指向模型建構(gòu)的《風的形成》實驗課教學

〔摘" "要〕" 青島版科學四年級上冊“風的形成”實驗教學設(shè)計，旨在通過模型建構(gòu)培養(yǎng)學生的科學思維和核心素養(yǎng)。本文通過模擬實驗探究冷熱空氣流動與風的形成關(guān)系，引導(dǎo)學生構(gòu)建風的成因模型，注重學生探究實踐與科學思維發(fā)展，在創(chuàng)新實驗與模型建構(gòu)過程中提升學生的觀察、分析和探究能力，有效促進科學素養(yǎng)的全面提升。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學科學；模型建構(gòu)；實驗教學

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）24" " 0079-03

《義務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課程標準”）強調(diào)要在科學課程中著重培養(yǎng)學生的科學思維，而模型建構(gòu)作為科學思維核心素養(yǎng)，要求以經(jīng)驗和事實為基礎(chǔ)，通過抽象和概括對客觀事物進行分析，利用模型來解釋現(xiàn)象、解讀數(shù)據(jù)并描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系及其變化過程，從而深化對自然規(guī)律的理解。本文重點聚焦于培養(yǎng)學生科學思維核心素養(yǎng)中的模型建構(gòu)能力，設(shè)計青島版科學四年級上冊“風的形成”教學活動。教學設(shè)計充分體現(xiàn)課程標準的要求，突出觀察對比、模型建構(gòu)、探究與實踐等教學策略。教學思路圍繞“風從哪里來”“空氣流動形成風”“模擬實驗與現(xiàn)象解釋”“風對人類生活的影響”等問題，逐步引導(dǎo)學生構(gòu)建科學模型，培養(yǎng)科學核心素養(yǎng)。

一、課標分析

本節(jié)課的教學內(nèi)容在課標的“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”核心概念中，課標內(nèi)容要求是知道風是一種空氣流動的現(xiàn)象，列舉生活中常見的形成風的一些方法；學業(yè)要求是能在教師指導(dǎo)下設(shè)計方案，觀察空氣受熱上升的現(xiàn)象。

課程標準中建議教師可幫助學生用直觀模型說明空氣受熱膨脹上升和風成因等現(xiàn)象，同時引導(dǎo)學生利用模型解釋簡單的科學現(xiàn)象。本節(jié)課的教學內(nèi)容是風的形成，故在本教學過程中，將提供多種實驗器材與探究指導(dǎo)，創(chuàng)設(shè)易于操作、便于觀察的實驗情境，幫助學生在真實的實驗環(huán)境中探究自然風的形成，進行模型建構(gòu)，發(fā)展學生的科學思維。

二、教材分析

“風的形成”選自青島版科學四年級上冊第十節(jié)，教材內(nèi)容圍繞風的來源、空氣流動與風的形成、模擬實驗及其現(xiàn)象的解釋展開，同時探討風對生活的影響。教材遵循課程標準中強調(diào)“科學學習要以探究為核心”的理念，側(cè)重于引導(dǎo)學生進行探究而非單純傳授知識。最后，通過拓展活動“在海邊，白天和夜晚的風向有何不同？”引導(dǎo)學生在模擬實驗的基礎(chǔ)上建立風的成因模型，并運用該模型解釋和預(yù)測自然現(xiàn)象。

三、學情分析

本教學設(shè)計從科學觀念、科學思維、探究實踐和態(tài)度責任四個科學核心素養(yǎng)的維度分析學生學情。

（一）科學觀念

學生已經(jīng)學習了空氣的概念和性質(zhì)，知道熱空氣上升，對于空氣的存在和運動有一定的認識，但對于風的成因還存在一定的困惑，大部分同學對于“熱空氣上升后，冷空氣會過來補充”這一關(guān)鍵性中間概念還不太掌握。

（二）科學思維

四年級學生的思維主要還是基于個人的生活經(jīng)驗，未能通過推理論證或者模型建構(gòu)來理解風的形成與空氣冷熱的關(guān)系。

（三）探究實踐

由于風的存在無法直接觀察，如何通過有效的實驗探究幫助學生感知風是本課的關(guān)鍵。教師需要引導(dǎo)學生深入理解冷熱空氣與風之間的關(guān)系，激發(fā)學生探究空氣流動現(xiàn)象的興趣和熱情。

（四）態(tài)度責任

學生對自然風對人類和環(huán)境影響的利弊認識還不夠深入，需要引導(dǎo)學生正確認識風對于人類生活及自然環(huán)境的兩面性，繼續(xù)增強學生熱愛自然、保護環(huán)境的生態(tài)文明意識。

四、教學目標

本文通過對課程標準、教材與學情的分析，從科學核心素養(yǎng)的四個維度出發(fā)，設(shè)立以下教學目標。

科學觀念：能知道自然界的風是由于冷熱溫度不均造成的空氣流動形成的。

科學思維與探究實踐：能利用所給的材料，小組合作根據(jù)猜想設(shè)計模擬實驗探究風的成因；概括出所觀察到的實驗現(xiàn)象并推測出風的形成原因，進而利用模擬圖建構(gòu)風的形成模型。

態(tài)度責任：能夠在探究實驗中形成科學的態(tài)度，利用辯證的觀點正確認識風對于人類生活及自然環(huán)境影響的兩面性。

五、教學環(huán)節(jié)

（一）情境創(chuàng)設(shè)，新課導(dǎo)入

通過開啟電風扇、點燃線香、吹動絲帶的演示以及分別揮動、吹動、扇動風車，引導(dǎo)學生觀察實驗現(xiàn)象并說出“人造風是通過人的力量，讓空氣流動起來所形成的風”。接著教師出示操場上紅旗飄揚、湖邊垂柳飄動的動態(tài)圖片，引導(dǎo)學生思考并討論：“吹動它們的風從哪里來？自然界中的風是怎樣形成的？”

設(shè)計意圖：通過演示人造風實驗，讓學生能夠初步建立風是一種空氣流動的概念，進而思考大自然中風的成因，引起其研究的好奇心與欲望。

（二）提出問題，實驗探究

教師結(jié)合學生的猜想，引入本節(jié)課的探究問題：“自然風的形成原因是什么？”引導(dǎo)學生開展實驗活動。

實驗一：如何制造風，讓小風車轉(zhuǎn)動起來

教師提供蠟燭、三腳架、塑料管、打火機、金屬小風車等實驗材料，引導(dǎo)學生小組合作，利用教師提供的實驗材料設(shè)計實驗并探究如何制造風讓風車轉(zhuǎn)動起來。

教師提問：同學們觀察到的實驗現(xiàn)象是什么？點燃蠟燭后，風車轉(zhuǎn)動起來了，到底是為什么呢？

學生小組分享：實驗現(xiàn)象是風車轉(zhuǎn)動起來并從上節(jié)課所學的熱氣球上升的原理來找到答案。

教師引導(dǎo)學生思考：熱空氣上升后，蠟燭周圍的空間是否一直空著，就沒有空氣了呢？還是周圍旁邊的冷空氣流過來補充？

學生做出猜想：熱空氣上升后，火焰周圍的空間空出來，冷空氣會從周圍的底縫補充進來。

教師引導(dǎo)學生進一步思考：我們眼睛能看到空氣從這里進去了嗎？你們能想個辦法，讓我們能看見空氣從底縫流進去了，從而驗證你剛剛的猜想呢？

學生分享方法：利用煙霧的流動可以看到空氣的流動。

教師提供思路：給同學們帶來一種新的材料叫干冰，并介紹其可以使周圍空氣中的水蒸氣凝結(jié)成小水珠形成白霧，通過白霧流動的方向觀察冷空氣的流動。

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學生圍繞“自然風的形成原因”進行實踐探究，同時利用干冰等實驗材料可視化空氣流動，增強學生對空氣流動過程的直觀感知，初步實現(xiàn)建構(gòu)“風的形成”概念模型。

（三）模型建構(gòu)，現(xiàn)象解釋

實驗二：風的形成模擬實驗

教師出示并介紹新的實驗探究裝置：這是自制的一個探究裝置（見圖1），由中間的隔板將裝置分成兩邊，在這個探究裝置的右上方，盛放干冰，可以通過白霧流動的方向來觀察冷空氣的流動；左邊安裝上實驗一中用過的探究裝置，以此觀察風的形成；探究裝置兩邊的上方都安裝了一個溫度計測試兩邊溫度，用以探究風的形成與空氣冷熱的關(guān)系。

教師發(fā)放實驗記錄單（見圖2）引導(dǎo)學生小組開始“風的形成”模擬實驗。

學生在教師的引導(dǎo)下不斷建立并修正實驗探究裝置中空氣流動的模型圖（見圖3），并利用該模型圖解釋大自然中風的形成原因。完成“風的形成”概念模型建構(gòu)后，聯(lián)系實際生活討論問題：“風對我們的生活有什么影響？”

設(shè)計意圖：學生通過觀察風車轉(zhuǎn)動和白霧流動方向并分析冷熱空氣流動與風的關(guān)系，同時教師引導(dǎo)學生從視覺上逐步建立空氣流動模型，最終形成關(guān)于風的成因理論。在這個實驗活動中，學生能夠在探索中建立科學模型，深化對自然現(xiàn)象的理解并提升科學思維與探究能力。

（四）歸納總結(jié)，拓展提升

教師引導(dǎo)學生總結(jié)本節(jié)課所學的內(nèi)容，并提出拓展問題：“在海邊，白天和夜晚的風向有什么不同？”學生利用所建立的風的成因概念模型，小組討論并分享討論結(jié)果。

設(shè)計意圖：這一環(huán)節(jié)教師鼓勵學生將課堂學習中所建立的科學模型與自然現(xiàn)象聯(lián)系起來，引導(dǎo)學生理清風的形成原理及其在不同環(huán)境下的表現(xiàn)，幫助學生學以致用，學會利用所學的科學概念模型去解釋自然與生活中的問題，加深對本節(jié)課內(nèi)容的全面理解。

六、教學總結(jié)

（一）創(chuàng)新實驗教具

本實驗教學中的自制教具創(chuàng)新性地使用干冰作為實驗材料，利用其低溫特性使空氣中的水蒸氣凝結(jié)成白霧，學生通過觀察白霧流動的方向就能夠直觀地理解空氣流動的規(guī)律，提高實驗的可視化程度。為增強實驗的科學性和準確性，實驗探究裝置中加入溫度傳感器，實時顯示實驗中的溫度差異及變化，讓學生能夠?qū)W會從數(shù)據(jù)中總結(jié)規(guī)律。這些創(chuàng)新性設(shè)計幫助學生從科學的角度理解風的成因。

（二）注重科學建模

本實驗教學重點培養(yǎng)學生的科學思維和模型建構(gòu)能力。在實驗探究過程中，學生逐步構(gòu)建“風的形成”理論模型并利用該模型解釋自然界中風的生成過程。此學習過程不僅能幫助學生理解自然現(xiàn)象，還能加深學生對科學概念的理解。通過模型建構(gòu)，學生在實驗過程中逐步調(diào)整和完善認知，提高抽象思維和問題解決能力，培養(yǎng)科學核心素養(yǎng)。

【本文系山東省研學旅行協(xié)會2023年度科研課題“泉心護鳥——小學生態(tài)教育研學課程開發(fā)與實踐研究”的研究成果之一，課題編號：23-YXLX-0005】

參考文獻

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