在《生锈与防锈》教学中发展学生思维

科学课程标准强调以发展学生核心素养为目标，而科学思维作为核心素养的关键内核与重要体现，在科学教育中占据着举足轻重的地位。传统教学虽能引领学生完成基本的科学探究过程，但在思维训练上存在短板。其往往过度聚焦于流程的完整性，却在一定程度上忽视了对学生思维深度与广度的挖掘，致使他们的思维易受限于既有框架，批判性与创造性思维的发展受到抑制。鉴于传统教学的局限，在《生锈与防锈》教学实践中，教师可以发展学生思维为核心，通过精心设置核心问题有效统领学习活动，搭建适宜的学习支架助力学生科学思维的发展，融合前沿信息技术激发他们的学习兴趣并提升教学效能，构建多元评价体系促进其科学素养全面协同发展。

《生锈与防锈》是六年级“物质的变化”单元的起始课，从整体结构来看，单元围绕核心概念“物质的变化与化学反应”展开，并指向物质与能量、稳定与变化两大跨学科概念。该课为学生后续理解化学变化的本质特征、与物理变化的区别以及化学反应在物质世界中的广泛作用奠定基础，并与单元内其他课程相互关联、协同递进，共同构建学生对物质变化的系统认知体系。

从该课的内容来看，通过对铁生锈条件的探究，可初步感知化学变化的发生需要一定的条件；“铁与铁锈不是同一个物质”表明化学变化的本质就是产生新物质；“如何防锈”则是建立在前两者基础上的实践应用，引导学生将所学知识运用到实际生活中，体现了从理论到实践的教学逻辑。

六年级学生在日常生活中对铁生锈现象有一定的感性认识，然而，他们对于这一现象背后的科学原理以及影响因素缺乏深入探究。学生常常纠结于铁生锈究竟是单一因素所致，还是多种因素共同作用的结果。这种困惑体现出学生在因果关系分析和对科学本质的理解层面存在不足，需要教师给予引导与帮助，从而助力他们建构准确的科学认知。

经过前期的科学课程学习，学生已经拥有了一定程度的观察、操作以及设计简单实验的能力，并且能够运用变量法开展对比实验。不过，当遇到像铁生锈实验这种涉及多个变量（空气、水等）的复杂实验设计时，学生就会面临较大的挑战。教师需要着重培养学生的综合实验设计能力，引导他们逐步掌握多变量实验设计的方法与技巧，进而提升他们科学思维的严谨性和逻辑性。

在日常教学中，大多学生能够较为完整地表达自己的想法，但面对容量大、逻辑性强、简洁性要求高的内容时，往往缺乏短期内组织语言清晰表达的能力。因此，教师在教学中应创设更多机会，让学生锻炼科学表达能力，学习运用科学术语和逻辑结构准确表达思维过程和实验结果，促进思维与表达的协同发展。

基于以上分析，本课制订以下教学目标。

科学观念：知道铁生锈与水、空气有关，理解铁生锈产生新物质，了解防锈方法。

科学思维：运用推理、假设、控制变量法，通过观察、分析归纳铁生锈的条件和防锈策略。

探究实践：设计铁生锈条件对比实验，坚持课后观察记录。

态度责任：意识到保存方式影响铁生锈及节约资源的重要性，在学习中大胆表达、乐于合作、真诚评价。

片段一：问题引领，驱动学习

（任务驱动环节，教师以“文物保护”为主题创设情境，通过沧州铁狮子的AI角色讲述自身的历史文化价值、锈蚀现状以及文物保护的紧迫性，激发学生的好奇心和责任感。同时，介绍我国古代铸铁工艺的辉煌成就，增强学生的民族自豪感和文化自信，为他们后续学习奠定情感基础。再以国家文物保护局征集保护方案为契机，利用AI角色发布任务，引导学生制订方案，增强他们的角色代入感与责任感。）

师：想要出示这样一份保护方案，我们首先要了解哪些信息？

生：铁狮子生锈时，周围的环境是怎样的？

生：铁生锈与什么有关？

生：铁生锈后，有办法还原吗？

生：怎么防锈？

师：大家提出了很多有价值的思考方向，若要深入探究防锈的方法，我们要搞清楚什么呢？

生：铁生锈与什么有关！

师：那接下来的时间我们就一同深入探究：铁生锈与什么因素有关？

设计意图：在文物保护的真实情境下，将学习锚定在实际需求与真切疑问的基石之上，着重磨砺学生提出问题的敏锐洞察力、提炼关键问题的精准判断力以及聚焦核心问题的深刻领悟力。

师：（播放视频）大家先独立思考，再和小组成员交流讨论，看看哪些猜想是大家都认可的，哪些观点是不合理应该被排除的，达成一致后，将你们的共同想法填写在学习记录单1上（如图1）。

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图1  学习记录单1

（小组讨论结束后汇报。）

师：哪个小组愿意先来汇报？

生：我们观察到铁在潮湿的环境中更容易生锈，所以我们认为铁生锈可能与潮湿的空气有关。

师：潮湿的空气有怎样的特点？

生：有水和空气。

师：那你们认为，铁生锈与什么有关呢？

生：与水和空气都有关。

生：我们认为他的说法不严谨，也有可能只与水或者空气有关。

师：你们同意谁的说法？

生：我们认为他们的说法都有可能，也就是说有三种可能性：只与水有关，只与空气有关，与水、空气都有关。

师：你的发言完整又富有层次，给你点赞！其他小组还有不同想法吗？

生：我们观察到暴露在太阳下的自行车更容易生锈，再结合视频里的铁狮子是在潮湿、高温的环境中加速了生锈，所以，我们认为铁生锈可能与阳光或者温度有关。

生：我不同意他的说法，因为很多出土的文物没接触到阳光也锈蚀十分严重，并且它们所处环境的温度是很低的，所以我认为铁生锈与阳光无关，温度可能只是加速了它生锈，而不是让它生锈。

师：你不仅能认真倾听，还能针对他人观点提出有力的反驳证据，令人赞叹！还有补充吗？

生：我们小组赞同他们的说法，但我们认为可能还与空气中的微生物有关。我觉得可以先确认铁生锈是否与空气有关，如果有关，再看看是不是微生物起了作用。

设计意图：立足“有根据地猜想”这一要求，培养学生基于观察合理猜想的科学习惯，再通过“独立思考—小组讨论”的方式，促进他们思考，发展批判性思维。

片段二：交流研讨，思路梳理

师：以上都是大家的观点，事实究竟是怎样的，我们需要证明。你打算怎样验证自己的猜想？需要几组实验？条件分别是什么？在理想状态下（不考虑水中有空气、空气中有水的情况），假设出现怎样的现象，能说明你的观点是正确的？

（学生小组讨论，填写如图2的学习记录单2，再汇报。）

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图2  学习记录单2

师：哪个小组先来汇报？

生：我是第2小组汇报员，我们打算研究铁生锈是否与水、空气都有关，我们计划做4组实验，条件分别是：无水无空气、无水有空气、有水无空气、有水和空气，假如有水和空气的这一组生锈了，其他几组都不生锈，就说明铁生锈与水、空气都有关。

生：我是第6小组汇报员，我们打算研究铁生锈是否与水有关，我们计划做两组实验，条件分别是：无水无空气、有水无空气，假如有水无空气的这一组生锈了，无水无空气不生锈，就说明铁生锈只与水有关。

生：我是第3小组汇报员，我们打算研究铁生锈是否与空气有关，我们计划做两组实验，条件分别是：无水无空气、无水有空气，假如无水有空气的这一组生锈了，无水无空气不生锈，就说明铁生锈只与空气有关。

师：大家的逻辑都很清晰，表达也很流畅，真为你们高兴。那么想要验证所有想法，需要几组实验，条件分别是什么？

生：我经过观察梳理发现，各类猜想下的实验条件均有重复，实际上验证所有想法只需要4组，条件分别是：有水和空气，有水无空气，无水有空气，无水无空气。

设计意图：为防止学生思维混乱，通过几个引导性问题，帮助他们梳理出单个猜想下的实验条件，再进行整合，以部分到整体的递进方式，降低实验设计难度。通过预设实验结果及可能性，反推实验设计思路的合理性，充分发展学生推理论证的能力。

片段三：反复质疑，具体设计

师：有了想法，具体实验该怎么做呢？老师给大家提供了实验材料（PPT展示），注意简单易操作的原则。

（学生以图文并茂的形式呈现实验设计，如图3。）

师：哪个小组先来汇报？

生：我们实验的设置条件分别是：1号试管一半水，一半空气；2号试管水浸没铁钉；3号什么也不放；4号试管放油，隔绝空气和水。对我们小组的方案，你们还有什么疑问或补充吗？

生：我有疑问，2号试管中如何保证没有空气呢？你没有封口，空气会进入水中，再者水中本身就有少量空气，加热可以减少水中的空气，所以我认为这里可以用凉白开代替普通水，然后封上盖子。

生：我同意你的观点，你们还有补充吗？

生：我也有疑问，空气中也有少量的水啊，3号试管直接放在空气中也不严谨，生活中我们经常用干燥剂给食物防潮，所以我觉得可以加一个干燥剂。

生：我有补充，4号试管我觉得也可以包保鲜膜来隔绝空气和水。

生：我也有补充，2号试管即使盖上盖子也未必不会有空气进去，因为油可以隔绝空气和水，所以我建议在水上加一层油，代替盖子。

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图3  部分小组实验设计

师：你们的想法总能让人眼前一亮，在巡视的过程中，我也发现了不少亮点，比如大家用不同的线条、颜色、形状来区分水、空气、油、盖子等，让设计图直观明了。请大家根据刚刚的讨论修改各自的实验方案，形成最终方案。

（有小组的实验设计如图4。）

设计意图：通过小组合作，相互质疑补充，培养学生良好的实验习惯，发展他们的创新思维。

片段四：小组汇报，现象分析

（学生按实验设计展开探究，一周后继续学习。）

师：大家一起完成了“铁生锈与什么因素有关”的实验，相信在课后根据方案做实验，已经有了很多有趣的发现，请分享你们的观察记录。

生：第1天，1号开始生锈，2、3、4号均未明显生锈；第2天，1号生锈，2号开始生锈，3、4号未明显生锈；第3天，1号铁锈较多，沉积在底部，2号轻微生锈，3、4号未明显生锈；第4天以后发现，1号生锈程度加重，尤其是刚好露出水面的部分，2号生锈程度未加重，3、4号无明显生锈。

师：根据以上现象，谁能说一说，铁在什么环境下易生锈？

生：有水和空气的环境。

师：你这样认为的理由是什么？

生：1号刚好露出水面的部分生锈严重，我认为是因为这个部分既接触了水还接触了大量空气，还有就是2号虽然生锈了，但是它后面生锈程度没有增加，我认为是水里面的少量空气被消耗完了，它就不再继续生锈了。所以，铁在没有水或者没有空气的环境下不易生锈，只有两者都有才生锈。

师：你的分析很有道理，大家有补充或疑问吗？

生：我同意他的观点，但我有一个疑问，为什么2号一开始就生锈了呢？里面的空气是从哪里来的呢？