从“假想”到“事实与证据”

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　　张悦，河南省郑州市金水区文化绿城小学副校长，高级教师。郑州市新长征突击手;郑州市骨干教师，郑州市优秀教师，郑州市文明教师。已获得两个河南省教科研课题一等奖和一个河南省基础教育研究成果二等奖，还有十余项市级研究课题获奖;执教的优质课多次获得省市级一等奖，所开发的校本课程多次被评为郑州市优秀校本课程;带领学生开展的研究性学习成果多次获得市、区级一等奖。
　　[摘   要]借助“风的形成”课例，阐明小学科学教学如何依据课标的要求，引导学生基于所学知识提出假设，通过科学探究活动，以事实和证据验证假设，在实践活动中培养科学素养。
　　[关键词]猜想;实验;探究
　　《小学科学课程标准（2017年版）》指出，小学高年级的学生要“能基于所学的知识，从事物的结构、功能、变化及相互关系等角度提出有针对性的假设，并能说明假设的依据，能制订比较完整的探究计划，能通过观察、实验等获取信息”。
　　科学探究强调基于经验与事实，要经得起检验。而许多科学家所进行的研究，在没有获得最终结果之前，都只是“假想”或“假说”，但正是这些“假想”或“假说”打开了科学的大门。因此，应培养学生在开始探究之前进行“假想”和“假说”的思维，这也是对学生科学猜想、预测和假设能力的启蒙。为了解决“由想到做”的问题，可让学生通过知识竞答的形式来规范实验步骤、制订实验计划。最后，再通过“学生交流—学生实验—学生展示—要点提醒”四个步骤，让学生搜集信息，获得证据，得出结论。在此，将以冀教版小学五年级科学课“风的形成”为例加以说明。
　　一、教学案例的背景
　　在以往的科学学习中，学生们已经知道“空气的流动形成了风”。在这节课中，需要学生能在原有知识和经验的基础上对空气流动的原因和结果进行合理的猜测。学生在以前学过的科学课中，已经知道“热是可以传递的”，并认识了两种热传递的方式。虽然学生对“传热”有了初步的了解，但对“对流”还知之甚少，所以应让学生在学习过程中理解空气对流的原因和过程。
　　教师可从两个方面着手，带领学生探究空气的对流问题。一是让学生观察是什么导致了空气的对流，并能用小实验来验证;二是让学生思考空气对流的过程是怎样的，应如何设计实验方案并进行操作。“空气受热会上升”属于事实性知识，教师在引导学生建构这一知识点时，要让学生经历分析与归纳的过程。风的形成过程属于规律性知识，在对这一知识点进行建构时，教师要引导学生多分析、多比较、多归纳、多推理。在教学中，教师可以引导学生通过细心观察、大胆猜想、小心实验，理解空气对流的原因和过程。同时，还要引导学生根据实验现象推想出自然界中风形成的原因。 以下，将通过“风的形成”一课中的具体教学片断加以说明。
　　二、教学案例的片断
　　1.通过猜想、观察和动手做，探究空气受热会上升的原因
　　【发现者】你会观察么？
　　观察对象：孔明灯、热气球的视频
　　提问：是什么让孔明灯升上了天空？
　　引导：火焰的燃烧会让空气怎么样？
　　提问：是不是热空气让孔明灯升上了天空？热空气有这么大的力量吗？
　　师生小结：火焰的燃烧，使空气变成了热空气;热空气会带着孔明灯和热气球升上天空;空气受热会上升。
　　【动手做】见证热空气的力量
　　实验材料：蜡烛、打火机、螺旋纸圈
　　提问：我们能不能利用这些材料在现场做个小实验来验证空气受热会上升？（小组通过讨论后确定实验方法，并派代表动手尝试，一起见证。）
　　生生互动：我们先观察螺旋纸圈，现在它在空气中发生了轻微的晃动。然后我们用打火机把蜡烛点燃，放在纸圈的正下方，大家看到纸圈旋转起来了。
　　师生小结：蜡烛点燃后，蜡烛上方的空气变成了热空气，而热空气上升又带动了纸圈的旋转。我们证实了空气受热会上升。
　　2.设计实验，动手操作，展示探究成果
　　【思考者】我会分析
　　提问：想一想，在整个大自然里，一个地方有热空气，周围又有冷空气，当空气受热向上升时，冷空气会怎样呢？
　　引导：冷空气会下降，还会来补充热空气上升后空缺的地方。
　　提问：我们知道，空气的流动形成了风。那冷空气过来补充的过程是不是流动起来了，进而形成了风？
　　师生小结：在大自然中，热空气会上升，冷空气会流过来补充热空气上升后空缺的地方，进而形成了风。
　　【抢答王】厘清实验步骤
　　实验材料：蜡烛、打火机、香、热风箱
　　提问：大自然里的风是不是这样形成的呢？我们需要通过实验来验证。队员们能不能根据实验材料制订出实验步骤？
　　引导：我们先来抢答，哪些队愿意派出你们的队员来挑战？（在学生做抢答题时，要提醒注意实验安全，明确实验步骤。）
　　引导：现在你能用自己的语言把实验步骤说清楚吗？在实验中还要注意哪些问题？
　　师生小结：首先，将蜡烛放在火机上方，用外焰点燃;其次，将燃烧的蜡烛放在正對着热风箱出风口的下方;最后，点燃香，观察烟飘动的方向，再将香放在进风口的位置，再次观察烟飘动的方向。
　　3.大实验：全员参与，见证奇迹
　　提问：你有没有信心完成冷热空气流动的实验挑战？（开始实验后，学生小组合作，动手操作、记录、交流，完成实验，教师做必要的指导。）
　　提问：哪个队挑战成功了？把你们看到的实验现象跟大家分享一下。
　　学生分享：我们先点燃蜡烛放进热风箱，正对着出风口的位置;把手放在出风口上方，能感觉到热空气在向上升。我们点燃香后，观察到烟是向上飘动的，再把香放在进风口附近适当的位置，稍等几秒后可以看到，烟从进风口进入热风箱内，然后从出风口流出。
　　引导：香点燃后烟流动的方向就是风流动的方向。那么，你们的实验结果是什么呢？ 　　生生交流：点燃的蜡烛会使空气受热，并从出风口的位置流出来。热风箱外的冷空气会流进热风箱内，填补热空气流走后空缺的地方。香的位置比进风口的位置高，所以香点燃后烟没能很好地进入进风口。
　　师生小结：空气受热会上升，冷空气会向热空气离开的位置流动，从而使空气流动起来形成了风。
　　引导：请大家想一想，地球上各个地区，有的地方冷，有的地方热，这就有了温差。那么，是什么导致了温差的存在？
　　师生小结：是太阳。所以，归根结底是太阳的热能导致了地球上空气的流动，进而形成了风。
　　三、教学案例分析
　　科学探究是获取科学知识的主要途径。在本课的学习中，学生借助教师提供的孔明灯、热气球的视频和风的形成实验材料，自主完成了冷热空气流动的知识建构。教学实践表明，学生带着对问题的思考、困惑和生活经验进入课堂，不仅不会让教师无所适从，反而会使教师设计的学习目标更加明确，使学生的探究更加顺利。这正是教师和学生相互促进的过程。学生带着问题，根据教师的引导，提出合理的假设;根据教师提供的实验材料，制订出实验计划，在知识建构的过程中和同伴、教师交流，大家相互帮助，直到完成学习目标。在探究式学习中，学生的科学思维得到了锻炼，科学知识得到了增长，也使教师坚信这是一种培养学生科学思维的有效途径。
　　一是点燃“假想”的火花。课堂上，学生“假想”的火花被教师巧妙地点燃了，鼓舞着学生进行积极探究，促使学生不断发掘自身的潜力，将求知的触角伸向更多未知的领域，为今后能够更好地学习和生活奠定基础。本节课上，学生在观看孔明灯和热气球升空的过程中，发现了被点燃的火焰，这使他们联想到可能是火焰让孔明灯和热气球内部的温度升高了。这时，教师要适时引导学生认识到“温度升高的空气就是热空气”，从而让学生思考是否由于热空气的力量而带动了孔明灯升上天空，最终从孔明灯和热气球的变化中有依据地提出热空气会上升的假设。
　　二是搜集材料，设计实验，搭起假想和证据间的桥梁。实验材料如片片小舟，承载着学生或完善或有漏洞的设计。有了实验设计，学生们的假想才有迹可循，才有被验证的可能。本节课中，教师为学生提供了纸圈，当学生利用手中燃烧的蜡烛让纸圈旋转起来时，个个欢欣鼓舞，体会到动手实验的快乐。这使学生认识到，利用身边简易的材料也能证明自然中热空气会上升的道理，从而感受到科学探究的乐趣，提高了探究学习的信心。
　　三是实验挑战，搜寻想要的证据。实证意识是学生在小学阶段就要培养的重要科学素养，它在科学探究中体现为用实验现象和结果来证明结论的过程。这一过程会使科学问题的探究变得更真实、更准确。在本节课的大实验环节，学生们分成小组，利用“风的形成”实验材料完成一系列操作、讨论、记录、分享、总结的过程。当看到热风箱外香燃烧后产生的烟通过进风口进入热风箱、又从出风口飘出时，才算看到了验证自己猜想的实验现象。但也有没能如愿的小组，于是他们又对实验材料和实验步骤进行了检验，发现问题并进行了调整。这样探寻证据的过程，使学生合作、交流、实践的能力也得到了锻炼。最终，学生们通过实验证明了自己的假想。
　　学生的科学思考能力建立在教师启发的基础上。因此，要想培养学生敢质疑、会质疑的能力，教师就要提高自身的专业知识素养。在课前，教師要钻研教材，领悟课程内涵，设计科学合理的教学流程，特别是对问题的设置、重难点的突破更要力求实用和高效。在课上，教师要耐心听取学生的想法，捕捉闪光点，适时鼓励，激发他们的潜力，力求使课堂效益最大化。
　　从假想到用事实与证据进行证明的探究式学习，不仅让学生增长了知识、提高了思维能力，也提升了教师的专业水平和教学能力。在教与学的过程中，师生们大胆质疑、及时总结、摸索规律，促进了彼此的成长。
　　（责任编辑   郭向和）
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