基于思維進階設(shè)計教學(xué)

科學(xué)課注重安排學(xué)習(xí)進階，形成有序結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為學(xué)習(xí)內(nèi)容由淺入深、由表及里、由易到難，學(xué)習(xí)活動從簡單到綜合。教師利用進階式的學(xué)習(xí)內(nèi)容，采取有效的教學(xué)策略，可以促進學(xué)生的認知發(fā)展，讓其思維進階。現(xiàn)以特級教師沈曉英執(zhí)教的《溫度與水的變化》一課為例，分析思維進階理念下如何設(shè)計適切的教學(xué)內(nèi)容，觸發(fā)學(xué)生的積極思維。

本課是五年級“熱”單元的起始課，對應(yīng)的核心概念是物質(zhì)的變化與化學(xué)反應(yīng)、能的轉(zhuǎn)化與能量守恒，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容是物質(zhì)的三態(tài)變化及能的形式、轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化。教學(xué)中，學(xué)生通過探究溫度的變化和水的形態(tài)變化，了解溫度發(fā)生變化表示熱量在傳遞，完善“熱量變化導(dǎo)致了物體溫度變化”這一科學(xué)概念。

相比三年級“加熱水的實驗”，五年級的學(xué)習(xí)內(nèi)容強調(diào)感知能量傳遞與形態(tài)變化之間的聯(lián)系。如何讓學(xué)生將肉眼看不見的熱量傳遞用語言表述出來，如何將熱量的傳遞、溫度的變化、水的形態(tài)變化相關(guān)聯(lián)，是本課的重點。本課的難點是，教師能否安排循序漸進、螺旋上升的教學(xué)活動來突破“熱量使水的形態(tài)發(fā)生變化”這一困局。

一、關(guān)聯(lián)新舊知識，把握思維起點

教師要創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)情境，采用靈活多樣的教學(xué)方法，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)新舊知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，并把新知識納入已有的知識體系中。學(xué)生的舊知與新知之間存在哪些差距或難點，是教師展開教學(xué)的立足點，更是思維的觸發(fā)點。

在本課的導(dǎo)入階段，教師需要創(chuàng)設(shè)一個學(xué)生熟知的有關(guān)于水的生活情境，讓他們圍繞“水”展開討論，說說對水的三態(tài)的認知，并談?wù)勊谑裁礂l件下會發(fā)生三態(tài)變化。

課始，教師用教材中的大自然圖片喚醒學(xué)生對水的認知，讓他們回憶水在大自然中的三種形態(tài)——冰、水、水蒸氣。在交流的過程中，學(xué)生很容易認為像云一樣的白煙是水蒸氣。于是，教師強調(diào)水蒸氣是肉眼看不到的，糾正學(xué)生錯誤的前概念。之后，通過提問“冰、水、水蒸氣這三種形態(tài)之間如何轉(zhuǎn)變”，讓學(xué)生回憶三年級學(xué)習(xí)的關(guān)于水的內(nèi)容。這些將作為接下來探究水的形態(tài)變化與溫度關(guān)系的基礎(chǔ)。在學(xué)生交流水變成水蒸氣的過程中，教師介紹了什么叫沸騰，并將沸騰與水蒸氣的產(chǎn)生情況進行關(guān)聯(lián)，這些將為之后學(xué)生探究水加熱沸騰時的實驗觀察提供有力的引導(dǎo)。教師牢牢抓住了學(xué)生思維的生長點，利用了思維的沖突點，讓課堂教學(xué)順利進行。

二、巧設(shè)問題鏈，形成積極思維

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)，教師應(yīng)著眼于學(xué)生思維的發(fā)展，創(chuàng)設(shè)有價值的問題情境，精心設(shè)計符合他們思維發(fā)展的問題鏈，引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)并提出問題，在分析、解決問題的同時又產(chǎn)生新的問題，從而充分調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性，提高他們的思維參與度。

1.提示階段

實驗開始前，教師一般會出示溫馨提示。這個階段，學(xué)生在問題鏈的引領(lǐng)下積極、全面地思考，更加關(guān)注實驗的細節(jié)。

教師通過問題①“護目鏡和毛巾有什么用”，引導(dǎo)學(xué)生思考實驗的安全性。通過問題②“觀察、記錄什么”，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實驗觀察與數(shù)據(jù)記錄，強調(diào)記錄方式，為形成科學(xué)觀念奠定基礎(chǔ)。通過問題③“撤掉酒精燈的目的是什么”，讓學(xué)生意識到停止加熱后，水溫的變化會是怎樣的，和加熱有什么不同，讓他們認識到實驗既可以正向論證，也可以反向論證，強化正向、逆向思維。通過問題④“通過折線圖能論證預(yù)測嗎”，讓學(xué)生基于數(shù)據(jù)實證積極思維，合理解釋論證水溫的變化與熱量有關(guān)，驗證假設(shè)。在這些問題的指引下，學(xué)生的實驗有序進行，實驗數(shù)據(jù)的采集也變得不再單調(diào)。

2.設(shè)計階段

學(xué)生在問題的引領(lǐng)下積極思維，作出猜測和假設(shè)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計研究方案，通過不同的方法和途徑尋找證據(jù)。

在本課中，教師設(shè)計了三個有關(guān)聯(lián)的問題，讓學(xué)生進行深度交流，明確熱量使水的狀態(tài)發(fā)生變化。問題①“是什么讓水持續(xù)升溫沸騰變成水蒸氣”，讓學(xué)生關(guān)聯(lián)生活，建立假設(shè)，將實驗重點聚焦到水的狀態(tài)發(fā)生改變的原因上，讓他們之后的觀察活動更有針對性。問題②“什么是熱量”，喚醒學(xué)生關(guān)于熱量的認知，并關(guān)聯(lián)生活實例用語言解釋熱量，促進他們思維外顯，更能讓他們在之后的實驗中關(guān)注熱量的相關(guān)現(xiàn)象。問題③“熱量從哪里來，是誰把熱量傳給了水”，讓學(xué)生明確了用酒精燈加熱，認識到火能提供熱量，酒精燈的火焰把熱量傳遞給了水，水的溫度升高最終沸騰，物理形態(tài)發(fā)生變化，變成水蒸氣。

通過這樣的問題鏈設(shè)計，學(xué)生能輕而易舉地將先加熱到沸騰再停止加熱的實驗過程設(shè)計出來，同時預(yù)測與實證思維能力也進一步得到了提升。

3.分析階段

“現(xiàn)象—推論—實證”是科學(xué)實驗的一般模式，如何從現(xiàn)象形成合理解釋，去驗證假設(shè)，總結(jié)推論，建立實證意識，是科學(xué)課堂的教學(xué)方向。

在本課的實驗分析環(huán)節(jié)，教師通過問題①“總結(jié)實驗過程發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象”，讓學(xué)生在關(guān)注水溫變化的同時，也關(guān)注水在加熱過程中發(fā)生的變化，為學(xué)生形成合理解釋奠定基礎(chǔ)。通過問題②“這一現(xiàn)象的解釋是什么”，讓學(xué)生在描述現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)象與解釋相關(guān)聯(lián)，主動分析實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度上升的數(shù)據(jù)，結(jié)合酒精燈的加熱過程，論證熱量的吸收會讓水的溫度上升這一預(yù)測。通過問題③“證據(jù)是什么”，訓(xùn)練學(xué)生的實證意識，讓實驗結(jié)論有跡可循，讓他們意識到要用事實說話。

在實驗分析環(huán)節(jié)，教師通過“現(xiàn)象—推論—實證”這樣的范式問題鏈，讓學(xué)生運用綜合、比較、分析等思維能力，對現(xiàn)象進行解釋，形成實證意識。

三、創(chuàng)設(shè)晉級階梯，加快思維進程

教師只有找準(zhǔn)學(xué)生的基礎(chǔ)，設(shè)計相應(yīng)的活動，才能為他們有效搭建認知的“階梯”，幫助他們發(fā)展和完善原有的認知結(jié)構(gòu)，形成認知體系。有些階梯，坡度較小，可以讓學(xué)生自己輕松地走一走；有些階梯，坡度較大，教師可以稍微扶一扶；有些階梯，坡度太大，教師可以為他們放置一塊“墊板”。

1.改進裝置，掃除路障

教材中用傳統(tǒng)的酒精燈對燒杯中的熱水進行加熱，學(xué)生要加熱水至沸騰，停止加熱3分鐘，觀察水的溫度和狀態(tài)，再對水進行加熱，并觀察水的溫度和狀態(tài)。在實際教學(xué)過程中，這樣的探究過程耗時較長，需要兩次點燃酒精燈，一堂課很難完成教學(xué)任務(wù)。同時，學(xué)生的記錄以文字和數(shù)字為主，對能量以及水的溫度、形態(tài)方面的思考甚少，思維提升有限。基于此，教師對實驗材料及實驗方法進行改進，突破教材中的局限，使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率有了較大的提高，逐步提升思維能力。

在小組實驗開始前，教師就將熱水倒好。這樣能減少熱量的散失，縮短學(xué)生對水加熱至沸騰的時間。在實驗裝置方面，教師進行了創(chuàng)新（如圖1）：在燒杯上加蓋，有效阻礙了加熱過程中水的熱量往空氣中傳遞；用鐵架臺將溫度計固定，以防溫度計掉落。對實驗儀器的改進，為之后實驗數(shù)據(jù)的獲取、記錄、分析爭取了更多時間，讓學(xué)生在短時間內(nèi)觀察到了探究環(huán)節(jié)中最有價值的現(xiàn)象，掃除了時間上的障礙，為他們思維進階提供了捷徑。

在實驗的記錄方式上，教師除了讓學(xué)生記錄溫度之外，還讓他們用畫圖的方式記錄水的變化，將較難描述的現(xiàn)象用圖形表達，促進他們思維的發(fā)展。借助折線圖（如圖2），學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)溫度的變化過程及規(guī)律，他們能更容易通過圖表上對信息進行分析、綜合、比較，建構(gòu)“加熱，熱量增多，溫度上升；停止加熱，熱量減少，溫度下降”的科學(xué)觀念。

2.張弛有度，設(shè)置坡度

教師需要了解學(xué)生原有的科學(xué)能力、實驗探究基礎(chǔ)和期望達到的能力目標(biāo)，在問題與問題之間設(shè)置難度適中的“思維階梯”，讓學(xué)生的思維能力順利進階。

本課的核心問題是：水沸騰后變成水蒸氣，這一變化與什么有關(guān)？學(xué)生很容易得出答案——溫度，但溫度背后隱藏的熱量是學(xué)生很難表述清楚的。為解決這一難題，教師從學(xué)生熟知的溫度入手，基于實驗數(shù)據(jù)，設(shè)置了由易到難的問題。教師通過提問“溫度由誰提供”為學(xué)生搭建思維支架，讓他們快速找到“火”這個關(guān)鍵點來進行實驗設(shè)計。隨后，教師提出思維含量更高的問題“火為什么能讓水溫升高”，讓學(xué)生深度思考，將思考角度延伸至熱量。在分析環(huán)節(jié)，教師以數(shù)據(jù)分析為基點，讓學(xué)生通過實證分析，將關(guān)注點放在更加抽象的“水的形態(tài)”上，從而得出“在加熱過程中，水吸收熱量，溫度升高，變成水蒸氣”。在解決“什么能使水的形態(tài)發(fā)生變化”這一教學(xué)難點時，教師通過設(shè)置不同坡度的思維階梯，讓學(xué)生尋找水溫升高的直觀因素，引發(fā)火與水溫升高之間關(guān)系的深度思考，從而順利解釋水的狀態(tài)為什么發(fā)生了變化。在抽絲剝繭般的思維過程中，學(xué)生聯(lián)結(jié)生活經(jīng)驗，認識到“熱量與物質(zhì)形態(tài)有關(guān)”，順利認識到水沸騰時，水大量變成水蒸氣，熱量散失給空氣，完成形態(tài)的轉(zhuǎn)變。

（作者單位：浙江省寧波市鎮(zhèn)海區(qū)鯤池小學(xué)）

參考文獻

[1]周繼光.巧用猜測，助力實證——例談“猜測”在小學(xué)科學(xué)實證式課堂中的有效應(yīng)用[J].新課程（小學(xué)），2019（04）.