通過(guò)《火山噴發(fā)的成因及作用》教學(xué)增強(qiáng)學(xué)生建模能力

廖玉萍

〔摘? ? 要〕? 如何積極有效地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)？我們要充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，利用信息技術(shù)中的聲音、圖片、視頻等功能，把抽象的科學(xué)知識(shí)具體化、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程明了化、短暫的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象深刻化，激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；信息技術(shù)；探究；深度學(xué)習(xí)；科學(xué)素養(yǎng)

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 02? ? 038-039

縱觀小學(xué)科學(xué)新教材，有很多以模型建構(gòu)為主的課。尤其在小學(xué)科學(xué)“地球與宇宙”領(lǐng)域，建構(gòu)模型是最為有效的探究方法之一。如何通過(guò)這樣的課型培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)思維能力，是科學(xué)教師必須解決的重要教學(xué)問(wèn)題。然而，筆者發(fā)現(xiàn)，目前的模型建構(gòu)課普遍存在著各種各樣的問(wèn)題，如學(xué)生操作困難、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯、呈現(xiàn)方法不恰當(dāng)、分析和論證不夠全面深入等。這些問(wèn)題使課堂教學(xué)效果難以保障。為了提升教學(xué)效果，本文以《火山噴發(fā)的成因及作用》一課為例，將模型作為探索的重要工具和手段，以期增強(qiáng)學(xué)生的建模能力，促進(jìn)科學(xué)思維能力的發(fā)展。

一、剖析模型，明確問(wèn)題

本實(shí)驗(yàn)來(lái)源于教科版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)“地球表面的變化”單元《火山噴發(fā)的成因及作用》一課，是本單元的重難點(diǎn)所在。五年級(jí)的學(xué)生雖說(shuō)對(duì)火山噴發(fā)的自然現(xiàn)象不陌生，但更多停留在文字、圖片以及視頻等感性認(rèn)識(shí)的水平上，對(duì)其發(fā)生原因及對(duì)地形地貌變化造成的影響了解不多。如何讓小學(xué)生直觀地、從根本上理解火山噴發(fā)的成因，模型的建構(gòu)就顯得尤為重要。

（一）實(shí)驗(yàn)原型分析

在教材中，使用番茄醬來(lái)模擬巖漿，利用土豆泥來(lái)模擬地殼中的巖層。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生需要在金屬罐內(nèi)用土豆泥堆成小山的形狀，然后在山的頂部向下挖一個(gè)小洞，將一定量稀釋過(guò)的番茄醬倒入小洞中，并用一層薄薄的土豆泥封住洞口。接著，將金屬罐放在鐵架臺(tái)上，用酒精燈加熱，觀察“火山”噴發(fā)現(xiàn)象。

（二）實(shí)驗(yàn)問(wèn)題分析

筆者根據(jù)教材進(jìn)行教學(xué)，發(fā)現(xiàn)不僅學(xué)生活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，而且實(shí)驗(yàn)成功率低，難以在一堂課中完成教學(xué)任務(wù)。分析學(xué)生的火山模型，發(fā)現(xiàn)主要存在以下問(wèn)題：（1）操作麻煩，耗時(shí)長(zhǎng)。土豆泥過(guò)干或過(guò)濕都不利于塑造山的形狀，致使學(xué)生在這一環(huán)節(jié)浪費(fèi)過(guò)多時(shí)間。（2）噴出成功率低。有些小組加熱二十幾分鐘也未噴發(fā)。若底部番茄醬加得太少不僅不容易噴發(fā)，還容易導(dǎo)致土豆泥燒焦。（3）觀察受限。材料不透明，學(xué)生只能等待火山噴發(fā)后，從土豆泥頂部觀察模型的變化。若番茄醬沒(méi)有成功噴出，除了看到洞口冒熱氣和洞口的土豆泥微微振動(dòng)，看不到其他明顯變化。學(xué)生能獲得的信息量有限。

二、優(yōu)化模型，現(xiàn)象可視

建構(gòu)模型需要將復(fù)雜的研究對(duì)象簡(jiǎn)化，以便進(jìn)行有針對(duì)性的探究和學(xué)習(xí)。模型的材料和可操作性都會(huì)直接影響到模擬實(shí)驗(yàn)的效果?；谠袑?shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題，筆者嘗試了不少材料，以期找到實(shí)驗(yàn)效果更明顯的材料替代。最后改進(jìn)材料的靈感來(lái)自真實(shí)的火山模型。改進(jìn)過(guò)程如表1。

如圖1所示，從左至右依次為：加茶漏的實(shí)驗(yàn)效果；改進(jìn)材料；改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)效果。

最終，筆者選用100毫升的燒杯作為容器，取直徑4厘米的漏斗，剪去頸部放于燒杯中。這兩個(gè)裝置可以輔助學(xué)生制作土豆泥小山，且給番茄醬預(yù)留出足夠的空間（大約加12～15毫升）。用針筒從漏斗口加番茄醬，不容易外溢。將鐵架臺(tái)換成三腳架和石棉網(wǎng)，同時(shí)把酒精燈的燈芯打一個(gè)小結(jié)稍微增高外焰，使加熱更充分

改進(jìn)后，不僅可以更加逼真地模擬出火山噴發(fā)的情景，而且操作起來(lái)更加簡(jiǎn)單、高效，大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。學(xué)生可以自己決定土豆泥的用量、堆積的厚度及形狀，建構(gòu)自己認(rèn)為合理的火山模型。大約加熱6分鐘左右，多數(shù)小組就能觀察到燒杯底部番茄醬涌動(dòng)、沿裂縫上升或從漏斗口噴發(fā)等現(xiàn)象。為后面的觀察研討環(huán)節(jié)留出更多的時(shí)間。

三、應(yīng)用模型，提升思維

建構(gòu)好模型后，更重要的是要“引導(dǎo)學(xué)生使用模型來(lái)獲得相關(guān)證據(jù)，以探究物質(zhì)的本質(zhì)及其變化之間的關(guān)系”。然而，學(xué)生的思維軌跡往往轉(zhuǎn)瞬即逝，我們應(yīng)提供一些支架，幫助學(xué)生多角度地觀察，科學(xué)地獲取證據(jù)以便進(jìn)行深入的推理和論證，從而提高學(xué)生的科學(xué)探究能力和信息處理能力。

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

視頻展示：大西洋中部一夜之間出現(xiàn)了一座小島，這座小島是怎么來(lái)的？請(qǐng)學(xué)生猜測(cè)并說(shuō)理由。

學(xué)生通過(guò)觀察視頻梳理真實(shí)火山噴發(fā)的現(xiàn)象。依據(jù)現(xiàn)象推測(cè)火山噴發(fā)的成因。

學(xué)生思考真實(shí)的火山結(jié)構(gòu)，提煉需要模擬的模型組成部分。

介紹實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生根據(jù)材料的特征分別與真實(shí)的火山結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)。

微課：實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。

借助希沃授課助手，現(xiàn)場(chǎng)投屏直播各組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

筆者按照這種方式進(jìn)行教學(xué)后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的成功率顯著提高。首先，由于改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀，不管他們的火山模型最終是否成功噴發(fā)，學(xué)生都容易搜集到相應(yīng)的證據(jù)進(jìn)行分析交流。其次，在微課的輔助指導(dǎo)下，學(xué)生目標(biāo)明確，操作順利，合作有序。最后，借助希沃授課助手的投屏功能呈現(xiàn)模型成果，既能直觀展現(xiàn)不同小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，又能讓學(xué)生感到新奇、興奮，從而更加投入，為研討做好準(zhǔn)備。

（二）巧設(shè)問(wèn)題鏈

在通過(guò)探索獲得證據(jù)之后，學(xué)生要對(duì)證據(jù)進(jìn)行辯證分析，進(jìn)而對(duì)火山噴發(fā)成因進(jìn)行整理歸納，嘗試得出正確的結(jié)論。然而，大多數(shù)學(xué)生容易存在研討深入不夠、思維含量較低的情況。因此，在對(duì)火山噴發(fā)成因進(jìn)行推理時(shí)，應(yīng)當(dāng)善于追問(wèn)，通過(guò)設(shè)計(jì)有層次的“問(wèn)題鏈”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考，促進(jìn)信息的搜集和利用。

【教學(xué)片段】

提問(wèn)：你的記錄單體現(xiàn)了哪些發(fā)現(xiàn)？你觀察到模擬火山噴發(fā)時(shí)有哪些現(xiàn)象？與實(shí)際火山噴發(fā)相符嗎？

生1：一開(kāi)始沒(méi)變化，要加熱一段時(shí)間才能?chē)姲l(fā)。（師：這說(shuō)明了什么呢？）這說(shuō)明了要達(dá)到一定的溫度才能?chē)姲l(fā)。

生2：我發(fā)現(xiàn)噴發(fā)前會(huì)冒出大量熱氣，然后番茄醬冒泡從洞口噴出。沒(méi)噴發(fā)時(shí)土豆泥底下的番茄醬在不斷沸騰，會(huì)沿裂縫上升。

生3：我觀察到還沒(méi)噴發(fā)時(shí)，洞口的土豆泥在上下振動(dòng)。（師：你觀察得很仔細(xì)，別處的土豆泥振動(dòng)了嗎？為什么呢？）可能是這里比較薄。

生4：我們組番茄醬沒(méi)噴出，但是整座土豆泥山都上升浮空了！

師：你認(rèn)為是什么原因造成的呢？你能結(jié)合你們組的火山模型分析一下嗎？

生4：可能是我們組洞口的土豆泥加太厚了，所以熱氣出不來(lái)，就把山頂起來(lái)了。

通過(guò)追問(wèn)和引導(dǎo)，學(xué)生能充分挖掘模型的價(jià)值。成功與不成功的小組都能結(jié)合自己的模型進(jìn)行分析，形成解釋。建模之前，學(xué)生對(duì)火山噴發(fā)的成因大多停留在高溫上。建模之后，學(xué)生可以看到高壓的影響，且能深刻體會(huì)到真實(shí)的火山噴發(fā)類(lèi)型多樣，并意識(shí)到其受到復(fù)雜地形的影響。通過(guò)建模，學(xué)生的實(shí)證意識(shí)和邏輯推理能力在探究活動(dòng)中得到了很好發(fā)展。

四、實(shí)驗(yàn)教具的教學(xué)優(yōu)勢(shì)

（一）材料易得，操作便利

原實(shí)驗(yàn)用不銹鋼罐作為盛裝的容器，需要手動(dòng)捏出山的形狀再挖洞。不僅無(wú)法觀察到底部的變化，而且容易出現(xiàn)坍塌、翻倒、耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)等現(xiàn)象。而借助漏斗制作土豆泥山十分方便，學(xué)生只要順著漏斗進(jìn)行填充和修補(bǔ)即可，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省了大量時(shí)間。

（二）變化可視，凸顯過(guò)程

改進(jìn)后，由于番茄醬受熱會(huì)從漏斗底部邊緣溢出，匯集在燒杯底部一圈，因此學(xué)生很容易透過(guò)燒杯觀察到番茄醬翻滾、冒著氣泡、沿著裂縫上升等現(xiàn)象。從“地下”至“地上”，從噴發(fā)前到噴發(fā)后的變化，學(xué)生都能清晰地看見(jiàn)。

即使部分小組由于土豆泥加的量過(guò)多，番茄醬不能?chē)姵?，學(xué)生也能觀察到底部和側(cè)邊的變化，從而方便引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注過(guò)程與結(jié)果的聯(lián)系，了解地殼的厚薄程度會(huì)影響火山的噴發(fā)結(jié)果。在探索過(guò)程中，出現(xiàn)異常現(xiàn)象是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證意識(shí)的絕佳機(jī)會(huì)。對(duì)異?，F(xiàn)象的合理分析，有利于引導(dǎo)學(xué)生深層思考，為他們建構(gòu)新的科學(xué)概念提供切入點(diǎn)。這就是一次思維提升的過(guò)程。

（三）符合實(shí)際，成功率高

原實(shí)驗(yàn)成功率較低。由于學(xué)生不一定能精準(zhǔn)預(yù)留出足夠的空間給番茄醬，往往會(huì)產(chǎn)生底部的土豆泥燒焦、番茄醬受熱不足，而遲遲不能?chē)姲l(fā)的現(xiàn)象。而引入漏斗，一方面，可以給番茄醬預(yù)留足夠的空間，提高番茄醬噴發(fā)的成功率；另一方面，漏斗的形態(tài)更接近現(xiàn)實(shí)中火山通道與巖漿房上小下大的整體形態(tài)，符合實(shí)際情況。

實(shí)踐證明，采用改進(jìn)后的教具建構(gòu)模型，有助于學(xué)生形成對(duì)火山噴發(fā)現(xiàn)象的直觀感受，進(jìn)而更深刻地理解火山噴發(fā)的成因，讓學(xué)生體會(huì)到真實(shí)的火山噴發(fā)也受復(fù)雜的地形影響。同時(shí)，通過(guò)模型可視化的手段、依托評(píng)價(jià)量表，能豐富學(xué)生的感知，促進(jìn)他們?cè)诜e極思考中提高模型探究、類(lèi)比推理等高階思維能力。

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