屏幕上的溫度數據變化，并記錄和生成溫度變化數據，可上傳手機和電腦進行精準分析，以信息技術助推科學探究，從而更科學、準確、直觀地認識熱傳遞的方向。改進后的實驗裝置如圖2所示。

三、依據實驗現象和數據分析，發展學生的科學思維

《科學課標》指出：教師幫助學生認識科學探究的過程和方法，發展科學探究能力，培養小學生具有初步的比較、判斷、歸納、分類、想象、創新、概括等思維能力。

教學過程設計是實驗說課的重要部分，為了突出本課的教學重難點，實現教學目標，應引導學生進行探究式學習。在學生的探究過程中，教師應多關注學生的思維訓練以及探究方法的使用，依據實驗現象和數據分析，可以檢驗創新的實驗裝置在學生的探究環節中是否有效。

“熱在金屬中的傳遞”這一課主要呈現的熱傳遞方式是靠熱傳導，五年級的學生依據生活經驗對熱傳導概念有了一定的認識，但是他們還不能真正理解抽象的熱傳導的傳遞過程和方向，所以在教學過程的設計環節，筆者以學生原有知識水平為起點，以改進實驗裝置為切入點，在科學探究中發展學生的合作能力、實踐能力和創新意識。

本課的教學過程設計如下：教師先創設情境，讓學生思考猜想“熱是怎樣傳遞的”，引導學生提出問題、大膽猜想、提出假設，并自主嘗試設計實驗方案，參考課本的實驗以小組為單位進行實驗操作，通過實驗觀察熱在金屬片中的傳遞過程和方向。學生通過觀察到的實驗結果分析熱傳導過程中有哪些共同特點，以深入理解“熱量可以在物體內和物體間傳遞”的概念。然后，教師引導學生以小組為單位運用改進后的實驗裝置重新實驗，提醒學生關注實驗的注意事項，注意酒精燈的安全使用，尤其是注意鋁條的顏色變化和探針式溫度器的溫度變化，做好實驗記錄。具體操作環節如下。

1.學生探索改進實驗

學生固定鋁條，涂上溫變油墨，用酒精燈在鋁條一端加熱，通過顏色的改變過程來觀察熱傳遞的方向，并記錄判斷熱傳遞的方向，教師巡回指導。學生記錄，師生交流實驗中的發現。

2.學生繼續改進實驗

學生測量，用探針式溫度計測量鋁條不加熱的另一端的溫度變化，觀察屏幕上的溫度數據變化，并記錄和生成溫度變化數據，可上傳手機和電腦進行精準分析。

教師設計如表1所示的“熱在金屬中的傳遞的實驗探究記錄表”，引導學生重點關注鋁條的顏色變化和探針式溫度器的溫度變化，做好實驗記錄。

3.學生研討熱傳遞的方向，并進行實驗操作

學生運用改進后的裝置進行實驗，過程較為順利。例如，第5小組的學生通過動手操作、小組合作完成實驗，觀察到鋁條上油墨顏色變化：加熱前黑色，加熱后變紅色，并且顏色是從鋁條加熱的一端到另一端逐漸從黑色變紅色。學生手動記錄好熱源在鋁條A點時，探針式溫度器測得探溫點D點的溫度：加熱前是27.7℃，加熱后每30秒記錄一次，3分鐘后溫度升高到42.7℃。

在實驗過程中，學生需要連續測三次，分別是探針式溫度器測得的熱源在A、B、C三點時，探溫點D點的溫度。探針式溫度器會自動記錄和生成溫度變化數據，并上傳手機和電腦可供學生進行精準分析。探針式溫度器自動記錄和生成的溫度變化數據如下頁圖3“探針式溫度器測得的溫度”所示，學生可以看到同樣的加熱時間3分鐘內，探針式溫度器測得的熱源在A點時，探溫點D點的溫度：從加熱前的27.7℃逐漸升溫到42.7℃；探針式溫度器測得的熱源在B點時，探溫點D點的溫度：從加熱前的29.7℃逐漸升溫到65.1℃；探針式溫度器測得的熱源在C點時，探溫點D點的溫度：從加熱前的30.3℃逐漸升溫到77.2℃。根據溫度數據分析，可以得出探針式溫度器測得的熱源在A、B、C三點時，探溫點D點的溫度都是逐漸上升，并且熱會從鋁條加熱的一端傳遞到另一端。

4.學生依據創新實驗裝置呈現的實驗現象，綜合實驗結果，分析實驗數據

學生根據實驗操作的具體情況，討論得出：熱會從較熱的物體（或物體的一部分）傳遞到較冷的物體（或物體的一部分）；通過直接接觸，將熱從一個物體傳遞給另一個物體，或者從物體的一部分傳遞到另一部分的傳熱方式叫作熱傳導。

通過改進實驗裝置，學生能較為準確地觀察到熱傳遞的過程。學生用文字或圖示記錄過程，小組內交流討論觀察到的關于熱是怎樣傳遞的現象。學生綜合各組的實驗結果，總結出通過在鋁條表面涂上溫變油墨，遇高溫會改變顏色，通過顏色變化加強視覺效果；用探針式溫度器測量鋁條的溫度變化，通過溫度變化數據顯示和生成的溫度變化數據折線圖分析，測量結果更明顯。整個過程進一步完善了學生在探究過程中的直觀體驗，其準確性、高效性、普及性、推廣性都較強。

四、總結實驗創新點，激發學生的創新思維

實驗創新對實驗說課至關重要。教師在進行科學實驗的創新示范和引導的過程中，要鼓勵學生自己動手，培養學生的創新能力。

與教材中的“熱在金屬中的傳遞”的實驗相比，在鋁條表面涂上溫變油墨，用探針式溫度器測量鋁片的溫度變化，實驗效果更明顯也更為準確。在本課中，學生運用改進的實驗裝置進行實驗后，教師繼續追問：“改進后的實驗裝置與教材中的實驗器材相比，有哪些創新點？”學生進行觀察對比后，小組討論交流，爭相發言，總結出了該裝置新增功能的創新點：“更直觀，熱傳導的方向可通過顏色變化能直觀觀察到。”“數字可視化可實時顯示溫度變化，更科學。”“生成溫度變化數據，上傳手機或電腦分析更精準。”“操作更簡便明了。”“一整套裝置可更完整清楚地觀察到熱傳遞的過程。”“該裝置還可以拓展應用于下一課的銅、鋁、鋼的傳熱性能比較等實驗教學中。”

實驗設計的創新主要是為了更清晰地呈現實驗現象，綜合實驗結果，分析實驗數據，找出實驗特點和拓展應用。筆者在本課實驗教學中，通過改進實驗材料、改進實驗方法和創新實驗裝置，從而使學生更積極地參與課堂。改進后的實驗裝置既有明顯的顏色變化又有明顯的溫度變化，學生可以更加清晰地看到實驗現象，深入了解熱在金屬中的傳遞過程和方向，激發了做實驗的興趣，進一步培養了創新思維。

總之，在科學實驗教學中，教師依次采用了以上四種教學策略，有效解決了實驗教學理論與實踐脫節的問題。從學生角度來看，學生參與課堂活動的時間更多，更加專注于課堂學習，對知識的理解更加深刻，運用知識解決實際問題的能力也明顯提高。

參考文獻

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［2］高翔，葉彩虹.實驗教學說課的概念闡釋與價值審視.中小學教師培訓，2017（8）：50-53.

［3］張春花.淺析核心素養下的小學科學實驗創新教學策略.天天愛科學（教育前言），65.

注：本文系南寧市教育科學“十四五”規劃2021年度B類（自籌經費重點）課題“小學科學實驗器材改進與創新的實踐研究”（2021B068）的階段研究成果。

作者簡介：王夢詩（1991— ），廣西博白人，本科，二級教師，主要研究方向為小學科學教學。

（責編 盧 安）