让学生在自主探究中认识科学本质

伍小斌

科学课程以培养学生的科学素养为宗旨，通过科学探究的学习方式，让学生体验科学探究活动的过程和方法，发展初步的科学探究能力。教师应根据《义务教育初中科学课程标准（2011年版）》能动地发挥作用，成为学生学习活动的组织者、引导者和促进者，使学生的科学素养在主动学习科学的过程中得到发展。

核心素养的提出对学习方式和教学模式变革提出了更高的要求，以讲授为中心应转变为以学习为中心，以问题的驱动为桥梁，让学生在对真实问题的追寻中，形成个性化的知识结构。教师在引导学生问题化学习的过程中，应以认知建构的方式去重组问题，让学生在问题与问题的联系中，在科学探究实验的过程中，进行知识和思维的碰撞。

下面以“物质的比热”教学设计为例，说明如何让学生通过实验，体验“比热”这一概念产生和建构的过程。

一、教学任务

“物质的比热”是浙教版初中七年级《科学》中比较难学的内容。这个模块的教学目标有四个层次的要求：一是观察生活事例，知道物体吸收或放出热量的多少跟物体的质量、温度、物质种类有关；二是通过实验，体验质量相同的不同物质，升高或降低相同的温度时吸收或放出热量是不同的，知道物质的这种性质可以用比热表示；三是通过实例分析，体验不同比热物质在生活和生产中的应用，认识科学、社会、技术的关系；四是通过有关实验探究，体验科学探究的乐趣，培养实事求是的科学态度。

七年级学生的知识储备和思维水平偏低，比热的概念对他们来说是比较抽象的。本冊教材只要求初步掌握比热的定性概念，为八年级、九年级的定量计算和问题解决打基础。

二、教学过程

（一）联系生活 激活旧知

教师提问：同学们回想一下，什么时候物体会发烫？学生可能回答：晴朗的夏天，马路会发烫；人运动时身体会热起来；煤气烧水，水会烧开；钻木取火，木头会发烫。

教师进一步追问：哪些现象是因为吸收热量而发烫的？让学生体会“物体吸收热而发烫”与“生物体运动散热”“摩擦产生热”之间的区别。

【设计意图】学生日常生活中对热量以及热量传递已经有一定的经验，这是学习新知的基础和生长点。教师适时追问，让本节课的学习指向更加明确。

（二）创设情境 问题驱动

1.小和尚烧水

教师展示图片并讲述和尚烧水的故事：从前有个小和尚为大家烧开水，中途发现柴不够了，水烧不开。小和尚问师父：“怎么办呢？”师父反问大家：“你们说该怎么办？”有的说赶快去找柴，有的说去借柴，有的说去买柴，师父一直在摇头。

教师设问：那么师父心中的答案是什么呢？（学生回答）

揭示答案：师父说：“为什么不把壶里的水倒掉一些呢？”从物理的角度看，师父的办法可行吗？

提出猜想：升高相同的温度，水的质量越大需要吸收热量越多，水的质量越小需要吸收热量越少？

2.马尔代夫海岛之旅

教师展示模拟“马尔代夫海岛之旅”场景。太阳：取暖器。沙滩：一盆沙子。海水：一盆水。用温度计测量，它们的起始温度是一样的。打开取暖器，让“阳光”照耀“沙滩”和“海水”。一会儿让学生触摸“马尔代夫沙滩”的沙子和水。

提问：热传递时，物体吸收热量的多少除了与它的质量、初始温度有关外，还可能跟什么有关呢？

师生提出猜想：相同质量物体，吸收热量的多少可能与物质的种类有关。

【设计意图】通过故事和模拟情境，学生在直接的感性体验中思考并提出猜想。这一环节能极大激发学生的学习兴趣和探究欲望，体现“从生活走向科学”的课程理念。

（三）实验验证 自主发现和建构

1.教师演示实验：验证老和尚的办法可不可行

教师用两个同样规格的烧杯，一杯水多，一杯水少，同时加热。让学生观察哪杯水先开，验证老和尚的办法可不可行。

讨论：老师的实验是怎么设计的？哪个是自变量？哪个是因变量？哪些是控制因素（基本相同）？

【设计意图】这个环节虽然不是教学重点，但有利于学生理解实验设计的基本思路：确定自变量和因变量、控制无关变量，为下面的自主探究做好铺垫。

2.学生设计实验方案：验证物体吸收热量多少是否与物质种类有关

（1）教师布置任务。物体吸收热量多少是否与物质种类有关呢？请同学以小组为单位设计简要的实验方案。大家积极思考，相互交流，分工合作完成。参考设计指南：画出实验示意图；口述实验过程；记录实验数据。

（2）学生分组讨论设计方案，教师巡视指导交流，拍照记录各组方案并及时上传电脑等待分享。

（3）请2～3组的学生代表上台分享实验方案。分享时，组内学生可补充说明，组间相互提醒，进一步完善方案。

（4）教师点评学生的方案。注意纠正实验中关键步骤的疏忽和错误，在初温测定、温度计摆放位置、升高温度多少的选择等方面给予指导。

【设计意图】通过师生交流讨论解决实验设计的难点，对控制变量法及转换法等进行渗透。引导学生分组讨论设计方案，组织学生进行方案的分享交流，这样的合作学习大大地激发了学生的学习热情，有利于提高课堂的效率。最后，教师通过点评，引导学生解决设计方案中的不足，帮助学生完善实验方案。

3.完善方案 分组自主开展实验

（1）分组完善小组的实验方案，领取实验器材，分工合作，高效完成实验。

（2）实验过程中，教师巡视，对各组操作进行指导，用视频、照片记录一些较好或者不足的实验操作。

（3）实验结束后，教师先图文分析学生操作上的一些问题，如温度计碰底或碰壁、温度计未充分与被测物体接触等。

（4）随后选择两组详细汇报实验过程及结果，统计各组的结果。估计学生有以下两种典型的实验方案。

方案一：以“加热时间”为自变量。用相同酒精灯加热相同质量的水和砂石，升高相同的温度，水需要加热时间长，而砂石需要加热时间短。

方案二：以“温度升高”为因变量。用相同酒精灯加热相同质量的水和砂石，加热相同的时间，水温度升高慢，而砂石温度升高快。

【設计意图】让学生在课堂上根据自己设计的方案，分组进行实验的探究。在实验操作中，体验实验的过程和方法，总结两种典型实验设计的步骤，自主建构验证性实验的程序性知识。

4.分析结果 归纳结论

（1）实验方案一

教师设问：相同质量的水和砂石，升高温度相同，加热时间与吸收热量是什么关系？

归纳结论：相同质量的水和砂石，升高相同温度，水需要加热的时间长，因此吸收热量多，砂石需要加热的时间短，因此吸收热量少。

推理可得：相同质量的水和砂石，降低相同温度，则水放出热量多，砂石放出热量少。

（2）实验方案二

教师设问：相同质量的水和砂石，加热时间相同，升高温度快慢与吸收热量是什么关系？

归纳结论：相同质量的水和砂石，加热时间相同，水温度升高慢，因此吸收热量多，砂石温度升高快，因此吸收热量少。

可以让学生讨论：这样的反向推理成立吗？

推理可得：相同质量的水和砂石，散热相同时间，水温度下降慢，因此散发热量多，砂石温度下降快，因此散发热量少。

【设计意图】方案二中最能引发学生的思辨和争议，让学生自动纠正不正确的前科学概念：温度升高慢，吸收热量少；温度升高快，吸收热量多。反向推理的讨论可锻炼学生的申辩式思维，任何科学推论在没有实验数据证实之前，都可以存疑。

（3）验证猜想 得出结论

通过对实验数据的分析、归纳、推理，学生自然而然得出结论：热传递过程中，物体吸收（放出）热量多少与构成物质的种类有关。

师生归纳：根据实验记录的结果，我们发现这一特性反映出相同情况下物质容纳热量的多少，科学上为了简化，将这种特性叫作比热容，简称比热。

【设计意图】让学生知道科学实验的最终目的是发现和建构知识。学生在实验探究和分析中，将实验发现转化为科学概念，在动脑思辨中超越日常经验，体验建构概念、发现规律的愉悦，最终在各自的认知结构中建立起比热的初步概念。

（四）巩固概念 学以致用

（1）水银的比热是水、砂石、玻璃、水银四种物质中最小的，这有什么意义？

（2）若相同质量的A、B两块玻璃，在阳光下晒相同的时间，A温度升高快，B温度升高慢，这说明什么呢？如果你要装修房子，希望用哪一块？

（3）教师口述场景，请大家闭上眼睛，共同想象在海岛沙滩上行走时，踩在沙滩上和海水中的不同感受，引导学生分析其原因。

【设计意图】通过练习，让学生用新学的知识和方法解决实际问题，巩固新知，加深理解。最后师生互动、回归生活，想象不在身边的场景，避免通常简单划一的课堂小结，更能引发学生后续学习的兴趣。

探究是人类的天赋，激发学生的探究欲望，促进学生掌握科学探究的技能，推动学生以科学探究为路径，更好地建构科学概念和认识科学本质是我们科学教学的一项重要任务。