從“假想”到“事實與證據”
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作者:
張悅，河南省鄭州市金水區文化綠城小學副校長，高級教師。鄭州市新長征突擊手;鄭州市骨干教師，鄭州市優秀教師，鄭州市文明教師。已獲得兩個河南省教科研課題一等獎和一個河南省基礎教育研究成果二等獎，還有十余項市級研究課題獲獎;執教的優質課多次獲得省市級一等獎，所開發的校本課程多次被評為鄭州市優秀校本課程;帶領學生開展的研究性學習成果多次獲得市、區級一等獎。
[摘 要]借助“風的形成”課例，闡明小學科學教學如何依據課標的要求，引導學生基于所學知識提出假設，通過科學探究活動，以事實和證據驗證假設，在實踐活動中培養科學素養。
[關鍵詞]猜想;實驗;探究
《小學科學課程標準（2017年版）》指出，小學高年級的學生要“能基于所學的知識，從事物的結構、功能、變化及相互關系等角度提出有針對性的假設，并能說明假設的依據，能制訂比較完整的探究計劃，能通過觀察、實驗等獲取信息”。
科學探究強調基于經驗與事實，要經得起檢驗。而許多科學家所進行的研究，在沒有獲得最終結果之前，都只是“假想”或“假說”，但正是這些“假想”或“假說”打開了科學的大門。因此，應培養學生在開始探究之前進行“假想”和“假說”的思維，這也是對學生科學猜想、預測和假設能力的啟蒙。為了解決“由想到做”的問題，可讓學生通過知識競答的形式來規范實驗步驟、制訂實驗計劃。最后，再通過“學生交流—學生實驗—學生展示—要點提醒”四個步驟，讓學生搜集信息，獲得證據，得出結論。在此，將以冀教版小學五年級科學課“風的形成”為例加以說明。
一、教學案例的背景
在以往的科學學習中，學生們已經知道“空氣的流動形成了風”。在這節課中，需要學生能在原有知識和經驗的基礎上對空氣流動的原因和結果進行合理的猜測。學生在以前學過的科學課中，已經知道“熱是可以傳遞的”，并認識了兩種熱傳遞的方式。雖然學生對“傳熱”有了初步的了解，但對“對流”還知之甚少，所以應讓學生在學習過程中理解空氣對流的原因和過程。
教師可從兩個方面著手，帶領學生探究空氣的對流問題。一是讓學生觀察是什么導致了空氣的對流，并能用小實驗來驗證;二是讓學生思考空氣對流的過程是怎樣的，應如何設計實驗方案并進行操作?！翱諝馐軣釙仙睂儆谑聦嵭灾R，教師在引導學生建構這一知識點時，要讓學生經歷分析與歸納的過程。風的形成過程屬于規律性知識，在對這一知識點進行建構時，教師要引導學生多分析、多比較、多歸納、多推理。在教學中，教師可以引導學生通過細心觀察、大膽猜想、小心實驗，理解空氣對流的原因和過程。同時，還要引導學生根據實驗現象推想出自然界中風形成的原因。 以下，將通過“風的形成”一課中的具體教學片斷加以說明。
二、教學案例的片斷
1.通過猜想、觀察和動手做，探究空氣受熱會上升的原因
【發現者】你會觀察么？
觀察對象：孔明燈、熱氣球的視頻
提問：是什么讓孔明燈升上了天空？
引導：火焰的燃燒會讓空氣怎么樣？
提問：是不是熱空氣讓孔明燈升上了天空？熱空氣有這么大的力量嗎？
師生小結：火焰的燃燒，使空氣變成了熱空氣;熱空氣會帶著孔明燈和熱氣球升上天空;空氣受熱會上升。
【動手做】見證熱空氣的力量
實驗材料：蠟燭、打火機、螺旋紙圈
提問：我們能不能利用這些材料在現場做個小實驗來驗證空氣受熱會上升？（小組通過討論后確定實驗方法，并派代表動手嘗試，一起見證。）
生生互動：我們先觀察螺旋紙圈，現在它在空氣中發生了輕微的晃動。然后我們用打火機把蠟燭點燃，放在紙圈的正下方，大家看到紙圈旋轉起來了。
師生小結：蠟燭點燃后，蠟燭上方的空氣變成了熱空氣，而熱空氣上升又帶動了紙圈的旋轉。我們證實了空氣受熱會上升。
2.設計實驗，動手操作，展示探究成果
【思考者】我會分析
提問：想一想，在整個大自然里，一個地方有熱空氣，周圍又有冷空氣，當空氣受熱向上升時，冷空氣會怎樣呢？
引導：冷空氣會下降，還會來補充熱空氣上升后空缺的地方。
提問：我們知道，空氣的流動形成了風。那冷空氣過來補充的過程是不是流動起來了，進而形成了風？
師生小結：在大自然中，熱空氣會上升，冷空氣會流過來補充熱空氣上升后空缺的地方，進而形成了風。
【搶答王】厘清實驗步驟
實驗材料：蠟燭、打火機、香、熱風箱
提問：大自然里的風是不是這樣形成的呢？我們需要通過實驗來驗證。隊員們能不能根據實驗材料制訂出實驗步驟？
引導：我們先來搶答，哪些隊愿意派出你們的隊員來挑戰？（在學生做搶答題時，要提醒注意實驗安全，明確實驗步驟。）
引導：現在你能用自己的語言把實驗步驟說清楚嗎？在實驗中還要注意哪些問題？
師生小結：首先，將蠟燭放在火機上方，用外焰點燃;其次，將燃燒的蠟燭放在正對著熱風箱出風口的下方;最后，點燃香，觀察煙飄動的方向，再將香放在進風口的位置，再次觀察煙飄動的方向。
3.大實驗：全員參與，見證奇跡
提問：你有沒有信心完成冷熱空氣流動的實驗挑戰？（開始實驗后，學生小組合作，動手操作、記錄、交流，完成實驗，教師做必要的指導。）
提問：哪個隊挑戰成功了？把你們看到的實驗現象跟大家分享一下。
學生分享：我們先點燃蠟燭放進熱風箱，正對著出風口的位置;把手放在出風口上方，能感覺到熱空氣在向上升。我們點燃香后，觀察到煙是向上飄動的，再把香放在進風口附近適當的位置，稍等幾秒后可以看到，煙從進風口進入熱風箱內，然后從出風口流出。
引導：香點燃后煙流動的方向就是風流動的方向。那么，你們的實驗結果是什么呢？ 生生交流：點燃的蠟燭會使空氣受熱，并從出風口的位置流出來。熱風箱外的冷空氣會流進熱風箱內，填補熱空氣流走后空缺的地方。香的位置比進風口的位置高，所以香點燃后煙沒能很好地進入進風口。
師生小結：空氣受熱會上升，冷空氣會向熱空氣離開的位置流動，從而使空氣流動起來形成了風。
引導：請大家想一想，地球上各個地區，有的地方冷，有的地方熱，這就有了溫差。那么，是什么導致了溫差的存在？
師生小結：是太陽。所以，歸根結底是太陽的熱能導致了地球上空氣的流動，進而形成了風。
三、教學案例分析
科學探究是獲取科學知識的主要途徑。在本課的學習中，學生借助教師提供的孔明燈、熱氣球的視頻和風的形成實驗材料，自主完成了冷熱空氣流動的知識建構。教學實踐表明，學生帶著對問題的思考、困惑和生活經驗進入課堂，不僅不會讓教師無所適從，反而會使教師設計的學習目標更加明確，使學生的探究更加順利。這正是教師和學生相互促進的過程。學生帶著問題，根據教師的引導，提出合理的假設;根據教師提供的實驗材料，制訂出實驗計劃，在知識建構的過程中和同伴、教師交流，大家相互幫助，直到完成學習目標。在探究式學習中，學生的科學思維得到了鍛煉，科學知識得到了增長，也使教師堅信這是一種培養學生科學思維的有效途徑。
一是點燃“假想”的火花。課堂上，學生“假想”的火花被教師巧妙地點燃了，鼓舞著學生進行積極探究，促使學生不斷發掘自身的潛力，將求知的觸角伸向更多未知的領域，為今后能夠更好地學習和生活奠定基礎。本節課上，學生在觀看孔明燈和熱氣球升空的過程中，發現了被點燃的火焰，這使他們聯想到可能是火焰讓孔明燈和熱氣球內部的溫度升高了。這時，教師要適時引導學生認識到“溫度升高的空氣就是熱空氣”，從而讓學生思考是否由于熱空氣的力量而帶動了孔明燈升上天空，最終從孔明燈和熱氣球的變化中有依據地提出熱空氣會上升的假設。
二是搜集材料，設計實驗，搭起假想和證據間的橋梁。實驗材料如片片小舟，承載著學生或完善或有漏洞的設計。有了實驗設計，學生們的假想才有跡可循，才有被驗證的可能。本節課中，教師為學生提供了紙圈，當學生利用手中燃燒的蠟燭讓紙圈旋轉起來時，個個歡欣鼓舞，體會到動手實驗的快樂。這使學生認識到，利用身邊簡易的材料也能證明自然中熱空氣會上升的道理，從而感受到科學探究的樂趣，提高了探究學習的信心。
三是實驗挑戰，搜尋想要的證據。實證意識是學生在小學階段就要培養的重要科學素養，它在科學探究中體現為用實驗現象和結果來證明結論的過程。這一過程會使科學問題的探究變得更真實、更準確。在本節課的大實驗環節，學生們分成小組，利用“風的形成”實驗材料完成一系列操作、討論、記錄、分享、總結的過程。當看到熱風箱外香燃燒后產生的煙通過進風口進入熱風箱、又從出風口飄出時，才算看到了驗證自己猜想的實驗現象。但也有沒能如愿的小組，于是他們又對實驗材料和實驗步驟進行了檢驗，發現問題并進行了調整。這樣探尋證據的過程，使學生合作、交流、實踐的能力也得到了鍛煉。最終，學生們通過實驗證明了自己的假想。
學生的科學思考能力建立在教師啟發的基礎上。因此，要想培養學生敢質疑、會質疑的能力，教師就要提高自身的專業知識素養。在課前，教師要鉆研教材，領悟課程內涵，設計科學合理的教學流程，特別是對問題的設置、重難點的突破更要力求實用和高效。在課上，教師要耐心聽取學生的想法，捕捉閃光點，適時鼓勵，激發他們的潛力，力求使課堂效益最大化。
從假想到用事實與證據進行證明的探究式學習，不僅讓學生增長了知識、提高了思維能力，也提升了教師的專業水平和教學能力。在教與學的過程中，師生們大膽質疑、及時總結、摸索規律，促進了彼此的成長。
（責任編輯 郭向和）
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