读懂材料的结构——以教科版五年级下册“物体在水中是沉还是浮”为例

福建省建瓯市实验小学 阮承李

“材料引起学习，材料引起活动”，材料是进行科学探究的基础。如何让实验材料具有严密的结构，目前大家引用得最多的是兰本达教授和我国著名科学启蒙教育专家刘默耕的阐述。很多分析文章大同小异，点到即止，对于一线教师而言，往往看后仅停留在有所知上，实际教学中经常出现材料替换、选择的不妥。本文围绕一个活动做一个较深入的分析，让大家对材料的结构性有一个更全面的把握，举一反三，更好地开展实验教学。

笔者以教科版五年级下册第一单元第1课“物体在水中是沉还是浮”的第二个活动“观察更多的物体是沉还是浮”为例。课本中提供了七种材料：小石块、泡沫塑料块、回形针、蜡烛、带盖的空瓶、萝卜、橡皮。前面一个活动中，学生已经初步明白了判断沉浮的标准、掌握了实验方法，这一活动要让学生观察这七种材料的沉浮。实验基本过程是先预测、说预测理由，然后实验观察，最后对比预测和实际结果，整理预测理由，推测物体的沉浮和什么因素有关。下面仅从材料的本身做一个分析，读懂材料的结构中所包含的丰富内容，对于材料的顺序、实验过程的配合这里不做介绍。

一、巩固提升，考虑前一活动所学

前面一个活动中刚学习了沉浮的标准以及将物体放入水中的操作方法。这个实验承担着巩固、深化沉浮标准及操作方法的任务。物体在水中的沉浮判断，对于浮在水面、沉在水底这两种情况，和学生的前概念一致，学生掌握不难。而物体处在水面以下水底以上，即学生前概念中的半沉半浮归属于浮，学生即使在概念上接受了，但实际学习中经常还是转不过弯来。因为其中还涉及一个问题：物体的上浮下沉与沉浮的区别联系。上浮下沉指的是一个过程，沉与浮是针对结果。物体放到水里，慢慢沉入水中，只要没有接触底部都属于浮，学生很容易受到下沉这一概念的干扰。通过这一活动，能让学生进一步理解沉浮判断标准。这里的七种材料中，有浮在水面属于浮的，如泡沫塑料块；有沉在水底属于沉的，如小石块、回形针；有大部分沉在水中属于浮的，如萝卜。而学生的认知难点在“半沉半浮属于浮”这种情况，这七种材料中仅有一种，因此我们可以在这一组材料中增加一种“半沉半浮属于浮”的材料，以加强难点突破。

二、科学设计，考虑学生认知水平

这七种材料中，对于大部分学生而言，有很容易判断沉浮的，如小石块、泡沫塑料块、回形针、带盖的空瓶；也有生活中很常见，但却比较难判断沉浮的，如蜡烛、萝卜、橡皮。这样安排便于学生通过容易判断沉浮的材料，预测比较难判断沉浮的材料，引发学生思考，带动思维向更深层次推进。

三、保重破难，考虑实验主要因素

本单元以沉浮为中心，围绕密度和浮力两条暗线展开。在学生的印象中，影响物体在水中沉浮的因素主要有材料本身的轻重（含有密度的意思）、物体质量的大小、体积的大小、物体的形状、实心空心等。这七种材料，从下节课课本提供的图中可知，物体从轻到重依次是回形针、泡沫塑料块、带盖的空瓶、橡皮、蜡烛、小石块、萝卜。从物体的轻重看，最轻的回形针是沉的，稍重一点的泡沫塑料块是浮的；最重的萝卜是浮的，稍轻一点的小石块是沉的。物体的体积从小到大依次是回形针、带盖的空瓶、橡皮、蜡烛、小石块、泡沫塑料块、萝卜。从物体的体积大小看，最小的回形针是沉的，稍大一点的带盖的空瓶是浮的；最大的萝卜、泡沫塑料块是浮的，稍小一点的小石块是沉的。综合来看，最大最重的萝卜是浮的，最小最轻的回形针是沉的。这样的安排和学生前概念中物体轻的、小的容易浮，重的、大的容易沉相矛盾，既避免了学生得出错误结论，同时引发认知冲突，激发学生探究兴趣，引发学生思考。（这七种材料的轻重、大小排序通过本单元第2课第1个活动“分析物体在水中的沉浮规律”两幅排序图可知）从形状看，这组材料中有规则的，也有不规则的，有的特别尖，有的比较圆、方正。从材料的实心、空心看，空心的只有带盖的空瓶，其余实心。从材料的材质看，有金属的、塑料的、玻璃的等。这些物体沉浮有些和学生的原有认知一致，如金属的容易沉，空心的、泡沫的容易浮；有些学生无从判断。正是通过这样的材料安排，巧妙地强化了学生正确的前概念，激发学生积极思考，纠正学生错误的认识，提升学生科学思维，培养科学品质。

观察更多物体在水中的沉浮

四、聚焦主旨，考虑关键就重避轻

在矛盾冲突中引出问题开展探究，这是科学学习的重要方式。这里提供的材料就包含了这种认知冲突。材料中有意凸显了物体的轻重、大小等和物体沉浮有关的主要因素，至于物体的颜色、质感、软硬等，也有一部分学生认为和物体的沉浮有关，但不是主要矛盾。在材料的选择上，实际授课中都不要在这方面“节外生枝”，避免冲淡主题。比如物体如果提供得太小或太薄，原本沉的物体，由于受到水的表面张力而浮起来。这一实验现象有意义，但并不适合在本课研究。

五、着眼整体，考虑教学前后联系

本课第三个活动研究同种材料与沉浮的关系。橡皮是沉的，萝卜是浮的，通过切分橡皮和萝卜，学生发现同种材料构成的物体，把它们的体积变小，沉浮状况不变。增大体积实验课本上安排了串回形针、叠加小木块（小木块的沉浮实验第1个活动做过），同样这两种材料也是一沉一浮的。通过实验，学生发现同种材料构成的物体，把它们的体积变大，沉浮状况不变。因此在做第二个实验时，要考虑好第三个实验的开展。

六、注重效益，考虑材料选择替换

了解了材料的结构，我们就可以很好地选择蜡烛的长短、瓶子的大小、橡皮的大小等，进而根据实际选择常见的、环保的、低价的予以替换。如对于胡萝卜这一材料，我们在实验中发现大多数是沉的，并不符合实验要求，必须予以替换。又如第三个实验，在增大、减小体积的过程中，要考虑切割后材料的吸水性，切开后的材质是否均匀等。对于叠加物体的实验我们要考虑如何固定两个物体。比如授课中，我们看到有的教师用牙签代替小木块做增大体积实验，固定时用透明胶带，这个实验则不科学，对于牙签的沉浮来说，透明胶带的沉浮状况已经影响了牙签的沉浮。

材料不会说话，但有结构的材料蕴含了丰富的信息。教师只有掌握相关理论知识，认真挖掘，分析材料与学生的关系，必须符合学生心理、认知规律；分析材料与教学的关系，必须着眼整体，聚焦主旨，保重破难；分析材料与课堂的关系，必须有利于教学组织、管理；分析材料与实际效益的关系，在实验效果与材料的成本、环保、准备的便捷上取得平衡。掌握了材料的结构，才能更好地运用材料，开展有结构的实验，构建有结构的课堂，更好地为提升学生的科学素养服务。