引导学生在《发现变化中的新物质》课堂上进行长时探究

孔洪剑

〔摘    要〕  学生的思维能力需要在真实的探究中发展，需要在深入的研讨辨析中提升。本文以《发现变化中的新物质》为例，提出以下策略，取得了良好的效果：借情境确定探究主题，引导科学猜想；从实践积累直观经验，搜集充足证据；深化研讨论证解释现象，促进学生思维发展。

〔关键词〕  小学科学；长时探究；实证意识

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  14-0025-03

科学课程旨在培养学生的核心素养，需要学生掌握基本的科学方法，形成科学探究的意识，具有初步的科学探究能力，故而课程标準建议，以探究实践作为主要方式开展教学活动。然而现实的科学课堂还是充斥着各种“虚假”探究，学生探索环节往往是一个个被拆分的小活动，在教师“手把手”的指导下，学生被指挥着完成一个个的小实验，看似热热闹闹，实则学生无甚生成。那么如何才能让学生经历有效探究呢？本文以《发现变化中的新物质》一课为例，总结了让学生长时间收集证据，基于实证意识展开深入研讨，在质疑与辨析中促进学生思维发展的教学策略。

一、借情境确定探究主题，引导科学猜想

以学生为主体，从学生学的角度出发进行教学设计，要求教师不再以领导者的姿态带着学生走，一味只关注自己的教，而是要结合学生的已有经验，通过创设情境和问题推动学生自发地前行。

教学片段1：

出示糖画图片。

师：吃过这个吗？知道它叫什么吗？

生：糖画。

师：糖画是一种传统的民间手工艺，它的原料就是日常生活中常见的白砂糖。

出示糖画制作的一般流程：选糖—熬糖—设计图形—绘制糖画。

师：决定糖画好吃与否的关键步骤是什么？为什么？

生：熬糖。因为在家里东西烧过头会焦。

师：他的生活经验让他有了这个合理的猜想。其实在加热白糖的过程中，白糖会发生很多变化，产生很多不同于白糖的新物质。你想化身“糖画小师傅”，去发现到底产生了什么新物质吗？（揭题《发现变化中的新物质》）

本课属于教科版六年级下册“物质与变化”单元，该单元指向“物质的变化与化学反应”这一学科核心概念，涉及“物质与能量”“稳定与变化”两个跨学科概念。旨在通过指导学生探究生活中常见的化学变化，设计方案，观察变化过程，发现生成新物质，初步认识化学变化。物质的化学变化产生了什么新物质？怎样判断产生了新物质？这不是天马行空的任意猜想，而是需要学生学会寻找足够的证据作为支撑，去合理地进行科学猜测。

用蜡烛加热白糖的实验是为了引导学生观察白砂糖在加热过程中状态、颜色、气味等特征的变化，从而认识到白砂糖在加热过程中产生了新物质，发生了化学变化，同时也发生了物理变化，因此本节课的观察重点应放在“白糖”上。

故而在聚焦环节，教师以“糖画制作”这一真实生活物品作为导入，从学生生活经验出发创设“糖画小师傅”这一角色，让学生在后续的探究中，更有自我代入感，更好地聚焦核心问题，确定并引导学生猜想：“决定糖画好吃与否的关键步骤是什么？为什么？”教师再适时加以延伸，突出本质原因是因为产生了其他不同于白糖的新物质，从而确定探究主题：发现变化中产生的新物质。

二、从实践积累直观经验，搜集充足证据

“长时探究”是指在小学科学课堂上，学生经历一个自主的、较长时间的、连续不中断的观察实验活动。通过长时间的科学探究，让学生自主经历“制订计划—搜集证据—处理信息—得出结论”的基本过程，在观察过程中积累直观经验，开展有效探究。

（一）精准实验提示，确保实验顺利

由于部分学生生活经验不足，思维能力不够全面，往往会对探究活动的进程缺乏全局观，对探究活动的细节思考不够周全。这会使后期的实验探究出现偏差，导致实验结果不能达到预期效果，部分危险实验甚至可能出现安全事故。故而在实验探究开始前，教师要开展必要的实验指导。

教学片段2：

出示实验材料。

师：你如何使用这些材料进行实验，发现新物质的产生？

生1：用勺子取一些白糖装在玻璃皿中，用火柴点燃蜡烛，对它进行加热。

师：他选择玻璃皿作为加热容器，有更好的选择吗？

生2：我觉得可以在勺子中直接加热，这样不容易被烫到。

师：表扬！考虑了实验的安全性。确实如此，用勺子作为加热容器更合适，玻璃皿一般用来盛装加热过的物品，如点燃后的火柴等。

师：还有什么要注意的吗？

生：把蜡烛放在蜡托里，防止蜡液流淌；要戴上橡胶手套，可以防烫……

教师展示全部实验器材，通过材料提示法让学生全面考虑实验步骤，脑中初步制订个人实验计划，经过讨论完善，再借助教师演示视频进行如“手握勺柄最外端”“勺子平放”“外焰加热”等细节动作的示范。最后以图片方式呈现实验中的关键动作，多方式地让学生掌握实验的操作细节，确保实验安全顺利进行。

（二）给足实验时间，保障观察到位

当代杰出的儿童心理学家皮亚杰认为，儿童是主动的学习者，真正的学习并不是由教师传授给儿童的，而是出自儿童本身。所以在讲究“激发学习动机”的科学课堂上，应让学生自发主动地学习，最好让学生自己寻找到自己的问题答案。

白糖加热的过程中究竟产生了哪些新物质？通过教师提出的第二个核心问题：“要想知道一种物质发生了什么变化，可以借助哪些观察方法？”意在让学生明白要通过多感官、全方位观察，同时也让学生明确观察的重点在于白糖的状态、颜色、气味等。

课中通过活动整合，将原本教材中的“蜡烛燃烧产生新物质”和“加热白砂糖产生新物质”两个探究活动整合为一个“熬糖”的大活动，将学生的探究时间延长到足足15分钟。让学生经历一个连续不中断的探究实验，有充足的时间将白糖加热至最后的“黑色物质”阶段，直到不再发生任何变化，并在此过程中进行细致且明显的观察，并详细记录观察所得到的结果。以亲历亲见的长时探究为后期研讨积累充足准确的直观经验。

（三）改进实验记录，保证证据留存

实验记录是观察探究的证据呈现，也是后期研讨交流的重要依据，更是实现科学共识的重要途径。一份以学生为中心的记录单设计应该简洁完整，具有导向性，让学生能通过实验记录单一目了然地知道观察的重点是什么。

本课中，教师以超过一半的篇幅去呈现白糖的观察记录，让学生明确包括加热前、过一会儿等在内的四个重点观察时间点，知道除了观察状态、颜色、气味外，还可以有其他的观察，留给学生更多的探索空间，更独创性地设计了“按顺序涂抹加热过程中不同阶段白糖变化的新样态”。通过这一留痕记录变原本连续动态实验为静态对比观察实验，让证据不再停留于文字，将实际加热的状态留存于记录单，使证据可视化，能在之后的交流阶段作为更充分的实验证据去直接质疑或肯定观察结果。在培养学生实证意识的同时，暗含对观察、记录方法的指导。

本课中由于进行了活动整合，故而学生会更多地关注白糖的变化，其实蜡烛、火柴等物质的变化亦需要学生去发现。如此才能通过不完全归纳，总结出一些物质在变化过程中，既会发生化学变化又会发生物理变化。为了不让学生放弃对其他物质的观察，又确保长时探究的不间断进行，教师采用留白记录单的设置，以留白去指导学生关注白糖以外的物质，从而让学生自主地去关注、去寻找更多物质变化的证据。教学发现，学生不仅能关注到蜡烛的熔化，还能发现蜡托底部的蜡液凝固、火柴梗的变黑、勺子底部锡纸的变黑等。而这些现象中很多都将成为新物质产生的证据。

化学变化中新物质的确定对于学生来说是困难的。笔者在初次教学过程中发现，记录表格中“产生的新物质”一栏，填写的小组寥寥无几，更多的是研讨之后的补充记录，而这样的记录便失去它原本的意义。科学记录应该是对实验探究过程和效果的呈现，更是实验探究过程中思维可视化的载体，留下现象证据的同时，更该留下学生思维活动中的证据痕迹。

所以在设计记录单时，笔者变“产生的新物质”为“你的猜想或疑惑”，让学生去思考变化中产生不同现象的原因，去疑惑究竟是由什么新物质的产生引起的。课堂实践发现，这样的引导式记录更能留下学生的思考，学生普遍会思考为什么会产生有颜色的物质、为什么会有不同的气味产生等问题，从而指向对大概念——化学变化产生新物质的思考。

三、靠研讨论证解釋现象，促进思维发展

PISA2024科学素养测评框架中对能力有具体的指向和界定：科学地解释现象；评价和设计科学探究；科学地解释数据和证据。如何科学地解释实验过程中的现象和证据呢？实验探究之后的交流研讨就显得非常重要了。研讨内容是否有的放矢，研讨程度是否鞭擗向里，都将直接决定学习内容的习得、科学概念的建构，更是影响学生思维深度发展的关键环节。

然而，在现实教学中，交流研讨有时往往形式重于内容，常因为时间原因，以师生一问一答方式进行。有些教师甚至暗示性地提问：“白糖加热后的新物质还是白糖吗？”在“还是”两个字上加重并延长声音，导致学生填空式地“投其所好”，说出“白糖加热产生了新物质”这一流于表面的实验结论。而这样走过场式的研讨，参与的学生极少，更多的学生则是一无所得。因此教师应该让学生在充裕的时间和空间内交流，在交流中学会对具体问题进行分析，加深对科学本质的理解。以《发现变化中的新物质》研讨部分教学为例，如下图：

汇报交流让学生将观察到的现象转化为证据，通过生生交流的形式初步培养他们自主分析实验现象、得出实验结论的能力。在彼此质疑中规范表达的科学性，促进学习的主动性。通过彼此间的疑惑解答，加强实证的意识。在研讨过程中，学生是绝对的主体，而教师则退居一旁做引导者，“证据呢？”“你的依据是什么？”“谁有办法？”更多的是补充的配角。借助“希沃授课助手”同步投屏，展示课堂上学生实验的一些实证照片以及百度百科资料补充和倒扣烧杯、溶解实验等实验验证，去激发学生的自信表达、活跃学生的科学思维，让学生的思维在相互交流中动态生成，将探究的现象和结果进行思维的加工，让他们找出自己的问题答案的同时，建构新的科学观念并将新的认知表达出来，从而落实学生科学思维和表达能力的培养。

科学探究就是寻找证据解决问题的过程，指向大概念的长时探究教学模式，给予学生充足的观察时间，为学生搜集准确有效、客观全面的证据提供了可能。让学生在搜证环节有条不紊，在研讨环节由表及里，依靠有效的探究、探讨建构科学概念，提升科学思维，真正成为科学学习的主人。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]邵锋星.长时探究：涵义、价值与实施策略[J].科学课，2011（5）：44-46