看得见的空气 建构中的思维

    周志伟

    摘要：教育部《关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见》中指出，为了培养“全面发展的人”，必须形成学生核心素养体系。科学学科的核心素养包括：科学观念与运用，科学思维与创新，科学探究与交流，科学态度与责任。科学思维是科学学科核心素养的核心，现以《空气能占据空间吗》新授课为例，通过设计驱动性问题，创新模型和实验，培养学生有效的思维方法，并以习得的思维方法指导学生开展科学实践活动，在实践中产生新的思考，进而促进学生科学思维的建构。

    关键词：核心素养? 科学思维? 驱动型问题? 探究性实验

    科学思维指的是从科学的视角对客观事物的本质属性、内在规律和相互关系的认知方式，是对分析综合、推理论证、抽象概括等科学思维方法的接纳和掌握，是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论所做的批判和质疑，进而提出创造性见解的能力与品质。科学思维是科学课程核心素养目标之一，基于这一目标，小学科学课程教学要从以“知识为本”的观念转向“思维建构”，课堂教学中必须超越对具体知识本身的追求，着眼于科学思维的培养。

    探究是科学课程教学的核心，在具体的科学课程教学过程中可将科学知识转化为驱动型问题和探究型实验，通过问题引发学生主动思考，通过实验引发学生积极探究，促进学生科学思维的建构。

    一、教学设计思路

    《空气能占据空间吗》是教科版小学科学三年级上册《空气》单元的第2课，在第1课《感受空气》中，学生运用生活中的物品和感官已经探究出了空气轻、易泄漏、充满我们周围各处的特点。但是，在缺少了科学思维参与的状态下，空气不容易看得见，也不容易摸得着，好像并不能像周围的其他物体一样能占据空间，空气能占据空间这一科学观念不能得以有效建构。教学中如何让空气亲近学生，让学生看到空气占据空间，有意识地层层深入思考，螺旋上升式探究，成为本节课的核心素养培养目标。

    本节课以生活中的物品制作的小玩具为引子，以探索“空气能占据空间”的性质为主线，充分利用模型和实验，通过创设能有效引导学生科学思维的问题来激发学生的探索欲望，把自主、合作、探究的学习方式充分运用于课堂教学中，得出“空气能占据空间”的基本性质，促使学生认识生活实践与科学知识间的密切联系，发展科学精神。

    二、教学目标

    （1）通过仔细观察、动脑思考、动手实验进行科学探究，形成空气能占据空间的科学概念。

    （2）运用空气占据空间的知识概念，挑战“空气能喷泉”的制作。

    （3）培养运用科学思维进行思考认知、实验探究，获得科学素养的价值，体会科学的魅力。

    三、教学过程

    1.课堂导入

    【趣味演示】利用未安装针头的注射器来发射橘子皮，推动注射器推杆，橘子皮被发射3米左右的 距离。

    【设疑】你觉得这个神奇现象产生的原因是什 么呢？

    【学生活动】注射器推杆没有接触橘子皮，橘子皮被发射出去，是不是空气把橘子皮推出去的呢？

    设计意图：有趣的小演示迅速把学生的注意拉入课堂，在学生觉得神奇好玩的基础上引发学生思考，激发他们的认知兴趣。

    2.探究空气是否占据空间

    【问题1】水是液体，它能占据空间;桌椅是固体，它占据了教室的空间;而空气是气体，它能不能占据空间呢？

    【演示实验1】把纸团粘在杯子底部，然后将杯子竖直倒扣进水里并使杯子完全被水淹没，竖直取出杯子。

    【学生活动】仔细观察演示实验，注意实验需求要素，观察实验后的纸团是否被水浸湿。

    【问题2】水位已经超过纸团的位置，可纸团竟然没有被浸湿，这是为什么呢？水位虽然已经超过了纸团的位置，但是水并没有进到杯子里去，那么看似什么盖子也没有的杯子，是靠什么把水挡在外面的呢？

    【学生活动】归纳出是看不见、摸不着的空气把试图进入杯子里的水挡住了，杯子里的空气好像占据了杯子里的空间，就像是一个“空气皮塞”把纸团给保护起来了。

    设计意图：让学生在仔细观察的基础上，亲自触摸没有被水浸湿的纸团，在教师的问题引导下进行思维，初步得出“空气占握了空间，挡住了水进入杯子里”的结论。

    【探究实验1】

    （1）把乒乓球放入盛满水的水槽中，用一个剪去尾部、拧紧盖子的塑料瓶扣在乒乓球上，竖直向下将瓶子压入水中，此时乒乓球的位置在哪里？

    （2）怎样使沉在水底的乒乓球在瓶子里浮起 来呢？

    【学生活动】分组进行探究实验并认真观察实验现象，记录实验结果，思考实验结果产生的原因和使乒乓球成功浮起来的办法和原理。

    【問题3】第一次实验，乒乓球沉在水底，是因为瓶子里的空气占据了空间，堵住了水进入瓶子里;第二次实验，拧开瓶盖后乒乓球就能浮起来，乒乓球是进入瓶子里的水托起来的，水是怎么进来的呢？原本瓶子里的空气呢？

    【演示实验2】拧开瓶盖，在瓶口严实地套上一个气球，排出气球里的空气，用瘪了的气球堵住瓶口，重复“探究实验1”;使用重复捏瘜和放开气球，观察乒乓球在瓶子中的位置。

    【学生活动】每组一名学生近距离观察并动手操作，思考：乒乓球浮起来时，空气去了哪里？空间占据了哪里？捏瘪气球时，是什么把瓶子里的水推走了？空气占据了哪里？

    设计意图：教材上的实验设计对实验设备要求比较高，实验现象也存在不易见的缺点。改进后的实验设计收到了更好的效果：易得、易控、易见——实验材料来源于生活中的废弃物，捏放气球的动作简单易行，随着捏放气球的动作乒乓球的位置变化很显著。这样设计让不容易看得见也不容易摸得着的空气和其对空间的占据现象十分清晰地展现出来，为空间能占据空间的科学概念提供了有力的证据，发展了学生的科学认知思维。

    【探究实验2】一个空塑料瓶，一个盛满水的水槽，比一比：谁能先把空瓶子装满？

    【学生活动】参与比赛，思考：想要快速把瓶子装满水，就要想办法使占据空间的什么快速被挤出去？

    设计意图：由生活中给瓶子装水的方法，自然结合本课科学概念的学习，把所建构的科学知识运用到生活实践中，并用科学语言解释生活中含有科学道理的现象，理论联系实际，使科学思维得以有效 养成。

    3.制作“空气能喷泉”

    【探究制作】利用装了水的瓶子、橡皮泥、两根长短不一样的吸管，制作一个“空气能喷泉”。

    【学生活动】利用所学的空氣能占据空间的科学概念，进行探究制作，成功后说说其中的原理。

    设计意图：在形成概念性思维的基础上，提供材料让学生动手制作，实现科学、技术、工程多学科融合的项目性目标，既培养了学生的思维能力，又巩固了科学概念。

    4.课堂总结

    【教师结语】原来空气真的占据了空间，我们的生活中既有空气占据空间的科学现象，也有根据这个知识制作出来的服务社会生活的工具装置。科学来源于生活又服务于生活，我们学习科学就是要在认真了解各种现象和事物的基础上，让科学成为我们的好朋友，在社会和生活实际中，和我们一起 成长。

    【布置作业】将本堂课所学的过程，制作成一张思维导图，并预测空气还有哪些其他性质。

    设计意图：采用画思维导图的方式，引导学生对课堂上所建构的科学知识进行课后的回顾与反思，形成有系统的认知，并在此过程中培养他们自我复习、自主思维的能力。

    四、教学反思

    《小学科学课程标准》强调“科学学科的教学过程要以探究为核心”，而探究的价值核心则是学生科学思维方式和科学思维能力的形成，落实在具体的科学课堂上，锤炼学生的思维能力可以从以下几个方面入手。

    1.充分创造思维的机会

    教师在导入课堂教学或引入探究活动时，要结合生活创设情境，结合学生心理特点创设“引爆点”，收到激发兴趣、产生疑问、打开思路的效果。在课堂教学过程中，教师所提出的问题要有“驱动性”，设计的探究要有“目标性”，进行的思考要有“碰撞性”;摒弃只有“做”没有“思”，“热闹热闹”探究却“空空洞洞”学习的伪科学课堂。要把动手操作和思维反思有效结合，思考后用实践和操作去论证，实践和操作后要进行检查、审视和反思，经历一个缜密的探究和思维互相促进的过程。

    2.适当预留思维的时间

    科学课堂也可以适当“留白”，教学设计时要合理设置课堂容量，适度地给学生预留思维的空间和时间。要避免“大水漫灌”式的讲座教学，做到讲“五分”留“五分”，给时间让学生去思考，为学生制造思维冲突，激发学生的思维潜能，使学生深入理解事物的本质，形成思维的深度。

    3.合理拓展思维的空间

    科学教学不能仅局限于教材这个本，还要做到与社会和生活实际相结合，与其他学科相结合，把steam理念融入教学和科学思维培养中。由“一知”融汇“多知”，由课内拓展课外，由“单一性”走向“发散性”，促进学生延展性思维和创造力思维的 形成。

    子曰：“学而不思则罔，思而不学则殆。”科学的课堂要讲究学思统一，通过设计驱动性问题，创新模型和实验，培养学生有效的思维方法，并以习得的科学思维方法指导科学实践活动，在实践中产生新的思考，就能达到促进学生科学思维有效建构的目的。

    参考文献：

    [1]王思锦.小学科学学科核心素养解读[EB/OL].www.doc88.com/p-3913977572498.html.

    [2]曹海娟.多元建构，让思维渐次深入——“圆柱解决问题”教学实践与思考[J].小学数学教师，2018（1）.