基于大概念的单元起始课教学改进与实践

查良

[摘要]科学教育不是给学生讲授一些零碎的、不连贯的知识片段和堆积在一起的科学定律，而是需要讲授围绕涉及重要科学领域的有结构、有联系的科学核心概念和模型。本文基于对《热》单元教材的分析和重构，以一组相似实验材料设计出“一材多用”的系列实验，引导学生较为深入地感受热传递的规律，帮助学生构建热知识科学大概念。

[关键词]核心概念 单元教学 一材多用

研究表明，人们对科学大概念的理解可以较长久地保存在记忆中，有助于形成较好的知识框架，学习更多知识。为此，建构科学大概念，能使学生对一些科学大概念触类旁通、举一反三，与将来在生活中接触到的、学到的科学知识进行迁移和类比，有助于学生理解事物的现象和本质。

一、单元内容结构联系及调整

教科版五年级下册《热》单元是小学科学中经典的课程，本单元共8课时，分别为《热起来了》《给冷水加热》《液体的热胀冷缩》《空气的热胀冷缩》《金属的热胀冷缩》《热是怎样传递的》《传热比赛》《设计制作一个保温杯》。本单元八节课都是围绕“热”的内容进行学习，课与课之间存在一定的联系，2-5节围绕的是热胀冷缩这个相同的物理现象，6-8节围绕的是热的传递概念开展教学的。因此，本单元主要有两块热学知识：物质的热胀冷缩和热传递。

二、单元编排问题分析及改进

本单元围绕热的主题展开且课时之间有相关的联系。但笔者在教学中发现以下几个问题：（1）科学概念缺乏联系，学生学习有困难。2-5课时热胀冷缩内容与6-8课时热传递内容无法自然地衔接，彼此之间没有过渡，使得学生在学习过程中一下子从热胀冷缩转到了热传递的学习。（2）课时安排先后不合理：本单元第2-5课中，物质的热胀冷缩现象都有加热的过程，加热过程中存在大量热传递的现象，如用热水给冷水、冷空气加热使冷水、冷空气变热活动中，热从热水传递到冷水和冷空气;用酒精给铜球加热使铜球变热活动中，热从火焰传递给铜球;将铜球浸入冷水使铜球冷却活动中，热从铜球传递给冷水。大量的热传递现象都出现在学生对热传递学习之前，学生在学习过程中会产生疑问或者对实验现象的产生一知半解。基于这样的情况，笔者认为本单元的教学顺序可以适当调整：（1）《热起来了》;（2）《热是怎么样传递的》;（3）《传热比赛》;（4）《设计一个保温杯》;（5）《给冷水加热》;（6）《液体的热胀冷缩》;（7）《空气的热胀冷缩》;（8）《金属的热胀冷缩》。

调整之后的单元教学分三个阶段：第一阶段为单元起始课，指导学生对热传递产生的条件进行初步学习。第二阶段为第2-4节，指导学生对热传递的产生条件，不同物质的导热能力进行进一步学习。第三阶段为5-8节，指导学生学习发生热传递之后物质除了温度发生变化之外，体积会发生变化，这种变化规律称为热胀冷缩。

三、单元起始课设计及改进策略

教科版小学科学教材以单元整体教学为核心。课程标准指出：热可以在物体内和物体间传递，通常热从温度高的物体传向温度低的物体。对《热》单元进行分析和调整后，笔者认为，本单元的核心概念应该倾向于热传递发生的条件和过程中具有的特点。基于这方面的想法，笔者对本单元起始课《热起来了》进行重新定义和设计，以充分暴露学生对热传递知识的前概念，培养学生热单元的科学大概念，为调整之后的单元学习做好充足的准备

1.活动前置——开展核心活动

在有限的课堂时间内，把核心的科学问题进行聚焦并科学探讨研究才是课堂的主体内容，科学课堂中我们更希望做到“一英寸宽，一英里深”，对重点活动进行深化，将细枝末叶的知识环节简化甚至去除，尽可能地把时间用在刀刃上，这样才能在有限的时间内完成一节实验教学课。

《热起来了》一课中课本用了大量的篇幅讨论如何使身體热起来作为引入，几次试教发现：此活动会占用大量的课堂时间，导致后续研究活动时间不足。针对这个问题，笔者把课中的活动提前放到课前或作为前一天的家庭作业，对学生进行课前调查，并将学生的回答进行汇总之后在课堂中直接出示，开门见山，把时间留给后续活动。

2.活动分层——创设认知冲突

由浅入深的科学活动能够带领学生螺旋式地进阶学习，对实验活动进行改进和优化，让学生经历有层次性的活动，对学生的科学素养的培养与发展能起到较大的作用。为让学生逐步对热传递的现象及产生的原因进行渐进式的学习，笔者在进行毛巾不会产生热量的活动后增加了用热毛巾包裹装有冷水的试管活动。

师播放用热毛巾包裹装有冷水的试管视频。

生发现水温上升，并产生疑问。

师：你看到了什么？

生：温度上升了，水变热了。

师：水是自己热起来的吗？

生：不会。

师：可能是什么原因使水热起来的？把你的想法写在学习任务单上。

通过之前的实验学生认识到毛巾不会产生热量使水热起来，而学生观看视频发现同样的实验材料，却产生了不同的结果——水温上升，使他们产生了强烈的认知冲突。在学习过程中认知冲突的产生是学生们学习的最佳时机，也是他最想学习的时候，能够充分地调动他们的学习积极性，激发他们对实验现象产生原因的探究欲望。

生：我觉得老师用的毛巾是一块热毛巾。

师：真的是这样吗？我们再来看一段视频。

生：观看视频发现——水温上升的同时，毛巾的温度在不断地下降。

师：你有什么发现？

生：水变热了，毛巾变冷了。（面露喜悦）

师追问：水变热了，热是从哪里来的？毛巾变冷，热到哪里去了？

生：水的热从毛巾里来，毛巾的热量到水里去了。

生：毛巾把热传递给了水。水的热增加了，毛巾的热减少了。

通过猜测水温为什么会变高，给学生一定的空间进行思考，再将有两支温度计的视频展示给学生，让学生有新的发现，引导学生经历冷水变热和热毛巾变冷中包含的热传递的过程，使学生渐渐地体会到热传递的存在及物体温度的变化是由于热传递导致的。

当第二个活动结束之后，笔者又增加了第三个活动：观察用冰毛巾包裹装有常温水的试管。

师播放视频。（冰毛巾包裹试管，试管中水温下降）

生观察视频，产生疑问。

师：你有什么发现？

生：水温度降低了，变冷了。

师：这次可能是什么原因产生的呢？

生将自己的想法写在学习任务单中。

之前的学习中学生已经知道了热量的传递，本活动目的是从反面的角度去引导学生学习热传递的知识。通过学习活动，让学生认识到：水不仅可以成为一个受热对象，也可以成为一个热源去传热，以此打破学生对常温水只能被传热的固定思维。再一次让学生产生疑问，促进他们的思考。

生：我認为这次这块毛巾是很冷的，比水的温度要低。

师：是这样的吗？（播放有两支温度计的视频）

生发现毛巾温度上升的同时水的温度渐渐下降。

师：你有什么发现？

生：毛巾变热了，水变冷了。

师：谁可以来解释这个现象。

生：水把热传递给了毛巾，水的温度就下降了，毛巾的温度就上升了。

通过此活动，学生能深切地体会到热发生的传递以及热传递发生的条件，并能利用之前活动学到的热传递的知识来解释这种现象。学生的思维在本环节中得到很大的提升，对热传递的产生条件也有了较为全面的认识，体会到热和冷是相对的，不是绝对的。

师：为什么我们的毛巾不能让试管内的水变热？

生：毛巾的温度和水的温度差不多，热不会传递，水不会变热也不会变冷。

用活动二和活动三所学的知识用来解释第一个活动中发生的现象，既是一种知识的应用，也是对热传递发生条件的学习。通过同一组实验材料的一材多用，学生看到了三种不同的现象，得出了不同的结论。

3.思维进阶——建构科学概念

从认识常温毛巾和常温水之间热是不能传递，然后学习热从热毛巾传递到冷水，最后学习热从常温水传递到冰毛巾，学生经历了三个有层次性的热活动，逐渐丰富了自己对热传递的认知，了解了热传递的存在及热传递是具有方向和条件的，为之后关于热是怎样传递的、传热比赛等课时的学习提供了有力的知识基础，从而帮助学生建构了热传递的概念和热传递产生需要一定条件的科学大概念。同时，热传递的学习也为学生后续热胀冷缩学习，对加热环节的理解提供很大的理论支持。调整后的《热》单元，更符合学生认识的进程。

科学教育的目标是一个趋向于科学大概念进展的过程，而儿童科学概念的形成是一个不断完善、不断充实的过程。通过本单元起始课的学习，从水温度发生变化这个表象的事实，学生在教师的引领下逐步探究和思考，深入探究热传递的发生及其产生条件的本质，从而构建科学核心概念。