落实科学概念，提升科学素养

金蕾红 蒋柳青

【摘 要】科学观念是科学素养的重要组成部分，指的是在理解科学概念、规律、原理的基础上形成的对客观事物的总体认识，对科学概念的教学是提升学生科学素养的有效抓手。在教学教科版《科学》三年级上册“空气”单元的《压缩空气》一课时，教师“改进实验材料，助力高效课堂；鼓励自主探究，暴露前概念；调动已有经验，修正思维偏差；提供学习支架，渗透科学概念；组织动手实践，深化概念理解；联系生活实际，迁移内化概念”，由此发展学生的科学素养。

【关键词】小学科学；概念学习；学习支架；科学素养

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“2022年版课标”）指出，科学素养包括：科学思维、态度责任、科学观念和探究实践。科学观念是在理解科学概念、规律、原理的基础上形成的对客观事物的总体认识。学生“需要明确与科学概念相关的现象和过程，能够运用科学术语来描述或解释自然现象，并理解概念之间的关系，灵活应用科学概念”。可见，对科学概念的教学是提升学生科学素养的有效抓手。

然而，在当前的课堂中，许多学生只是被动地接受教师的指令，开展探究活动，导致科学概念的建构停留在表层，不利于提升学生的科学素养。要解决这一问题，教师须立足学情，设计层层递进的探究环节，让学生经历概念建构的全过程。

《压缩空气》是教科版《科学》三年级上册第二单元“空气”中的内容，教材主要编排了两个活动：一是利用两个相同的注射器，分别抽进同样多的水和空气，再用大拇指指腹堵住注射器管口，将活塞往里推，然后松手，观察注射器有什么变化；二是慢慢用力往外拉注射器活塞，然后松手，观察注射器有什么变化。学生不难从实验中得出“水不容易被压缩，而空气容易被压缩，且被压缩的空气有弹性”的结论。最后是让学生尝试从微粒的角度对现象进行解释。三年级的学生第一次在科学领域中接触“微粒”这个词，而空气是看不见摸不着的，学生难以从这一角度解释相关现象。本课的基本概念是空气，教学目标是让学生理解空气和石头、水一样，是一种物质，并且让学生知道宇宙中所有的物质都是由微粒构成的，空气也不例外。对此，教师要给学生提供便于探究的环境和学习科学概念的支架。

一、改进实验材料，助力高效课堂

科学教学中，选择合适的实验材料至关重要。良好的实验材料往往能激发学生的探究兴趣，使学生初步感知概念。《压缩空气》一课的教学中，为了保证实验操作方便，成功率高，笔者多次试教并改进实验材料，具体如表1。

在用不带封口套的注射器进行自主研究的过程中，有的学生发现注射器管口射出来的空气是冷的；有的学生发现注射器可以像水枪一样把空气吸进去；有的学生发现用手堵住管口后，先用力往里压，再突然松手，活塞会反弹出去。给注射器管口套上封口套后，往里推活塞或往外拉活塞，没有出现漏气的现象。学生排除了干扰因素，课堂观察更易聚焦在空气被压缩和扩张的现象上。在这一过程中，注射器封口套这一实验材料是帮助学生理解概念的“重要帮手”。可见，精选实验材料，有助于增强学生的学习体验，使科学课堂更高效。

二、鼓励自主探究，暴露前概念

科学课堂上，由于探究活动缺乏重心，部分学生对概念的理解只停留在前概念水平。教师应鼓励学生进行自主探究，暴露前概念，使后续教学更有针对性。

《压缩空气》一课的学习中，给注射器管口套上封口套后，学生发现：往里推活塞，空气占据的空间变小；往外拉活塞，空气占据的空间变大。笔者提问：活塞往里推，空气占据的空间变小；活塞往外拉，空气占据的空间变大。在这两个过程中，是什么发生了变化，导致空气占据的空间发生了变化？如果我们用点来表示空气微粒，你能画出活塞向内推、向外拉后空气微粒的状态吗？学生通过画图的形式表达自己的想法，如图1、图2。

如图1、图2所示，学生主要有两种猜想：（1）空气占据空间大小的变化过程中，总量是不变的；（2）空气占据空间大小的变化过程中，总量可能变少也可能变多。这一过程暴露了学生的前概念，为后续教学的推进提供了方向。

三、调动已有经验，修正思维偏差

为了纠正学生的错误认知，笔者组织学生讨论，帮助学生初步建立科学概念。

师：有的小组认为空气压缩前后，空气总量是不变的；有的小组认为空气压缩前后，空气总量发生了变化。这些都只是你们的猜测，你们有什么证据可以证明自己小组的观点呢？

生：如果空气总量是不一样的，那么在活塞往里推或往外拉的过程中会有空气从封口套处进出。

师：怎么判断是否有空气进出？

（学生小组讨论。）

生：把注射器放进水里，往里推，如果封口套处有气泡冒出，就说明有空气出来，反之亦然。

学生调动已有的知识经验，展开实验。实验结果是封口套处没有气泡冒出，说明注射器中的空气总量在空气被压缩前后是一样的。由此，学生的思维偏差得到了修正。

四、提供学习支架，渗透科学概念

经过上述学习环节，学生进一步证明：在空气占据空间大小的变化过程中，其总量是不变的。在此基础上，笔者继续带领学生进行探讨，帮助学生建立科学概念。

师：我们知道，在注射器往里推或往外拉的過程中，里面的空气总量是不变的。那么，注射器在往里推和往外拉的过程中，其中的空气微粒发生了什么变化？

（学生思考。）

师：让我们再次动手，分别将注射器往里推、往外拉，看看空气微粒到底发生了什么变化。

（学生动手操作。）

师：同学们遇到了什么困难？

生：空气是透明无色的，我们无法看见，更不可能看见空气微粒。

师：老师这里有一种有颜色的气体，用它替换空气进行实验，看看能观察到什么现象。

（学生开展实验并进行汇报。）

生：注射器活塞往里推时，气体颜色变深；注射器活塞往外拉时，气体颜色变浅。

师：这个现象能证明什么呢？

生：注射器活塞往里推时，气体颜色变深是因为气体微粒堆积在一起；注射器活塞往外拉时，气体颜色变淡是因为气体微粒分散开了。

师：类比这种有颜色的气体，注射器活塞往里推和往外拉时空气微粒又发生了什么变化？

生：注射器活塞往里推时，空气微粒堆积在一起；注射器活塞往外拉时，空气微粒分散开了。

此环节遵循学生的认知规律，通过层层递进的实验为学生的概念建构提供了有效的学习支架，有助于学生形成正确的科学概念。

五、组织动手实践，深化概念理解

（一）开展实验，增强学习体验

科学教学离不开实验。教师应组织学生开展实验，激发学生的探究热情。

师：这里有一个注射器、一块橘子皮。老师先在注射器内吸入一些空气，然后用橘子皮堵住注射器管口，最后用力压缩活塞，你们觉得橘子皮会怎么样？

生：橘子皮会“弹”出去。

师：一起动手试试。

（学生动手实验。）

师：你们观察到了什么？

生：橘子皮确实像子弹一样弹出去了。

师：你们能解释这个现象吗？

生：注射器活塞往里推时，橘子皮堵在管口，相当于封口套。这时我们感觉空气被压缩了。被压缩的空气具有弹性，所以橘子皮被“弹”出去了。

在这个环节中，学生用注射器制作空气压缩枪，通过实验、观察、现象解释，进一步验证“空气能够被压缩”这一结论。教师要为学生设计实验，创设基于思维模型的概念学习情境，让学生的思维得到发展，使学生对科学概念的理解得以深化。

（二）引入思维导图，总结类比知识

学生通过实验已经明确了压缩空气具有的性质和特点。在此基础上，笔者引导学生使用思维导图对学到的知识进行总结，对新的概念进行类比。学生制作的思维导图（如图3）。

由图3可见，学生在学完压缩空气的性质后，从两个方面对水进行了类比，拓宽了认知视野。

六、联系生活实际，迁移内化概念

学习科学概念的最终目的是为生活提供服务。教学中，教师应努力搭建课堂教学与真实生活之間的桥梁，引导学生灵活地应用科学概念，深化认知。本课教学中，笔者引入了生活元素，让学生迁移运用知识，具体教学过程如下。

师：我们已经学习了压缩空气的有关知识，想一想，生活中的哪些事物也应用了这一知识？

生：游乐场里的充气城堡就是利用空气容易被压缩的原理设计的。

生：救生气垫、救生圈也是利用空气容易被压缩的原理设计的。

师：没错。哪个同学能说说被压缩的空气有弹性这一原理在生活中的应用？

（学生思考。）

生：我们打篮球时，篮球里充满了空气，当我们往下拍篮球时，篮球碰到地面，里面的空气被压缩。因为被压缩的空气具有弹性，所以碰到地面的篮球会弹起。

师：你说得真好。利用被压缩的空气具有弹性这一原理的例子还有很多，比如空气压缩枪、建筑工人用的气枪等。只要我们留心观察，就会发现生活与书本知识之间是紧密联系的。

总体而言，教师要精准把握学情，充分了解学生的前概念，抓住学生在建构科学概念时的思维过程，精心设计思维模型，让学生在探究中建立科学概念。

参考文献：

［1］杨曼.翻转课堂教学模式在小学科学概念教学中的应用：以苏教版小学科学《简单电路》一课为例［J］.中小学电教，2019（10）.

［2］金毅.关注学生认知发展 重视教学关联与差异：以小学初中“物体沉与浮”科学概念为例［J］.湖南中学物理，2019，34（5）.

［3］韩智伟.小学科学概念的探究［J］.课程教育研究，2019（16）.

［4］王晨光.新课标下小学科学课程的概念建构及其教学价值［J］.教育与教学研究，2019，33（1）.

［5］李玉嫦.浅谈小学科学课堂中建构科学概念的策略［J］.课程教育研究，2019（1）.

［6］沈亚萍.小学科学“概念建构”课型实施策略［J］.实验教学与仪器，2018，35（12）.

（1.浙江省杭州市富阳区教育发展研究中心 2.浙江省杭州市富阳区东吴小学）