小学科学思维型课堂的实践与思考

科学课程标准指出，学生在学习科学课程的过程中，要形成适应个人发展和社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力。科学思维是构成学生素养不可或缺的重要环节，思维型课堂旨在培养学生发现问题、基于经验事实建构模型、描述变化过程、基于证据能解释现象等能力。现以苏教版四年级《热胀冷缩》一课教学为例，探讨符合学生认知水平的思维型课堂的实践与思考。

一、依托生活经验，把握思维起点

生活中各种现象背后往往隐藏着某种规律或原理，教师通过引导学生观察日常现象，可以培养他们的观察力，和对生活事物敏锐的感知力。学生在生活中已经有使用温度计测量水温的经验，但是他们只关注温度计读数的变化，从未想过它是根据什么原理制成的，因此教师需要引导他们关注温度计的构造尤其是温度计里面红色液柱的上升和下降，引发他们不断深入思考液柱上升和下降的本质是液体体积的变化。

教学片段

师：（出示温度计）同学们，你们认识老师手上拿的这件物品吗？

生：这是温度计。

师：你知道温度计的作用是什么吗？

生：测量温度的。

师：现在老师把温度计放入第一杯水里，你们仔细观察温度计发生了什么变化？

生：我看到温度计里面的红色线上升了。

师：现在换到另一杯水里，你又看到了什么变化？

生：这次红色线下降了。

师：红色液体上升、下降是红色液体的哪方面发生了改变？

生：温度发生了改变。

师：温度的变化让红色液体在温度计里的什么变高和变低？

生：位置改变。

生：高度改变。

生：在管子里占据的空间变大和变小。

师：同学们说得很好，红色液体在细管里的位置、高度变化，我们可以用“体积”这个词来描述。

观察日常现象有助于学生理解事物的本质，把握其规律，为思维训练提供源源不断的素材。学生的生活经验是解释现象的重要依据，但不足以支撑他们深层次思考的自主发生，因此，教师要把握他们思维的起点，激发他们深层次的思考。

二、引发认知冲突，突破思维定式

学生往往会依据生活经验做出判断，但是感性经验并不一定正确，教师可以充分利用这一点，激发他们的认知冲突，驱动他们主动思考，帮助他们突破思维定式。在这节课的教学中，学生依据温度计液柱的体积变化，已经认识了“温度升高，体积变大；温度降低，体积变小”，但是他们忽视了温度计内部的独特构造。因此，教师可以适当引导，提供思考契机，引发学生深层次思考。

教学片段

师：谁能说说温度计里红色液体的体积随温度的变化会发生怎样的变化？

生：液体温度升高，体积会变大；液体温度降低，体积会变小。

师：通过观察温度计里面液柱的变化，同学们初步得出了结论。如果把温度计里面的液体换成普通的水，还会出现这样的现象吗？

生：我认为会出现。

师：（把温度计部分放大）你观察到了什么结构？

生：一个球形底，上面连着一根细管。

师：（出示球形底广口烧瓶，在瓶内装满红色的水）如果把老师手上这瓶水放进热水里，可能会看到什么现象？放进冷水里，又可能会看到什么现象？

生：放进热水里，瓶子内的水会上升，然后红色水溢出来；放进冷水里，瓶内的水会下降，看到水往瓶子里缩一点。

师：支持这种观点的同学请举手。

（没有学生提出反对意见，教师演示放进热水和冷水里。）

师：你观察到了什么？

生：居然没有变化。

生：可能发生变化了，但是变化不明显。

师：把温度计分别放在热水和冷水里，观察到温度计里面的红色液体体积的变化非常明显，但是换成烧瓶里的普通水现象就不明显了，你们觉得可能与什么有关？

（学生讨论。）

生：温度计上面有数字，烧瓶上没有数字。

生：我不认同这个观点，我们可以在烧瓶上标注数字，但是我觉得就算标注了数字，也不能看到烧瓶里的水上升或者下降。

生：我觉得与烧瓶的形状有关，烧瓶口太大了。

生：我观察到温度计里面有根细细的管子，但是烧瓶上没有。

教师在课堂上展示与学生生活经验相悖的科学现象，来揭示学生经验判断与科学知识之间的差异。这种差异能够引发学生的认知冲突，激发他们的好奇心和求知欲，使他们主动地去思考和探索。

三、提供相关器材，搭建思维支架

科学课堂离不开实验器材，但是要提供什么样的器材，为什么要用这种器材，常常被忽视，这可能造成学生思维的脱节。在验证液体的热胀冷缩实验中，需要用到橡胶塞和细玻璃管，如果教师直接把器材给学生，他们没有机会思考教师为什么要提供这些器材、这些器材应该怎么组装、如何借助这些器材验证猜想，这样的课堂不利于锻炼他们的思维能力。

教学片段

师：同学们猜测广口烧瓶里的水没有出现加热溢出、遇冷回缩的现象可能与烧瓶口太大有关。（出示细玻璃管和单孔橡胶塞）同学们想一想，为什么要用到细玻璃管和带孔的橡胶塞？

生：烧瓶是玻璃的，我们没办法改变瓶子本身的形状，但是可以用细玻璃管给烧瓶口做个延长，模拟温度计里面的那根细玻璃管。

生：带孔的橡胶塞能固定细玻璃管，并且让水受热后不能从瓶口出来，只能在细玻璃管里上升。

师：已经明白实验中各项器材的作用，如何把零散的器材组装成实验装置呢？

生：把塞子塞进瓶口，再把细玻璃管插进橡胶塞的孔里。

生：也可以先把细玻璃插进橡胶塞，再把塞子塞进瓶口。

师：虽然同学们组装器材的先后顺序不同，但是最后呈现的装置模型是相同的。我们要观察什么现象来说明液体的体积会随温度的变化而变化？

生：观察细玻璃管里液柱的上升和下降。

师：既然已经搭建好验证的模型并且明确需要观察的现象，具体的实验步骤是什么？

生：先把装置放进热水里，看玻璃管里的液体是否会上升，再把装置放进冷水里，看玻璃管里的液体是否会下降。

师：同学们的思路非常清晰，有两点需要提醒你们：一在放入热水前，用笔标注出液体的初始位置，二是注意安全。

在科学课堂上，学生要知道器材使用的意义和作用，更要能依据器材自主提出问题、设计实验方案，这能提高他们解决问题的能力，更好地发展他们的观察能力和思维能力。

四、进行知识迁移，促进思维发散

思维和知识有着密不可分的相连性，学生能调动大脑中存贮的知识、经验去解释世界，也能运用掌握的思维方式不断丰富认知。学生将在课堂上学到的科学知识和思维方法迁移到其他情境中，可以让思维得到更高阶层的训练。

1.探究气体的热胀冷缩

教学片段

师：通过实验，同学们已经证明液体受热体积变大，遇冷体积变小。如果研究对象换成气体，气体受热和遇冷是否也存在体积变大和缩小的现象呢？（出示空烧瓶）这个瓶子里有什么？

生：里面有空气。

师：对这瓶空气加热，体积会不会变化？

生：不会变化，因为空气看不见。

生：也许有变化，但是我们看不见。

生：应该也会变化，但是就像烧瓶里的水一样，变化不明显。

师：既然空气看不见，你们有没有办法帮助我们看见空气体积的变化？

生：我们在三年级时借助气球研究过空气占据空间，我觉得也可以借助气球，让我们看见烧瓶里空气体积的变化。

生：可以把气球放在烧瓶内，将气球口套在烧瓶口。

生：我们组的想法是把气球置于烧瓶外，将气球口套在烧瓶口。

师：同样是借助气球来验证，大家有不同的组装方式，实验中观察谁的变化能间接证明空气的体积会随温度的变化而变化？

生：观察气球的变化来证明空气体积的变化。

师：在气球套在烧瓶内的设计方案中，如果把装置分别放进热水和冷水里，可能会看到什么现象？

生：将装置放进热水里，瓶内空气的体积变大，可能会把气球从瓶内挤到瓶外，放进冷水里，气球会缩回瓶内。

师：在将气球套在烧瓶外的设计方案中，如果把装置放进热水和冷水里，可能会看到什么现象？

生：瓶内空气受热，体积变大，气球会变大；放进冷水里，空气体积变小，气球会瘪。

师：既然已经明确了实验装置，你们能说明实验的具体步骤吗？

生：组装好实验装置，先放进热水里，观察气球的变化，再放进冷水里，观察气球的变化。

师：同学们有两种设计方案，并且预测了可能出现的现象，是不是都能证明空气受热，体积变大呢？让我们开始实验，实验时谨防被热水烫到。

四年级学生对于空气并不陌生，他们在一年级和三年级已经学过借助气球来研究空气性质，所以面对空气受热、遇冷体积变化的探究实验，他们能调动知识储备，迁移到本实验中，自主设计实验方案。

2.探究固体的热胀冷缩

学生经历了观察玻璃管里液柱的上升和下降，证明液体的体积随温度变化的实验，以及观察气球变大、变小，证明气体的体积随温度变化的实验，已经明白可以借助其他材料来放大不明显的物体体积变化现象。因此，学生在研究固体的体积与温度的关系时，有足够的经验支持他们的思维发展，不断完善实验设计方案。

教学片段

师：我们已经通过实验证明液体和气体的体积会随温度的变化发生改变，固体会不会也有这样的现象呢？老师手里有个铜球，你觉得它的体积会随着温度的变化而改变吗？

生：铜球不会，因为它是硬的。

生：我也觉得不会，它不像液体和气体那样。

师：你说的像液体和气体那样是指哪方面？

生：液体和气体都能流动，但是固体不会流动。

生：我觉得铜球会随着温度的变化而变化，但是变化不明显。

生：我认同这个观点，固体的体积也会变化，可能需要借助别的东西来证明。

师：你们想用什么外物来证明固体体积的变化呢？

生：可以用个东西包裹住铜球，加热后，看铜球会不会撑破这个东西。

生：我觉得这个方案中的包裹物在生活中很难找到。

生：我们组讨论的方案是可以弄个圈，恰好让铜球通过，加热后铜球可能穿不过圈，再把铜球放入冷水里降温，看铜球能不能穿过圈。

师：圈的尺寸如何确定？

生：不能太大，也不能太小，刚好让铜球自由通过即可。

师：同学们考虑得很周到，我们这里有一个铁环（出示铁环，演示铜球刚好通过铁环），对铜球加热，可能会看到什么现象？放进冷水里，可能又会看到什么现象？

生：加热铜球，体积变大的话，可能会卡在铁环上，穿不过去了，放进冷水里后，体积变小，可能又能穿过去了。

经过研讨交流的实验方案，能够让学生经历自主完善设计方案的过程，有利于培养他们的发散思维和创新思维。同时，在交流讨论的环节中，学生能够认真倾听他人的意见，不断提出质疑和见解。

（作者单位：江苏省仪征市月塘中心小学）