小學科學思維型課堂的實踐與思考

科學課程標準指出，學生在學習科學課程的過程中，要形成適應個人發展和社會發展所需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。科學思維是構成學生素養不可或缺的重要環節，思維型課堂旨在培養學生發現問題、基于經驗事實建構模型、描述變化過程、基于證據能解釋現象等能力。現以蘇教版四年級《熱脹冷縮》一課教學為例，探討符合學生認知水平的思維型課堂的實踐與思考。

一、依托生活經驗，把握思維起點

生活中各種現象背后往往隱藏著某種規律或原理，教師通過引導學生觀察日常現象，可以培養他們的觀察力，和對生活事物敏銳的感知力。學生在生活中已經有使用溫度計測量水溫的經驗，但是他們只關注溫度計讀數的變化，從未想過它是根據什么原理制成的，因此教師需要引導他們關注溫度計的構造尤其是溫度計里面紅色液柱的上升和下降，引發他們不斷深入思考液柱上升和下降的本質是液體體積的變化。

教學片段

師：（出示溫度計）同學們，你們認識老師手上拿的這件物品嗎？

生：這是溫度計。

師：你知道溫度計的作用是什么嗎？

生：測量溫度的。

師：現在老師把溫度計放入第一杯水里，你們仔細觀察溫度計發生了什么變化？

生：我看到溫度計里面的紅色線上升了。

師：現在換到另一杯水里，你又看到了什么變化？

生：這次紅色線下降了。

師：紅色液體上升、下降是紅色液體的哪方面發生了改變？

生：溫度發生了改變。

師：溫度的變化讓紅色液體在溫度計里的什么變高和變低？

生：位置改變。

生：高度改變。

生：在管子里占據的空間變大和變小。

師：同學們說得很好，紅色液體在細管里的位置、高度變化，我們可以用“體積”這個詞來描述。

觀察日常現象有助于學生理解事物的本質，把握其規律，為思維訓練提供源源不斷的素材。學生的生活經驗是解釋現象的重要依據，但不足以支撐他們深層次思考的自主發生，因此，教師要把握他們思維的起點，激發他們深層次的思考。

二、引發認知沖突，突破思維定式

學生往往會依據生活經驗做出判斷，但是感性經驗并不一定正確，教師可以充分利用這一點，激發他們的認知沖突，驅動他們主動思考，幫助他們突破思維定式。在這節課的教學中，學生依據溫度計液柱的體積變化，已經認識了“溫度升高，體積變大；溫度降低，體積變小”，但是他們忽視了溫度計內部的獨特構造。因此，教師可以適當引導，提供思考契機，引發學生深層次思考。

教學片段

師：誰能說說溫度計里紅色液體的體積隨溫度的變化會發生怎樣的變化？

生：液體溫度升高，體積會變大；液體溫度降低，體積會變小。

師：通過觀察溫度計里面液柱的變化，同學們初步得出了結論。如果把溫度計里面的液體換成普通的水，還會出現這樣的現象嗎？

生：我認為會出現。

師：（把溫度計部分放大）你觀察到了什么結構？

生：一個球形底，上面連著一根細管。

師：（出示球形底廣口燒瓶，在瓶內裝滿紅色的水）如果把老師手上這瓶水放進熱水里，可能會看到什么現象？放進冷水里，又可能會看到什么現象？

生：放進熱水里，瓶子內的水會上升，然后紅色水溢出來；放進冷水里，瓶內的水會下降，看到水往瓶子里縮一點。

師：支持這種觀點的同學請舉手。

（沒有學生提出反對意見，教師演示放進熱水和冷水里。）

師：你觀察到了什么？

生：居然沒有變化。

生：可能發生變化了，但是變化不明顯。

師：把溫度計分別放在熱水和冷水里，觀察到溫度計里面的紅色液體體積的變化非常明顯，但是換成燒瓶里的普通水現象就不明顯了，你們覺得可能與什么有關？

（學生討論。）

生：溫度計上面有數字，燒瓶上沒有數字。

生：我不認同這個觀點，我們可以在燒瓶上標注數字，但是我覺得就算標注了數字，也不能看到燒瓶里的水上升或者下降。

生：我覺得與燒瓶的形狀有關，燒瓶口太大了。

生：我觀察到溫度計里面有根細細的管子，但是燒瓶上沒有。

教師在課堂上展示與學生生活經驗相悖的科學現象，來揭示學生經驗判斷與科學知識之間的差異。這種差異能夠引發學生的認知沖突，激發他們的好奇心和求知欲，使他們主動地去思考和探索。

三、提供相關器材，搭建思維支架

科學課堂離不開實驗器材，但是要提供什么樣的器材，為什么要用這種器材，常常被忽視，這可能造成學生思維的脫節。在驗證液體的熱脹冷縮實驗中，需要用到橡膠塞和細玻璃管，如果教師直接把器材給學生，他們沒有機會思考教師為什么要提供這些器材、這些器材應該怎么組裝、如何借助這些器材驗證猜想，這樣的課堂不利于鍛煉他們的思維能力。

教學片段

師：同學們猜測廣口燒瓶里的水沒有出現加熱溢出、遇冷回縮的現象可能與燒瓶口太大有關。（出示細玻璃管和單孔橡膠塞）同學們想一想，為什么要用到細玻璃管和帶孔的橡膠塞？

生：燒瓶是玻璃的，我們沒辦法改變瓶子本身的形狀，但是可以用細玻璃管給燒瓶口做個延長，模擬溫度計里面的那根細玻璃管。

生：帶孔的橡膠塞能固定細玻璃管，并且讓水受熱后不能從瓶口出來，只能在細玻璃管里上升。

師：已經明白實驗中各項器材的作用，如何把零散的器材組裝成實驗裝置呢？

生：把塞子塞進瓶口，再把細玻璃管插進橡膠塞的孔里。

生：也可以先把細玻璃插進橡膠塞，再把塞子塞進瓶口。

師：雖然同學們組裝器材的先后順序不同，但是最后呈現的裝置模型是相同的。我們要觀察什么現象來說明液體的體積會隨溫度的變化而變化？

生：觀察細玻璃管里液柱的上升和下降。

師：既然已經搭建好驗證的模型并且明確需要觀察的現象，具體的實驗步驟是什么？

生：先把裝置放進熱水里，看玻璃管里的液體是否會上升，再把裝置放進冷水里，看玻璃管里的液體是否會下降。

師：同學們的思路非常清晰，有兩點需要提醒你們：一在放入熱水前，用筆標注出液體的初始位置，二是注意安全。

在科學課堂上，學生要知道器材使用的意義和作用，更要能依據器材自主提出問題、設計實驗方案，這能提高他們解決問題的能力，更好地發展他們的觀察能力和思維能力。

四、進行知識遷移，促進思維發散

思維和知識有著密不可分的相連性，學生能調動大腦中存貯的知識、經驗去解釋世界，也能運用掌握的思維方式不斷豐富認知。學生將在課堂上學到的科學知識和思維方法遷移到其他情境中，可以讓思維得到更高階層的訓練。

1.探究氣體的熱脹冷縮

教學片段

師：通過實驗，同學們已經證明液體受熱體積變大，遇冷體積變小。如果研究對象換成氣體，氣體受熱和遇冷是否也存在體積變大和縮小的現象呢？（出示空燒瓶）這個瓶子里有什么？

生：里面有空氣。

師：對這瓶空氣加熱，體積會不會變化？

生：不會變化，因為空氣看不見。

生：也許有變化，但是我們看不見。

生：應該也會變化，但是就像燒瓶里的水一樣，變化不明顯。

師：既然空氣看不見，你們有沒有辦法幫助我們看見空氣體積的變化？

生：我們在三年級時借助氣球研究過空氣占據空間，我覺得也可以借助氣球，讓我們看見燒瓶里空氣體積的變化。

生：可以把氣球放在燒瓶內，將氣球口套在燒瓶口。

生：我們組的想法是把氣球置于燒瓶外，將氣球口套在燒瓶口。

師：同樣是借助氣球來驗證，大家有不同的組裝方式，實驗中觀察誰的變化能間接證明空氣的體積會隨溫度的變化而變化？

生：觀察氣球的變化來證明空氣體積的變化。

師：在氣球套在燒瓶內的設計方案中，如果把裝置分別放進熱水和冷水里，可能會看到什么現象？

生：將裝置放進熱水里，瓶內空氣的體積變大，可能會把氣球從瓶內擠到瓶外，放進冷水里，氣球會縮回瓶內。

師：在將氣球套在燒瓶外的設計方案中，如果把裝置放進熱水和冷水里，可能會看到什么現象？

生：瓶內空氣受熱，體積變大，氣球會變大；放進冷水里，空氣體積變小，氣球會癟。

師：既然已經明確了實驗裝置，你們能說明實驗的具體步驟嗎？

生：組裝好實驗裝置，先放進熱水里，觀察氣球的變化，再放進冷水里，觀察氣球的變化。

師：同學們有兩種設計方案，并且預測了可能出現的現象，是不是都能證明空氣受熱，體積變大呢？讓我們開始實驗，實驗時謹防被熱水燙到。

四年級學生對于空氣并不陌生，他們在一年級和三年級已經學過借助氣球來研究空氣性質，所以面對空氣受熱、遇冷體積變化的探究實驗，他們能調動知識儲備，遷移到本實驗中，自主設計實驗方案。

2.探究固體的熱脹冷縮

學生經歷了觀察玻璃管里液柱的上升和下降，證明液體的體積隨溫度變化的實驗，以及觀察氣球變大、變小，證明氣體的體積隨溫度變化的實驗，已經明白可以借助其他材料來放大不明顯的物體體積變化現象。因此，學生在研究固體的體積與溫度的關系時，有足夠的經驗支持他們的思維發展，不斷完善實驗設計方案。

教學片段

師：我們已經通過實驗證明液體和氣體的體積會隨溫度的變化發生改變，固體會不會也有這樣的現象呢？老師手里有個銅球，你覺得它的體積會隨著溫度的變化而改變嗎？

生：銅球不會，因為它是硬的。

生：我也覺得不會，它不像液體和氣體那樣。

師：你說的像液體和氣體那樣是指哪方面？

生：液體和氣體都能流動，但是固體不會流動。

生：我覺得銅球會隨著溫度的變化而變化，但是變化不明顯。

生：我認同這個觀點，固體的體積也會變化，可能需要借助別的東西來證明。

師：你們想用什么外物來證明固體體積的變化呢？

生：可以用個東西包裹住銅球，加熱后，看銅球會不會撐破這個東西。

生：我覺得這個方案中的包裹物在生活中很難找到。

生：我們組討論的方案是可以弄個圈，恰好讓銅球通過，加熱后銅球可能穿不過圈，再把銅球放入冷水里降溫，看銅球能不能穿過圈。

師：圈的尺寸如何確定？

生：不能太大，也不能太小，剛好讓銅球自由通過即可。

師：同學們考慮得很周到，我們這里有一個鐵環（出示鐵環，演示銅球剛好通過鐵環），對銅球加熱，可能會看到什么現象？放進冷水里，可能又會看到什么現象？

生：加熱銅球，體積變大的話，可能會卡在鐵環上，穿不過去了，放進冷水里后，體積變小，可能又能穿過去了。

經過研討交流的實驗方案，能夠讓學生經歷自主完善設計方案的過程，有利于培養他們的發散思維和創新思維。同時，在交流討論的環節中，學生能夠認真傾聽他人的意見，不斷提出質疑和見解。

（作者單位：江蘇省儀征市月塘中心小學）