建构“做思共生”的科学课堂

顾长明 张会

[摘 要]

科学课教学鼓励儿童手脑并用，体现“做思共生”。“做”是“思”的实践支撑和证实，“思”是“做”的内在引领和指向。将“手”与“脑”置于共处、共融、共生的课堂生态活动中，在认知策略上体现学生“探”的程序，在智慧技能上彰显学生“思”的内涵，在动作技能上凸显学生“做”的意蕴，促进学生深层理解和智慧学习。

[关键词]

小学科学；动手；动脑；课例评析

一、教学分析

《加热和冷却》是苏教版四年级《冷和热》单元的第三课，是在“冷热和温度”与“热的传递”的基础上学习的，属于热对物体形态与体积的影响，即物体“热胀冷缩”性质，为后续“水的三态变化”和“吸热与散热”打下基础。本课旨在通过多样化的实践活动与思维形式，探索固体、气体、液体都能热胀冷缩，进而认识一般物体具有热胀冷缩的性质。本课首先安排“物体受热和冷却后会发生什么变化”的活动，唤起学生前概念；其次是研究冷和热对物体体积的影响；最后尝试解释生活中诸多热胀冷缩的现象。认识物体形态变化比认识体积变化更为容易，在教学中两者是融合进行的。

本课从结构看，属于“问题——探究”式的课堂结构；从能力看，学生根据猜测设计实验，搜集实证资料，归纳实验现象，促进科学经验的意义建构，发展对比实验能力和归纳概括能力；从技能看，着眼于提升学生智慧技能，强调概念与规则的习得与掌握及其在新情境中的实践运用；从过程看，发挥动手与动脑的心智价值，促进动手与动脑的有机融合，正确运用动手与动脑的实施策略，突出探究过程的思维因素。

二、教学理念

科学教育倡导儿童动手、动脑“学科学”，动手是“做”的表征，动脑是“思”的表征。基于“做思共生”的教学理念，促进学生“做”与“思”协同共进，使学生在“做”中发现和提出问题，并对问题做出猜测与假设，在实践中设计实验验证假设，在思考中依据事实做出合乎实际的推论，并应用结论解决实践中的问题。让科学课堂中的“做”与“思”共处、共融、共生，让学生在科学学习中“得做”“得思”“得法”，让学生进行体验学习和智慧学习，提升科学学习的品质和效率。

三、教学目标

通过观察与实验认识到加热和冷却可以改变物体的形态和体积，知道固体、液体、气体具有热胀冷缩的性质；通过实验的假设、设计与操作能对固体、液体、气体的熱胀冷缩现象进行分析与归纳；能够运用热胀冷缩的原理对生产、生活中现象以及利弊进行解释与说明；初步感受热胀冷缩现象与物体内部微粒的运动有关，感受科学技术是经过反复试验和不断完善进步的。

四、教学重点

通过观察与实验活动，认识物体热胀冷缩的性质。

五、教学难点

通过对具体物体加热与冷却所产生现象进行分析与综合，归纳与概括出固体、液体、气体的热胀冷缩性质。

六、教学过程

（一）创设情境，导入新课，唤醒学生科学前概念

师：这里有糖和蜡，它们加热和冷却后有什么变化？这里有糖、蜡烛、火柴和不锈钢勺子，谁能上来做一下这个实验？（学生回答后上台操作演示）

生：糖和蜡受热后会熔化成液体，冷却后又凝结成固体。

（教师板书：液体、固体）

师：“熔化”和“凝结”这两个词用得好。生活中还有哪些物体也像糖和蜡烛一样受热熔化成液体，冷却后又凝结成固体？

生：松香、巧克力等也是这样的。

师：对的。二氧化碳气体在温度很低时，会变成一种叫作“干冰”的固体，干冰达到室温时又能回到气体状态，在舞台效果中经常用到。（教师板书：气体）也就是说，加热或冷却物体可以使它原有的形态发生变化。那么，当我们加热或冷却气体、液体或固体时，它们的体积是否会发生变化？会发生怎样的变化？这就是今天我们要学习的内容。

评析：通过生活中司空见惯的事例，了解学生已有的知识与经验，由形态的变化引入体积的变化，自然而流畅，唤醒学生的科学前概念。

（二）做思结合，学习新知，建构“热胀冷缩”性质

1.指导学生研究气体“热胀冷缩”

师：请大家设法帮我解决一个问题好吗？（教师举起3个踩瘪的乒乓球）谁能帮助老师使这3个踩瘪的乒乓球重新鼓起来？你打算用什么方法？

生：我能！我先把瘪乒乓球放入杯中，然后倒入热水，乒乓球被热水一泡，就会慢慢鼓起来。

师：能行吗？请你来试试看。（学生上台来泡乒乓球，并将鼓起来的两个乒乓球拿给老师）

师：还有一个呢？

生：没鼓起来。

师：仔细看看，是什么原因？

生：（仔细观察后）剩下的这一个，因为有了裂缝，所以鼓不起来。

师：为什么有了裂缝就鼓不起来了呢？

生：可能是有了裂缝，乒乓球里的空气受热后从裂缝处跑走了。

师：真是这样吗？如果我不相信怎么办？（生想说又说不清楚）

评析：用学生日常生活中经常遇到的“泡乒乓球”案例，辅以“破球”一“戏”来激活学生的求知欲，唤醒学生的迷思概念，引起他们积极思维。教师通过演示实验、游戏和举例等来形成认知冲突，通过“做”把“思”置于“悱”“愤”的状态，让学生通过“做”来发现问题、提出问题和聚焦问题。

师：当别人不相信时，那就拿“事实”给他们看，证明受热后气体确实从裂缝处跑走了。老师先帮你们设计这个实验。（师边说边演示）用这个瓶子来当作乒乓球，这个瓶口就当作“裂缝”，再用一个气球套住瓶口，然后放进开水中。如果瓶里的空气真像你所说的那样，受热后就会从瓶口跑向气球里，气球就会鼓起来，对吧？

生：对！

师：（把瓶子放入热水中，气球果然鼓起来了）同学们看到了什么现象？这说明了什么？

生：气球慢慢鼓起来了！证实了我们刚才的想法是正确的，气体受热体积会增大。

师：那么，我们还能换个角度再提出一些问题来研究吗？

生：能！再将瓶子放入冷水中，瓶里的空气受冷后体积会变小吗？

师：问题很好，我们先做个假设怎么样？

生：空氣受冷后体积也许会变小，如果变小了，鼓起来的气球因此要慢慢瘪下去。

评析：教师引导学生针对提出的问题给出可能的解释，称为假设。没有了假设，也就没有了进一步研究的目标和方向。因此，假设在某种意义上是进入未知世界的一个飞跃。鼓励学生大胆地提出假设就是培养学生科学的直觉力和想象力。

师：说得很好。尤其是运用了“也许”这个词充分体现了这仅仅是一个“假设”，但是，光有假设还不够，还应该用实验来证实。你打算怎么做？

生：（生边说边做）将瓶子放在冷水里，不一会儿气球果然瘪下去了。刚才的事实证明了假设是正确的——空气受冷后，体积会缩小。

师：连同上面乒乓球的实验我们就可以说：空气受热后，体积会变大；空气受冷后，体积会缩小。空气是气体的代表，一般的气体都具有这种性质，我们把气体的这种现象叫作“热胀冷缩”。

（板书：动眼——发现问题；动脑——作出假设；动手——验证探索；动口——得出结论）

师：刚才大家对气体“热胀冷缩”的性质进行了研究，我们研究活动就是运用动眼、动脑、动手、动口，通过“发现问题——作出假设——实践验证——得出结论”这样的步骤来发现气体具有“热胀冷缩”的特性。

评析：“猜想与假设”是连接问题与实践的桥梁，是承上启下的纽带，是学生认知客观事物、探索未知世界的第一判断，是“做思共生”中最有张力的一环。有效的猜想与假设为科学探究提供正确的方向，缩小探究的范围，提升探究的品质，起到事半功倍的效果。将“思”与“做”有机结合，并突显科学研究的方法，适时而必要。

2.指导学生研究液体“热胀冷缩”

师：通过刚才的探索我们知道，气体具有热胀冷缩的性质。那么，液体——水，在加热和冷却后是否也具有这样的变化呢？请打开教科书第22页，边阅读课文，边理解教材上的研究方法，看看教材是怎样研究的？通过边学边实验来研究。

（按4人一组提供实验器材，每组配备3个小药瓶装满水，为了更清晰，加一点红墨水染成红色。在瓶塞上钻个眼，插入一段玻璃管，把瓶盖塞紧。两只烧杯，热水瓶和冷水瓶各一个。学生边学边实验，教师巡视指导）

评析：实验验证是科学探究的关键步骤，让学生亲自动手验证自己的假设，是“做”与“思”共处、共融、共生的体现。实践是检验结论的唯一标准，检验假设最好的办法是进行实验。

师：关于“水是否具有热胀冷缩的性质”的研究，请各小组按下列提纲进行汇报。

（师出示提纲：教材是怎样研究的？你们小组又是怎样研究的？）

生1：书上是满满一壶水，受热后水直往外流，发现了问题，而后根据经验作出假设；接着用小药瓶的红水做了实验；最后得出“水受了热，体积确实会胀大”的科学结论。

生2：我们组将两个瓶红水装得差不多满，一瓶放入热水中，结果瓶中的红水受热而体积胀大，红水从玻璃管中溢了出来；另一瓶放入冷水中，发现瓶中的红水受冷而体积缩小，液柱从玻璃管下去了。然后，我们将两个瓶交换实验，结果胀大体积的液体受冷时体积缩小，缩小体积的液体受热时体积变大。由此，证实了我们假设是正确的——水也具有热胀冷缩的性质。

师：水是液体的代表，可以说液体也具有热胀冷缩的性质。

评析：如果说课的开头，进行空气热胀冷缩的研究是以“扶”为主，那这里的水热胀冷缩的研究便是“扶放结合”。通过做与思结合，扎实地发展学生的科学探究能力。

3.指导学生研究固体“热胀冷缩”

师：气体具有热胀冷缩的性质，液体也具有热胀冷缩的性质，那么固体呢？是否也具有热胀冷缩的性质呢？应该怎么研究呢？

生：对于这个问题，不妨先作个假设：也许固体也具有热胀冷缩的性质。

师：好！用下面的器材该设计怎样的实验呢？（教师给各组两套器材：酒精灯、火柴、一杯冷水、铜球，还有一个正好通过铜球的铁环）请大家动手、动脑来设计实验、作出假设、操作验证。

（学生动手实验，教师巡视，引导学生对观察到的现象进行分析、综合、归纳、概括，尝试得出结论，然后请各小组汇报）

生：我们设计的实验是先将铜球试着通过铁环，结果能通过；接着又将铜球放在酒精灯火焰上加热，经过一段时间的加热，再把铜球放入铁环中，结果铜球过不去了，这就说明铜球受热后体积会变大；最后我们把胀大了的铜球放进冷水中，一会儿取出铜球，铜球又很顺利地通过铁环，这就说明铜球体积受冷后会缩小。由此可见，铜球也具有热胀冷缩的性质。铜球可以代表固体，那一般的固体也就具有热胀冷缩的性质。

师：说得好，有条理。那么其他各组呢？

生：我们组也同样发现固体也具有热胀冷缩的性质。

师：到现在为止，我们知道液体有热胀冷缩的性质，气体、固体也有这种性质，你能用一句话说出这种性质吗？

生：（尝试归纳）一般的物体都有热胀冷缩的性质。

评析：让学生动手操作，领悟自然现象的本质，这是“做”的过程；让学生讨论讲述、相互质疑、分享交流、信息共享，这是“思”的过程。教师则通过与学生的对话进行启发引导和鼓励，使学生的认识得以综合与提高，增强学生“思”的品质和效度，提升规则习得的有效性，使其成为智慧技能发展的增长点。

4.指导学生尝试解释“热胀冷缩”的现象

师：我们知道，物体都是由微粒组成的，而微粒总是不断地运动着的。温度变了，一般物体的体积也会发生变化，想想这可能是怎么回事呢？（借助动画让学生思考）我们用动画小人儿来表示微粒，一群动画小人儿紧挨着站在一个空间内，与每个小人儿都用力地在这个空间跳跃时，哪种情况下占据的空间大？

生：每个小人儿跳跃时比紧挨着时所占的空间要大。

师：物体的热胀冷缩和微粒运动有关：当物体吸热升温以后，微粒加快了运动，微粒之间的距离增大，物体就膨胀了；当物体受冷后，微粒的运动减慢，微粒之間的距离缩小，物体就收缩了。

评析：通过动画模拟尝试体会用“微粒”的概念来解释物体热胀冷缩的本质，由相对直观的宏观世界的物体形态与体积的变化，到微观世界的“微粒”运动，试图给学生建立想象中的“认知模型”与“思维图式”。

5.指导学生了解温度计的发明史

师：请大家打开教科书第23页，阅读科学史料“温度计的发明”，弄清温度计的发明经历了哪几个阶段？各种温度计的工作原理是什么？

（学生阅读）

生：温度计是根据“热胀冷缩”的原理制成的。温度计的发明历经100多年，先后经历了伽利略的空气温度计、斐迪南的酒精温度计、华南海特的华氏温标温度计、摄尔修斯的摄氏温标温度计以及现在满足各需要的温度计。

评析：儿童的科学学习过程与人类认识物质世界的发展史有许多相似之处，教学中融入和借鉴科学史的相应内容，将科学概念置于“事实性知识”之上，更加丰盈了儿童建构科学概念的情境与素材，而且充满了人文的意蕴。

（三）联系实际，学以致用，拓展延伸“热胀冷缩”

师：通过实验探究，我们知道了固体、液体和气体都有热胀冷缩的性质。现在谁能解释一下下面这些现象说明什么？为什么要这样设计？（教师依次出示图片与相应的问题）为什么要在水泥公路上锯开一条条缝隙并灌入沥青？

生：水泥路上如果没有缝隙，天气炎热时，水泥会膨胀，马路会鼓起。留下的缝隙可以避免马路破损。

师：对的。（师出示铁轨留有缝隙的图片）其实，铁轨的接头处留有缝隙、桥面上留有缝隙和马路上留有缝隙是一个道理。以钢轨为例，据科学家测算，每升温1℃，钢轨便伸长1/100000米。冬夏温差达50℃时，北京至太原的514千米钢轨在夏天比冬天会伸长257米。（师出示夏天野外电线图片）野外的电线为什么夏天比较松弛，松松地垂悬着，而冬天却绷紧了？

生：夏天电线会发生热胀现象，看上去比较松弛。一到冬天电线会产生冷缩现象，看上去紧绷。这种现象还是由热胀冷缩造成的。

师：好。夏天给车胎打气，一般都不能打得太满，为什么？

生：夏天天气热，地面更热，轮胎里的气如果打得太足，再受到外界的热，气体拼命胀大，这可能是胀破轮胎——爆胎的原因。

师：分析得有道理。谁还能说说，生活中还有哪些地方用到“热胀冷缩”？

生：有一次我家买了一瓶腌菜，可是瓶盖太紧了打不开，我看爸爸浇了些热水在瓶盖上，很快瓶盖就打开了，我想这是利用热胀冷缩的性质。

评析：学习的目的之一在于学以致用，在于灵活地、创造性地解释或解决新情境下的实际问题。这些问题来自于日常生活情境，符合儿童的认识特点，使学生将所学到的知识运用到实际生活中，加深其理解。

师：听了同学们的回答，老师知道大家都收益良多。通过这节课的研究，我们解答了生活中很多的科学问题。请同学们课后多去观察生活中的类似现象，多问几个为什么，并做好相应记录，以《“热胀冷缩”的利与弊》为题进行相应的调查，完成一篇小论文。下一节课，再一起讨论。

评析：课虽毕而旨趣远，将学生进一步的思考与实践自然而然地引向课外、引向生活、引向自然，学生感到自己是科学研究的主人，体现了手与脑同构、做与思共生的理念。

七、总评

本节课是实验课，将“手”与“脑”置于共处、共融、共生的生态活动中，让手脑融通，让做思共生，让心灵手巧，让智慧诞生。从智慧学习的视角看，本节课在认知策略、智慧技能和动作技能方面彰显出特征。

（一）从认知策略看，体现学生“探”的程序

本课是按探究式教学的方式，促进学生对物体的热胀冷缩性质的建构。整个教学过程按“创设情境（发现问题）——猜想假设——实验验证——形成解释——迁移运用”的程序进行。让学生从典型的事例（空气、水、铜球）来认识一般物体热胀冷缩的性质，这是一种科学的探索方法，旨在通过这样一种智慧的认知策略来影响、培养学生的认识事物的科学方法和科学意识，体现学生的主体意识、深度参与和对科学规律的深刻理解。

（二）从智慧技能看，彰显学生“思”的内涵

本课属于概念学习，要理解气体、液体、固体热胀冷缩的共同属性，并能对同类事物的抽象特征做出适当的分析与综合。一方面，教师关注学生内部学习动机，学习过程中设计与安排了一些“新奇”“惊异”“复杂”“趣味”“矛盾”等不确定的信息来引起学生的内部学习动机，让学习的过程充满智慧的碰撞与挑战；另一方面，教师在教学中还有意识、有计划地交替运用归纳推理、演绎推理和类比推理对学生进行训练，从而达到总结规律、迁移知识、发展思维的目的。

（三）从动作技能看，凸显学生“做”的意蕴

动作是智慧的根源，是产生意义的基础，动作的意义是主体获得理解的唯一手段，而动脑的意义是主体获得理解的唯一目的。教师将“手”与“脑”、“做”与“思”进行精当设计，把“手”“眼”“口”视为“脑的外在部分”，设计了系列化的“动手”“动眼”“动口”活动，并指向“动脑”，“做”成为“思”的实践支撑和证明，“思”成为“做”的内在引领和指向。奇思在心中荡漾，妙想在指尖流淌，智慧在脑海诞生，心灵与手巧互通共融，达到“做思共生”的教学境界。

[参 考 文 献]

[1]顾长明.从“扬心抑心”到“身心复归”——“做思共生”科学教学的研究路径与范式[J].教育研究与评论，2016（12）.

[2]董洪亮.用经验改造基础教育[J].江苏教育，2016（7-8）.

[3]徐敬标.小学科学教育中体验学习之研究[J].基础教育研究，2012（9）.

（责任编辑：符 洁）