小學(xué)科學(xué)“透明物質(zhì)”可視化策略

黃碧燕

摘要：在科學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生對“透明物質(zhì)”及其相關(guān)變化常常難以理解、難以記憶。在教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)不同的“透明物質(zhì)”各自的特點(diǎn)，利用相關(guān)教具將其可視化，使小學(xué)生對“透明物質(zhì)”可以更加容易地感知、理解和記憶，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，同時(shí)發(fā)展他們的觀察能力和想象能力。

關(guān)鍵詞：小學(xué)科學(xué);透明物質(zhì);可視化;教具;策略

2016年9月，教育部于北京師范大學(xué)舉行了中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果發(fā)布會(huì)，確定了六大核心素養(yǎng)的內(nèi)容，其中的科學(xué)精神和實(shí)踐創(chuàng)新充分體現(xiàn)了科學(xué)類學(xué)科的重要性。深圳于2014年提出了具有深圳特色的八大素養(yǎng)，其中的“學(xué)習(xí)素養(yǎng)”“創(chuàng)新素養(yǎng)”和“信息素養(yǎng)”，則體現(xiàn)了深圳對科學(xué)信息類課程的重視。本文以《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）為指導(dǎo)，立足課堂，重視探究和實(shí)踐，致力于提升小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

一、問題的提出

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中，我們不難發(fā)現(xiàn)，小學(xué)生對肉眼不可見的“透明物質(zhì)”及其相關(guān)變化（如引力的作用、聲音的傳播、熱傳遞等）的學(xué)習(xí)總是處于難以理解或短暫性理解但不容易識記的狀態(tài)。因此，小學(xué)生對“透明物質(zhì)”的認(rèn)識和概念建立，常常是教學(xué)過程中的難點(diǎn)。如何將“透明物質(zhì)”可視化，達(dá)到簡化小學(xué)生知識構(gòu)建過程的目的，是值得小學(xué)科學(xué)教師研究的重要課題。

二、原因分析

小學(xué)生的邏輯思維能力尚未形成，空間想象能力不足，構(gòu)建思維能力有限，對物質(zhì)的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)較少，他們對肉眼看不見、伸手摸不著的“透明物質(zhì)”難以理解，對其趨勢變化更是無從想象、難以預(yù)測，學(xué)習(xí)效果可想而知。

三、解決思路

課標(biāo)明確指出，小學(xué)科學(xué)是一門綜合性和實(shí)踐性的學(xué)科，除了理論學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)探究也是教學(xué)中非常重要的環(huán)節(jié)，理論給實(shí)驗(yàn)以指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)給理論以演示和驗(yàn)證，二者相輔相成。這就要求我們在語言講授之外，還要輔助以相關(guān)的探究活動(dòng)，在此過程中，教具必不可少。同時(shí)，心理學(xué)認(rèn)為，人的感知覺是人類認(rèn)識世界的基本方式。在以形象思維為主要思維方式的小學(xué)生中，若能借助多種感知覺方式，先把對具體事物的認(rèn)知轉(zhuǎn)化成與具體事物相關(guān)的感性認(rèn)識，再把感性認(rèn)識轉(zhuǎn)化為抽象、概括的理性認(rèn)識，無疑可以提高小學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

在“透明物質(zhì)”的教學(xué)中，教師如果能配合合適的教具演示或?qū)嵺`操作，將“透明物質(zhì)”可視化，很多看不見、摸不著的概念便可具體化、直觀化、形象化，使小學(xué)生可以更加容易地有所感知、理解和記憶，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，同時(shí)增強(qiáng)他們的觀察能力和想象能力。

四、“透明物質(zhì)”可視化的策略

根據(jù)不同的“透明物質(zhì)”各自的特點(diǎn)，本文進(jìn)行了相關(guān)教具的制作及應(yīng)用，總結(jié)出以下“透明物質(zhì)”可視化的策略。

（一）電子虛擬可視化

隨著信息科技的日益發(fā)展，信息技術(shù)手段在教學(xué)中的運(yùn)用逐漸廣泛，除了常見的照片、視頻外，還可利用幾何畫板、3D One等模型制作軟件，可將“透明物質(zhì)”相關(guān)的動(dòng)態(tài)演變過程通過虛擬模型的方式呈現(xiàn)，有條件的還可使用AR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬相關(guān)環(huán)境。當(dāng)小學(xué)生置身于虛擬環(huán)境中，多維的畫面感將強(qiáng)烈刺激其視覺感官。通過打開視覺通道讓小學(xué)生對“透明物質(zhì)”的存在產(chǎn)生更真實(shí)的體驗(yàn)，從而簡化及強(qiáng)化他們對知識的理解，并建立相關(guān)概念。例如，空氣流動(dòng)實(shí)驗(yàn)、自然界中的水循環(huán)等過程，如能通過AR技術(shù)，用簡短又真實(shí)的畫面展現(xiàn)空氣的流動(dòng)形成風(fēng)和自然界中水的三態(tài)變化，就能讓小學(xué)生清晰明確地理解相關(guān)知識點(diǎn)，建立正確的知識表征，并且留下深刻記憶。

（二）模擬曲線可視化

引力、磁力等力的相互作用，曾經(jīng)一直困擾著科學(xué)家們百思不得其解?？此茮]有接觸，卻真實(shí)地在發(fā)生作用，是什么使其產(chǎn)生力的作用？直到科學(xué)家們將這透明的物質(zhì)定義為場。在“場”的定義出現(xiàn)后，許多問題也迎刃而解。在教學(xué)中，場的曲線變化除了可利用電子虛擬圖像直觀呈現(xiàn)之外，如何利用實(shí)物教具體現(xiàn)也是值得探究的。以引力為例，在科普中國的網(wǎng)站上，我們看到采用物體在海綿上放置時(shí)產(chǎn)生凹陷模擬引力波的例子。然而在課堂探究中，模擬星體運(yùn)動(dòng)所需要的巨大海綿是我們難以獲取的。為了能形成空間變化，同時(shí)承受“星體”運(yùn)動(dòng)，我們可以利用水平懸空的布料來模擬初始狀態(tài)的“場”?？紤]到場的恢復(fù)，教師在制作教具時(shí)可采用彈性較好的萊卡等彈性布料來代替海綿。在受到物體質(zhì)量的影響后，初始狀態(tài)的平面布料將產(chǎn)生凹陷，形成相應(yīng)的空間變化。物體質(zhì)量越大，凹陷的程度越大，表示其產(chǎn)生的引力也越大。當(dāng)靜止的物體進(jìn)入后，它們會(huì)隨著曲面變化相互靠近，即可模擬引力間的相互作用;當(dāng)具有初速度且質(zhì)量較小的物體進(jìn)入后，根據(jù)初始運(yùn)動(dòng)方向和速度大小的不同，物體可能會(huì)呈現(xiàn)曲線環(huán)繞或逃離區(qū)域的情況，即小天體被中心天體吸引后繞中心天體公轉(zhuǎn)或飛出此區(qū)域。再如磁體的磁場線，教學(xué)中可用大小合適的透明方盒裝入適量的碎鐵屑，利用方盒將碎鐵屑與磁體相隔，兩者貼近后把方盒稍作震動(dòng)，碎鐵屑便可展現(xiàn)磁體磁場線的大致分布情況，磁場線越密集的地方，說明磁力越大，越稀疏的地方，則說明磁力越小。

（三）顏色漸變可視化

心理學(xué)研究表明，不同的顏色給人的感官刺激不同，變化中的顏色更能引起人的注意。在生活實(shí)踐中，我們也發(fā)現(xiàn)小學(xué)生對會(huì)變色的事物往往具有更大的興趣。利用這一點(diǎn)，我們可以通過教具將“透明物質(zhì)”的變化轉(zhuǎn)化為可見顏色的變化。例如熱的概念建立，我們可以通過熱傳感器將物體具備的熱量通過不同的顏色投射出來，直觀呈現(xiàn)。再如《熱是怎樣傳遞的》一課中，教材中采用涂有蠟的金屬圓片，當(dāng)固體蠟受熱逐漸熔化，則可體現(xiàn)熱的傳遞。但由于蠟的顏色較淺，為了讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能更加容易引起小學(xué)生的注意，我們可采用變溫油墨替換原來的蠟，改進(jìn)相關(guān)教具。利用變溫油墨受熱變色的特點(diǎn)，熱傳遞的過程更容易給小學(xué)生留下深刻的印象。另外，生活中的變色杯，也是常見的、易得的因熱傳遞產(chǎn)生變色現(xiàn)象的例子。

（四）運(yùn)動(dòng)軌跡可視化

利用運(yùn)動(dòng)的物體展現(xiàn)“透明物質(zhì)”的動(dòng)態(tài)變化，也不失為吸引學(xué)生注意的好辦法。聲音是與生活息息相關(guān)的“透明物質(zhì)”之一，它可通過固體、液體、氣體等物質(zhì)的震動(dòng)傳播到我們的鼓膜上，而后傳導(dǎo)到我們的大腦中。例如《聲音是怎樣傳播的》一課中，如何呈現(xiàn)鼓膜產(chǎn)生的震動(dòng)呢？我們可以把具有彈性的薄膜套在中空圓柱體上（無上下底面），并在薄膜中央粘貼一小片反光片，疊加光反射原理，制成聲音反光鏡。當(dāng)在薄膜旁邊產(chǎn)生聲源，通過激光和反光片將聲源的震動(dòng)反射到屏幕或墻上，我們就可以看到相應(yīng)的震動(dòng)軌跡，并且我們還可以發(fā)現(xiàn)：不同的聲音所產(chǎn)生的震動(dòng)軌跡是不同的。在這樣的教具演示和操作下，小學(xué)生對聲音的震動(dòng)無疑會(huì)產(chǎn)生新的認(rèn)識和深深的興趣。

五、結(jié)語

簡而言之，教師可在遵循小學(xué)生思維發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同“透明物質(zhì)”及其相關(guān)變化各自的特點(diǎn)，在教學(xué)實(shí)踐中采用不同的可視化策略，通過相應(yīng)的教具演示或操作將其可視化，從而刺激小學(xué)生的視覺通道，讓小學(xué)生對“透明物質(zhì)”建立多感官連接，簡化及強(qiáng)化他們對知識的感知、理解和記憶，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。

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（責(zé)任編輯：奚春皓）