在大概念背景下設(shè)計《空氣占據(jù)空間嗎》教學(xué)

閆素利

〔摘? ? 要〕? 在大概念背景下進行小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計，是落實小學(xué)科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。本文以湘教版科學(xué)三年級上冊《空氣占據(jù)空間嗎》一課為例，闡述了如何在大概念背景下進行“教學(xué)評”一體化教學(xué)設(shè)計，包括核心概念的確定、教學(xué)活動流程以及教學(xué)評價的設(shè)計分析，利用實驗記錄單外化思維，從而促進學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；教學(xué)設(shè)計；大概念

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 15-0031-03

本文從2022年版課程標準目標中的培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)（包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任等方面）入手，基于對課程標準中的核心概念、學(xué)習(xí)內(nèi)容、內(nèi)容要求和課時內(nèi)容對應(yīng)關(guān)系的理解，進行《空氣占據(jù)空間嗎》一課的“教學(xué)評”一體化教學(xué)設(shè)計。

一、概念引領(lǐng)，解讀目標

（一）解讀課程標準

本課是在“空氣是重要的物質(zhì)”這一大概念背景下展開的。這一大概念又分為三個核心概念：空氣占據(jù)空間、空氣有質(zhì)量、空氣流動形成風(fēng)。本課的核心概念是：空氣占據(jù)空間。教師要在引導(dǎo)學(xué)生掌握核心概念的過程中，培養(yǎng)其核心素養(yǎng)。

（二）分析教材內(nèi)容

1.單元主題內(nèi)容分析

本單元以三個問題設(shè)置“空氣占據(jù)空間嗎”“空氣有質(zhì)量嗎”“空氣怎樣流動”三課，聚焦問題，以觀察、實驗為主要方式，引導(dǎo)學(xué)生運用工具，觀察發(fā)現(xiàn)空氣占據(jù)空間和具有質(zhì)量等特征，觀察空氣怎樣流動，類比推斷風(fēng)是怎樣形成的。

2.課時內(nèi)容分析

教材按“已有經(jīng)驗—觀察認識水和石頭占據(jù)空間—實驗探索空氣占據(jù)空間—拓展應(yīng)用”的認知順序，布設(shè)本課。先以石頭、水為觀察對象，設(shè)計導(dǎo)入活動，幫助學(xué)生認識水和石頭占據(jù)空間，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生“空氣也可能占據(jù)空間”的聯(lián)想。然后安排“灌水入瓶”的活動，引發(fā)思維沖突后，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)解決問題的方法。通過分析，幫助學(xué)生意識到空氣也占據(jù)空間。最后安排一個拓展活動“‘聽話的乒乓球”，要求學(xué)生對已獲得的認知進行遷移運用，用更多的證據(jù)說明空氣占據(jù)空間，也為第3課分析空氣怎樣流動打下認知基礎(chǔ)。

（三）把握學(xué)生情況

在一年級下冊“空氣”單元中，學(xué)生圍繞空氣，通過感知、觀察、比較等活動，對空氣無色、透明、可流動、無固定形狀等基本性質(zhì)有了初步的認識，知道可以利用工具觀察某些物體特征的科學(xué)研究方法。同時三年級學(xué)生對周圍世界具有強烈的好奇心和求知欲，教師要充分利用學(xué)生的好奇心來進行探究實踐。

基于以上分析和綜合把握，我們把本課的課時目標確定為以下方面。

科學(xué)觀念：空氣占據(jù)一定的空間。

科學(xué)思維：培養(yǎng)學(xué)生類比推理的思維，經(jīng)歷思維沖突—發(fā)現(xiàn)問題—提出猜想—驗證猜想—解決問題的思維過程。

探究實踐：在提出問題之后，進行假設(shè)，設(shè)計實驗進行驗證，并能根據(jù)實驗現(xiàn)象得出實驗結(jié)論。經(jīng)歷實驗探究的一般過程和方法，并且在實驗過程中提高學(xué)生的動手操作能力，在實踐過程中獲得新知。

態(tài)度責(zé)任：培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題的能力；嘗試運用不同思路和方法完成探究和實踐。

二、素養(yǎng)導(dǎo)向，實施目標

（一）創(chuàng)設(shè)情境，提出核心問題

教師魔術(shù)表演：在杯子底部放入紙團，倒扣在水槽中，倒扣的杯子完全浸在液面以下，紙團沒有濕。為什么呢？通過今天的學(xué)習(xí)，希望你們可以找到答案。

展示烏鴉喝水的故事，提出問題：為什么烏鴉可以喝到水？大部分學(xué)生回答：因為烏鴉把石子加入水中，所以水面上升了。

預(yù)習(xí)過第一課的學(xué)生會回答：因為石子占據(jù)了空間，所以水面上升了。

講解“空間”“占據(jù)空間”的概念。用粉筆占據(jù)粉筆盒的空間、學(xué)生占據(jù)教室的空間等具體形象的例子，幫助學(xué)生建構(gòu)“占據(jù)空間”這一科學(xué)概念。

提出問題：石頭和水都占據(jù)空間，那空氣占據(jù)空間嗎？

大部分學(xué)生認為，空氣不占據(jù)空間。原因有三個：人可以在有空氣的地方自由移動；空氣是看不見摸不著的；空氣沒有固定的形狀，空氣是流動的，所以不占據(jù)空間。

這些學(xué)生能結(jié)合自己一年級學(xué)過的關(guān)于空氣的知識，利用頭腦中已有的生活經(jīng)驗，進行解釋和尋找證據(jù)，說明學(xué)生已具有初步的證據(jù)推理意識。

【設(shè)計意圖】由魔術(shù)表演引入今天的問題：空氣占據(jù)空間嗎？激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）活動推進，自主探究

活動一：灌水入瓶

既然大部分學(xué)生認為空氣不占據(jù)空間，那我們就提出假設(shè)：空氣不占據(jù)空間。請學(xué)生根據(jù)實驗記錄單的提示，分組進行實驗驗證，并完成實驗記錄單的填寫。

教師提供錐形瓶、漏斗、打好孔的橡膠塞，學(xué)生分組進行實驗。

學(xué)生在實驗過程中，有的小組慢慢地向漏斗中倒入水，可以倒入一部分水，有的小組快速地倒入水，幾乎沒有水進入錐形瓶中。學(xué)生驚呆了，直呼“不可想象”。

引發(fā)認知沖突，教師提問：為什么水灌不進去？是什么占據(jù)了錐形瓶內(nèi)的空間？我們的假設(shè)是否成立？假設(shè)不成立，所以真正的實驗結(jié)論是什么？從而幫助學(xué)生建構(gòu)“空氣占據(jù)空間”這一科學(xué)概念。

【設(shè)計意圖】教師提供——實驗記錄單，學(xué)生根據(jù)實驗記錄單，進行實驗驗證。這里體現(xiàn)了教師的“幫”，讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題—提出假設(shè)—設(shè)計實驗—否定假設(shè)的思維過程，培養(yǎng)科學(xué)思維。

深度探究：用什么方法可以讓空氣跑出來？這時看到了什么現(xiàn)象？

結(jié)合實驗記錄單，分組討論，設(shè)計實驗方案，進行實驗，分析，得出結(jié)論。

有的小組采用的方法是，把橡膠塞松一松，讓空氣出來；有的小組是在橡皮塞上扎一個小孔，讓空氣出來。

教師提出新的問題，如何證明空氣出來了？有學(xué)生回答：水進去了，就可以證明空氣出來了。教師繼續(xù)追問：那如何設(shè)計實驗，用看得見的現(xiàn)象證明空氣出來了呢？這里教師提供引導(dǎo)：我們向水中吹氣會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生回答：出現(xiàn)氣泡。學(xué)生想到可以通過氣泡來證明空氣被擠出來了。這時有小組進一步設(shè)計實驗，將導(dǎo)管插入水中就可以看到氣泡，證明空氣被水?dāng)D出來了。

教師的過渡問題具有思維啟發(fā)性，能激活學(xué)生的思維，有利于科學(xué)概念的建構(gòu)。通過過渡問題的導(dǎo)引，學(xué)生不僅設(shè)計出將導(dǎo)管插入水中的實驗，還理解了導(dǎo)管中有氣泡產(chǎn)生的原因，從而強化了“空氣占據(jù)空間”這一科學(xué)觀念。通過教師的有效追問，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，體現(xiàn)教師的“扶”。

【設(shè)計意圖】運用所學(xué)知識解釋實際現(xiàn)象。符合2022年版新課程標準總目標中的要求：掌握與認知水平相適應(yīng)的科學(xué)知識，初步形成基本的科學(xué)觀念，并能用于解釋有關(guān)的自然現(xiàn)象、解決簡單的實際問題。

活動二：設(shè)計更多的實驗方案來驗證空氣占據(jù)空間

請學(xué)生尋找更多的證據(jù)來證明“空氣占據(jù)空間”這一核心命題，并完成實驗記錄單。

教師引導(dǎo)：如果我們把空氣吹進去，有看得見的物體出來，是不是也可以證明空氣占據(jù)空間呢？這里給大家提供礦泉水瓶、橡皮泥、若干吸管等材料。學(xué)生分組討論，有的小組想到用兩根或者多根吸管插入礦泉水瓶，進氣管在液面以上，出氣管在液面以下，用橡皮泥封口，從進氣管向礦泉水瓶中吹氣。

學(xué)生在實驗的過程中，既興奮又奇怪：為什么向瓶中吹氣，水就可以出來了？結(jié)合剛剛空氣占據(jù)空間的結(jié)論，學(xué)生忽而又恍然大悟：是因為空氣占據(jù)了礦泉水瓶內(nèi)的空間，把水?dāng)D壓出去了。

生活應(yīng)用：有的學(xué)生說，我有一個非常簡便的方法，可以證明空氣占據(jù)空間。我吹氣球的時候，吹到一定程度，就吹不進去了。這位學(xué)生聯(lián)系自己的生活經(jīng)驗，給出了很簡單的方法。

受這位學(xué)生的啟發(fā)，學(xué)生紛紛想到許多生活中的其他證據(jù)：充氣堡、自行車車胎打氣、籃球足球很難壓癟、氣墊船。

深度學(xué)習(xí)：向?qū)W生展示專業(yè)的集氣瓶裝置，播放用排水法收集氣體的視頻，拓寬學(xué)生視野。

【設(shè)計意圖】通過前兩次的活動，學(xué)生已經(jīng)具備空氣占據(jù)空間的科學(xué)觀念，并具有初步的實驗設(shè)計能力。這里體現(xiàn)教師放手，讓學(xué)生去設(shè)計實驗。學(xué)生根據(jù)自己已有的知識經(jīng)驗設(shè)計實驗，發(fā)散思維，發(fā)展創(chuàng)造性思維，提升核心素養(yǎng)。

（三）延伸拓展，促進高階思維發(fā)展

活動三：“聽話”的乒乓球

教師提供實驗器材：水槽、去底但瓶蓋擰緊的飲料瓶、乒乓球。

提出問題：不動乒乓球，誰可以讓它隨意出入水中呢？

小組討論，設(shè)計實驗，完成實驗記錄單。

實驗驗證：乒乓球被壓入水底。

如何讓乒乓球回到水面？學(xué)生想到了各種各樣的方案：打開瓶蓋；在瓶蓋上打個洞；傾斜瓶身，讓空氣跑出去。

【設(shè)計意圖】高階思維以一條無形的主線貫穿于科學(xué)核心素養(yǎng)之中，學(xué)生必須通過科學(xué)學(xué)習(xí)、經(jīng)歷高階認知過程，才能形成社會認可的科學(xué)核心素養(yǎng)。高階認知是在探究活動中培養(yǎng)和發(fā)展的，既可以安排在學(xué)生建立科學(xué)概念的過程中，也可以安排在學(xué)生建立科學(xué)概念之后。本高階認知活動安排在建立科學(xué)概念之后，本活動是應(yīng)用核心概念“空氣占據(jù)空間”，提升學(xué)生對知識的應(yīng)用能力。這樣的拓展應(yīng)用活動能使探究活動層層推進，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、問題解決能力、高階思維能力。

（四）利用實驗記錄單，外化思維

實驗記錄單是實驗探究的腳手架。實驗記錄單既有實驗記錄表格，又有適當(dāng)?shù)膯栴}加以輔助，可以幫助學(xué)生自主獲得實驗結(jié)論。利用實驗記錄單，經(jīng)過適當(dāng)?shù)膯栴}輔助，學(xué)生可提出問題，做出假設(shè)，實驗驗證，觀察實驗現(xiàn)象，分析實驗，得出結(jié)論，體驗科學(xué)探究的過程，外化思維過程，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體、自主學(xué)習(xí)的思想，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)意義的建構(gòu)。

三、評價支持，檢測目標

2022年版課程標準指出，以評價促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，要從科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任等方面全面評價學(xué)生，以促進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。在課堂評價中，要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評價，又要通過觀察學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中的表現(xiàn)，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，評價教學(xué)的成效，并以此為依據(jù)調(diào)整教學(xué)目標、內(nèi)容和方法，提高教學(xué)活動的有效性。

本課的設(shè)計，經(jīng)歷了從核心概念的確立到實施，再到目標完成的反思評價的過程。在這一過程中，教師依據(jù)核心概念，把課程目標細化為課時目標，以學(xué)生探究活動為主體，通過過渡問題的引領(lǐng)，建構(gòu)科學(xué)概念。在建構(gòu)科學(xué)概念的過程中，通過教師的問題引領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。教學(xué)過程以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，通過教師的幫、扶、放，學(xué)生由依靠教師設(shè)計實驗到最后自主設(shè)計實驗驗證空氣占據(jù)空間，并能自主地通過生活中的現(xiàn)象尋找證據(jù)，培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維，提高了學(xué)生的證據(jù)推理能力和探究實踐能力。學(xué)生在實驗探究的過程中，經(jīng)歷了提出假設(shè)—設(shè)計實驗—實驗驗證—否定假設(shè)得出結(jié)論的思維過程，培養(yǎng)了科學(xué)思維。在探究過程中，過程性評價與學(xué)生學(xué)習(xí)活動交融在一起，真正使“教學(xué)評”一體化教學(xué)設(shè)計形成閉環(huán)，為學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展提供支持。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標準[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]周燕.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下大概念引領(lǐng)的小學(xué)科學(xué)教學(xué)設(shè)計探索：以青島版科學(xué)教材六年級上冊《登上月球》為例[J].教育縱橫，2022（7）：33-35