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关键词: 科学课 探究兴趣 兴趣提升
在实验中激发学生学习科学课的兴趣,促使学生产生强烈的探究欲望。学习兴趣是学生对学习活动的一种趋近倾向。兴趣是在需求基础上产生的,对符合需求的事物,人们容易产生兴趣。瞌睡难耐时,需要的是躺倒的时间和空间,对床和枕头感兴趣;饥饿难耐时,需求的是可以充饥的食物,对饭菜产生渴求。教育学家乌申斯基说:“没有兴趣而被迫进行的学习,会扼杀学生掌握知识的意愿。”兴趣是学生最好的老师。
实验是科学课的教学特点,是学生认识科学知识的一种途径。所以,科学课教学不会像语文那样,简单地用语言传授知识,而要在老师的指导下,主动认识自然和了解自然现象,从实验观察中获取知识的能力,常言道:“百闻不如一见,一见不如实验。”要求组织学生动手去做,用眼去看,是上好科学课的关键所在。要上好一节科学实验课,首先要做好两方面准备,一是做上课的准备。实验器材要逐个检查,如要用酒精灯,就要检查酒精灯的容量是否足够,灯芯是否完好,是否可以正常点燃。二是学生的准备。让学生明确新课实验内容,利用网络、图书搜集好第一手资料。课前考虑制订实验计划,其中包括可能得出的结论、设计好相应的表格和设想安全措施等。“没有大胆的猜想,就做不出伟大的发明和发现”。在科学课上,老师要特别注重对学生猜测能力的呵护和培养。猜测后,要鼓励学生说出自己的猜想理由,既可以培养学生的良好思维习惯,又使学生交流提出猜测的思维方法,相互之间受到启发,并让学生明白提出假设不能凭空猜测。教学《物体在水中是沉还是浮》时,拿出课前准备的三组实验器材,分发给三个实验小组。第一组:木块、石头、塑料泡沫、铁钉、筷子五种形状大小都不同的材料,放入水中对沉浮物体做出标记。通过实验,学生发现物体的沉与浮与物体轻重大小无关。第二组:用五个大小不同、重量相等的玻璃瓶放入水中,对沉浮物体做出标记。学生实验发现重量相等的情况下,小的沉,大的浮。第三组:用重量不同、大小相同的五个玻璃瓶做实验,放入水中,对沉浮物体做出标记。学生实验后发现,重的沉,轻的浮。实验结束后,叫三组分别汇报他们的实验结果,通过小组讨论,学生不断思索,既激发了兴趣,又引发了学生内在的认知冲突,在否定中探究,拓展了学生的思维能力。
一、实验观察要有目的,在实验中发展思维
学生做实验时,注意力有时会集中在一些与课无关的枝叶上。因此,不论是老师的演示实验还是学生的分组动手实验,一定要注意引导学生认真观察实验现象,以便达到预期的目的。做实验切记毫无目的、随心所欲,做实验的目的是为教学服务,在实验中发现规律、理解规律,并在以后生活中得到运用。因此做实验之前,老师要给学生提出明确的实验目的,引导学生把注意力集中到所要做的实验上,让他们深入细致地实验、观察、记录,不可使学生随意猜想,以免出现课堂失控局面。我在一次送教下乡活动中教学《物体在水中是沉还是浮》,因怕在一些与课无关的枝叶上浪费时间,在做物体沉浮实验时,为了有目的让学生猜想物体的沉浮与什么有关系,从提问开始:什么沉?什么是浮?哪些物体在水中沉?哪些物体在水中浮?开始实验时,要求学生:1.按大小排列将投入水中的物体,再记录它们在水中沉还是浮。学生通过思考发现,物体沉与浮跟物体的大小没有关系。2.按轻重排列投入水中的物体,再记录它们在水中是沉还是浮。学生通过思考后发现,物体的沉浮与物体的轻重没有关系。为避免学生胡乱猜想、离题太远,老师的正确引导很重要,使学生觉得猜想有时是靠不住的,从而发展学生的思维,达到教学效果增强的作用。
二、让学生充分合作动手实验,从而发展思维
1.科学概念
改变物体排开的水量,物体在水中的沉浮可能发生改变。钢铁制造的船能浮在水面上,原因在于它排开的水量很大。
2.过程与方法
用刻度杯测量橡皮泥排开的水量。把橡皮泥制作成不同的形状,使之能浮在水面上。根据橡皮泥排开的水量,做出沉浮判断。
3.情感、态度、价值观
认识到认真细致地采集数据的重要性。在探求原因的过程中,懂得证据的重要性。
二 教学重点
改变物体排开的水量,物体在水中的沉浮可能发生改变。
三 教学难点
认识到认真细致地采集数据的重要性。
实验器材:水槽8个,不溶水的橡皮泥若干块,刻度杯8个,记录表8份。
四 教学过程
1.观察实心橡皮泥的沉浮
情境导入:铁块在水中是沉的,而钢铁制造的轮船为什么能浮在水面上,还能装载货物呢?这节课我们以橡皮泥为研究对象,想办法让橡皮泥在水中浮起来,并探索其中的原因。
师:老师这里有一块实心的橡皮泥,如果把它放入水中,你们猜它是沉的还是浮的?(教师做演示实验,学生仔细观察。)
师:把一块橡皮泥做成各种不同的实心形状,放入水中,观察它的沉浮。(四人小组合作观察)
思考:橡皮泥的形状改变了,它的轻重改变了吗?体积改变了吗?
汇报交流:(预设:学生对橡皮泥的体积是否改变无法确定。)
讨论:我们能不能想办法测量各种不同的实心橡皮泥的体积?
小结,引出概念:我们把物体在水中排开水的体积叫作排开的水量。排开的水量=物体放入水中后水面刻度-原来量杯中的水量。(大屏幕出示,学生齐读。)
强调说明:排开的水量与我们平时说的排水量是有区别的,前者指的是物体排开水的体积,而后者是物体排开水的重量。
2.测量不同形状实心橡皮泥的体积
第一,明确实验要求:(1)实验前,先观察刻度杯中的水是多少毫升。(2)往刻度杯里放橡皮泥时要轻缓,不要让水溅出来。(3)观察刻度时视线应与水面持平。(4)读数后要及时记录。(5)认真整理分析实验数据,总结实验结果。
第二,小组合作,完成实验并做好记录,见表1。
表1
橡皮泥的形状
量杯里的水量(ml)
放入后水面刻度
排开的水量(ml)
形状1
形状2
形状3
第三,汇报数据,交流发现。
第四,概括实验结果:改变实心橡皮泥的形状,它的重量没变,体积也没有变,因此沉浮状况也不会发生变化。
3.让橡皮泥浮在水面上
讨论以下三个问题:(1)能不能让橡皮泥浮在水面上呢?大家试想想办法,看哪一组先能做出浮的形状(前提是改变橡皮泥的形状,不能有其他添加物)。(2)仔细观察,浮的形状有什么共同特点?(3)讨论:同一块橡皮泥,改变形状后,为什么有的能够浮在水面上?是什么原因使橡皮泥浮起来的?(预设:学生认为橡皮泥能够浮起来的原因可能是浸入水中的体积改变了。)
4.测量橡皮泥排开的水量,探索橡皮泥上浮的原因
第一,明确实验要求及注意事项:(1)向刻度杯倒入300ml水,把橡皮泥做成实心团,放入刻度杯中,观察它排开的水量,做好记录。再把橡皮泥做成能浮在水面上的各种形状,观察它们排开的水量,也记录在表格中。(2)特别提示:在测空心橡皮泥排开的水量时,要轻轻把它往水下按,当按到水即将进入空心橡皮泥时,才能记录它的水面指示刻度。放入橡皮泥前,检查刻度杯中的水是否300ml,如果不足用滴管从水槽中取水补足。第二,小组合作,完成实验并做好记录,见表2。
表2
橡皮泥的形状
量杯里的水量(ml)
放入后水面刻度(ml)
排开的水量(ml)
沉浮状况
实心团
300
沉的形状
300
能浮的形状1
300
能浮的形状2
300
能浮的形状3
300
第三,讨论:从上面的数据中,我们发现了什么?
第四,概括实验结果:沉的形状排开的水量小,即浸入水的体积小,浮的形状排开的水量大,即浸入水的体积大。从上面的数据中我们发现,橡皮泥浮起来的原因在于它的质量不变,而浸入水中的体积增大。
对于科学课来说,一节上的成功与否与很多的方法都有很大的关系。下面,我就通过一节课《物体在水中是沉还是浮》来谈一谈在上实验课时,是如何准备实验材料的。
了解科学课的教师可能都知道,《物体在水中是沉还是浮》虽然是一个相对来说比较简单的实验课,但是需要准备的材料是很多的,而且也是很有讲究的,
虽说我上科学课也有几个年头了,但由于一些原因,有一些实验课可能没有上得那么认真(没有像公开课讲得那么细致),所以,在讲课时出现的一些问题可能没有太在意。在这学期我校进行的教研课上,我讲了《物体在水中是沉还是浮》。在开始准备材料的时候我就发现这节课需要准备的东西太多了,而且有些东西我们身边还真不好弄到。第一个碰到的问题就是要准备大小一样的木块,每组4块,12个组,一共48块。我就在想,要到哪里去弄到这么多块的木块呢?用积木,少还可以,但这么多根本就不太好找。有一天中午,我在学校没回家,去买盒饭时老板给了我一双方便筷,我突然想到可以把方便筷截成大小一样的一小断、一小断的,虽然木块小了点,但也是木块呀!就这样,木块这种材料解决了。第二个碰到的问题是橡皮,橡皮也是像木块一样需要很多,去买会需要不少钱,怎么办呢?我想呀想,忽然想到以前在教低年级的时候,有很多学生橡皮丢了以后就不去找也不要了,有些教师那里会积攒下很多的橡皮。就这样,橡皮也解决了。第三个碰到的问题就是需要一个能漂浮在水中间的一个物体,这个问题可难为了我好长时间,平时好像这样的东西很好找到,但是真要用到了还真不好找这样的材料。一开始,我用各种感觉上不太重也不太轻的物体来做实验,但都失败了,不是沉下去就是浮在水面上;接着我想到用一个空的带盖的瓶子并能浮到水面上的,再往里面放一些水看能不能漂浮在水中间,但做了一下午也没有成功一次;后来,我就想用一个视频让学生看到这种现象就行了,不管怎么说学生也看到现象了。但是,我晚上回到家一想,那样的话,效果也不太好。等到第二天,我又继续做实验,把瓶子里的水换成了沙子,然后不断地调整沙子的多少,经过一天左右的时间,我终于把这个实验做成功了。当时,我真是说不出的高兴。在正式上这节课的时候,同学们在我准备的材料下,把实验做得非常成功。
材料对科学课来说是非常重要的,因为只有把材料准备好,实验课才能有效地开展。
1. 围绕问题组织教学
综合课程在内容编排上有不少是从关注现实问题出发,以“问题解决”为目标来激发和引导学生探究的兴趣,从中学习综合运用知识解决问题的能力,体验解决问题的愉悦。这种以问题为导向的方式一般会用到小组合作、调查研究、搜集整理资料、讨论交流等多种具体的方法,适合小学高年级、初中学生使用。使用此法,要求教师精心设计富有启发性的问题和组织有效的学习过程,并充分尊重学生的主体作用。因此,在教学过程中,教师要通过有结构的材料引起学生对已有知识和新旧知识之间的矛盾冲突,引导学生自己去发现有价值的问题,更好地引发学生的学习兴趣,触发学生的积极思维,激发他们的探究欲望,使学生手脑并用地开展探究活动。
如在《物体在水中是沉还是浮》一课的教学中,教师首先出示一组实验材料:胡萝卜、泡沫塑料、石块、螺帽、橡皮、回形针、牙签等,先让学生猜测将这些材料放入水中时是沉还是浮,我们是根据什么猜测的?影响物体的沉与浮是物体的轻重、大小,还是形状……对于这些材料,学生会根据其已有的生活经验,试着做出一些推测和解释,但对学生来说,物体的轻重、大小对物体产生的沉浮的影响是比较感性的,也是比较模糊的。因此,大多数学生都会作出物体的沉浮一定与物体的轻重和大小有关这样的推测,而这种推测与解释必定会与实际观察的结果不相符。也就是说,重的物体不一定沉,大的物体也不一定浮,由学生原先认为物体在水中的沉浮与物体的轻重和大小有关,到实验发现物体的沉浮与物体的轻重大小无关。这一新旧知识之间的碰撞与冲突,促使学生继续思考:物体的轻重和大小对物体的沉浮究竟有没有影响呢?我们要研究沉浮与轻重是否有关,应该选用什么样的材料呢?他们非常有兴趣继续研究。在教师的指导下,学生利用教师提供的“轻重不同而大小等其它变量相同”和“大小不同而轻重等其它变量相同”的两组实验材料,进行更深入的探究活动。通过这样一次典型的活动经历,学生不仅明白“相同大小的物体,轻的容易浮,重的容易沉;相同轻重的物体,大的容易浮,小的容易沉”这一知识点,更重要的是在探究活动过程中,充分利用学生的头脑和双手,从而有效地提高了课堂教学质量。
教育学、心理学研究表明,学生自己发现问题,并努力去解决问题,比教师单纯的讲解更能促进学生思维的发展,也更能完成知识技能的内化,从而使学生学到的知识技能更加牢固。
2. 在对话交流中教学
1浮力的教学设计
浮力是力学的重要组成部分,也是初中物理教学的重点和难点.正确认识浮力,有助于学习阿基米德原理和浮力的利用等知识.笔者设计了一系列有趣的实验和问题,引导学生结合实例学习浮力的知识.
1.1利用实验,引入新课知识教师提问和演示:
(1)提问:若将一个柠檬放入水中,柠檬会沉在水底还是浮在水面?学生观察教师演示实验.(实验结果:柠檬浮在水面上)
(2)提问:柠檬受到竖直向下的重力,为什么不沉到水底?(因为柠檬受到浮力)
(3)提问:若从柠檬上削一小块皮,把削下的柠檬皮放入水中,柠檬皮会沉在水底还是浮在水面?学生观察教师演示实验.(有趣的是:柠檬皮竟然沉入水底)
柠檬和柠檬皮在水中分别出现浮在水面和沉入水底两种完全不同的状态,这些有趣的现象涉及到我们今天要学习的“浮力”知识.(由此引入新课)
设计意图:利用有趣的物理问题和实验结果,激发学生思维,唤起学生的探究热情和培养学生的学习兴趣.
1.2创设情境,体验浮力存在
体验活动1让学生用手在空中托起质量约为1千克的石块,体验石块对手的压力.然后,用手托着石块慢慢地浸入水中,体验石块对手的压力有何变化?石块浸入水中的体积越多,体验石块对手的压力有何变化?这说明什么?(答案:石块浸入水中后,石块对手的压力变小;石块浸入水中的体积越多,即石块排开水的体积越多,石块对手的压力越小,因为石块的重力始终不变,可以推知石块受到向上的浮力不仅存在而且变大)
体验活动2将一个空矿泉水瓶放入装有适量水的面盆里,让学生用手把空矿泉水瓶慢慢压入水中,体验空矿泉水瓶被喝胨中的体积越多,手对空矿泉水瓶施加的压力有何变化?这说明什么?(答案:空矿泉水瓶被压入水中的体积越多,即空矿泉水瓶排开水的体积越多,手对空矿泉水瓶施加的压力越大,这说明空矿泉水瓶受到向上的浮力不仅存在而且变大)
体验活动3用一细线拴住某一小石块,挂在一弹簧秤上称出小石块的重力G,并记下弹簧秤指针的位置A,再将小石块浸没在水中,记下弹簧秤指针的位置B(示数为F拉);改变小石块浸没在水中的深度,观察小石块受到的浮力与深度是否有关;再把小石块置于空中(弹簧秤指针会重新回到位置A),用手托起小石块,使弹簧秤的指针从位置A回到位置B.学生讨论并总结:该小石块受到浮的力有多大?此浮力的方向如何?(答案:引导学生利用力的平衡知识得出:该小石块浸没在水中受到浮力的大小F浮为弹簧秤在位置A和位置B对应的示数之差,即F浮=G-F拉,这可以作为测量浮力的一种基本方法;小石块受到的浮力F浮与小石块浸没在水中的深度无关;石块受到浮力的方向是向上的)
体验活动4释放氢气球,让学生感受氢气球自动升空的过程,并思考:氢气球为什么会自动升空?(答案:氢气球在空气中受到向上的浮力作用)
教师引导学生归纳总结:浸在液体或者气体中的物体受到向上的力,叫做浮力.物体排开液体或者气体的体积越大,物体受到的浮力就越大.
设计意图:构建体验活动,引导学生在活动中感受浮力的存在,并体验物体受到浮力的大小和方向.
1.3操作实验,确定浮力方向
学生制作如图1所示,取一个大号矿泉水瓶,切割并取下面一部分,用一条有色细绳穿过瓶底,使细绳穿过瓶底的位置靠近瓶底边缘,在位于瓶内的细绳端头固定一个浮子(如立方体泡沫塑料或者一个乒乓球等)作为研究对象,浮子在瓶内装水后能拉直细绳,在该细绳的另一端(位于瓶底外的空气中)挂一重物将细绳拉直,再在瓶内和瓶外的边缘分别挂一重垂线,即做成一个可以展示浮力方向的演示器.
操作实验向此矿泉水瓶内加水,使浮子拉直瓶内的细绳,观察瓶内、瓶外四段细绳静止的位置会出现什么情形?再倾斜矿泉水瓶到不同位置,观察瓶内、瓶外四段细绳的静止位置又会出现什么关系?(实验结果是:矿泉水瓶无论处在正立还是倾斜到不同位置,瓶内、瓶外的四段细绳静止时始终保持平行或者重合)
学生讨论重力的方向是竖直向下的.根据看到的瓶内、瓶外四段细绳始终保持平行或者重合这一现象,同学们可以推知浮力的方向在哪儿?(答案:物体受到浮力的方向是竖直向上的)
设计意图指导学生制作教具,培养学生的动手能力;通过实验操作,在找到浮力方向的过程中,培养学生的操作能力和逻辑推理能力.
1.4观察实验,探究浮力原因
装置介绍如图2所示,这是我们制作的探究浮力原因演示器,它是一个双层玻璃容器,由玻璃分成内外两个独立空间,内层玻璃容器底部开了一个正方形的小孔,该小孔把内外两个独立空间连接起来;另以一个空心正方体作为研究对象,其底面积略大于内层玻璃容器底部开的小孔面积,空心正方体的上下左右四个面由弹性透明薄膜组成,其前后两个面由轻质透明塑料板制成,并分别紧密连接一段有适当长度的塑料软管(如医院用于打点滴的输液管,塑料软管用于确保空心正方体内部的压强始终等于外界的大气压强,使实验效果更加明显),该空心正方体可以漂浮在水面上.
教师演示将该空心正方体放在盛有水的面盆中,展示该空心正方体可以漂浮在水面上.
学生猜想若将空心正方体紧密盖住内层玻璃容器底部的正方形小孔,让空心正方体前后两面上塑料软管的开口端置于玻璃容器外,再用手压住空心正方体,向内层玻璃容器倒水,并让水淹没空心正方体到某一深度,再松开手,猜想:空心正方体的运动状态会怎样?并说明你猜想的理由.
观察实验教师演示,学生观察:(1)松开手后,浸没在水中的空心正方体竟然沉在水底不上浮;(2)空心正方体左右两个面上弹性薄膜凹陷的程度相同,上表面处弹性薄膜凹陷的程度较小,下表面处弹性薄膜没有发生形变.
学生讨论(1)此时浸没在水中的空心正方体为什么不上浮呢?(答案:从各表面弹性薄膜凹陷的程度可以推知,空心正方体前后左右四个面受到水的压力是两对平衡力,它的上表面受到一个竖直向下的压力,但它的下表面不受水的压力,因为水没有对空心正方体施加竖直向上作用力,即空心正方体此时没有受到浮力,所以,它没有浮起来)(2)如果空心正方体一个面的面积为S,其上底面离水面的深度为h,水的密度为ρ水,上底面受到水的压力F是多少?(答案:F=ρ水ghS,其中g为重力加速度)
学生思考与讨论若向外层玻璃容器中加水,使空心正方体浮起来,在外层玻璃容器中加入水的深度应该满足什么要求?
观察实验教师演示,学生观察实验:(1)只有当空心正方体下底面离外层玻璃容器中水面的距离h下,大于空心正方体上底面离内层玻璃容器中水面的距离h上到某一值时,空心正方体才会上浮.
(2)空心正方体在上浮前,其左右两个面上弹性薄膜凹陷的程度依然相同,上表面处弹性薄膜凹陷的程度也较小,但下表面处弹性薄膜凹陷的程度较大.
学生讨论该空心正方体在上浮时受到的浮力F浮是多少?[指导学生得出:该浮力的大小为F浮=F向上-F向下=ρ水g(h下-h上)S,其中F向下、F向上分别是空心正方体上、下表面在竖直方向上受到水的压力,h上、h下分别是空心正方体上、下表面离内外层玻璃容器中水面的距离,ρ水为水的密度,S为空心正方体一个面的面积,g为重力加速度]
教师引导引导学生归纳总结得出:
(1)浸在液体中的物体,液体对该物体下表面施加向上的压力大于液体对该物体上表面施加向下的压力,这个压力差就是物体受到液体施加的浮力,也是产生浮力的根本原因.
(2)只有当物体受到竖直向上的浮力大于物体的重力时,物体才会上浮.
设计意图利用自制的“探究浮力原因演示器”,通过指导学生猜想思考、观察实验、交流研讨,在引导学生掌握浮力产生原因的过程中,培养学生的猜想能力、逻辑推理能力、归纳总结能力和合作交流能力.
1.5利用问题,研讨新知应用
学生研讨1开始上课时,看到一个柠檬可以浮在水面上,但从柠檬上削一小块皮放入水中,柠檬皮竟然沉入水底.这是什么原因?(参考答案:柠檬受到的浮力大于它的重力,所以浮在水面上;柠檬皮受到的浮力小于它的重力,所以沉在水底)
学生研讨2 海上的漂浮城市是人理想的居住天堂,它可以一直漂浮在海上,漂浮城市的人们可以天天享受清新的海风和全景的海洋,他们以太阳能和波浪能为能源,城市内居民们的生活更加便利和环保.如果你是漂浮城市的设计师,你应该考虑的浮力问题是什么?(参考答案:漂浮城市受到海水的浮力应该大于漂浮城市的最大总重力)你还应该考虑哪些问题?请查阅资料并与同学交流,把自己的研究成果写成研究报告在班上进行展示交流.(这是一个开放性的大问题,可以培养学生的发散思维能力和创新能力)
学生研讨3学生分组制作孔明灯并研讨:为了使孔明灯快速升空,你认为可以采用哪些办法?(参考答案:减轻孔明灯的重力;增大孔明灯排开空气的体积;增大灯内火苗在单位时间内的供热量等)
设计意图设计一系列学生感兴趣的问题,通过讨论和求解,加深学生对新知识的理解,培养学生学习物理的兴趣和解决实际问题的能力.
1.6引导总结,把握知识要点
师生互动教师引导学生总结本节的知识要点,并让学生交流各自的体会,然后板书:
(1)浮力:是浸在液体或者气体中的物体受到竖直向上的力.
(2)物体排开液体或者气体的体积越大,物体受到的浮力就越大.
(3)浮力的测量:F浮=G-F拉,G和F拉分别是物体的重力和物体浸在液体或气体中对弹簧秤的拉力.
(4)物体受到浮力的大小与物体浸没在液体中的深度无关.
(5)浮力的方向:竖直向上.
(6)浮力的本质:F浮=F向上-F向下,其中F向上、F向下分别是物体下表面、上表面受到液体或者气体在竖直方向上施加的压力.
设计意图引导学生学会归纳总结,突出本节课的重点知识.
2教学体会
在“认识浮力”的教学设计中,笔者设计了一系列有趣的物理实验和学生感兴趣的物理问题,引导学生在观察实验和解决问题的过程中,培养学生的学习兴趣和创新能力,提升学生的科学素养,引导学生的心理品质和物理知识达到同步发展.该教学设计方案已经在岳阳市第十中学八年级进行了教学实践,并得到了学生们的普遍好评.
3致谢
关键词:动手;自主学习;观察想象
小学科学课如何让学生掌握知识,是一个值得教师去探讨的问题,对于我这样一名刚进入学校不久的新教师来说,更是一个值得深思的问题。如何才能够让学生掌握好科学知识,如何让学生能够快乐地、轻松地完成学习任务,以下是我在教学中一些微薄的体会。
尽管一直以来都提倡探究为主的学习活动是科学学习的主要方式,但是在农村,学校的教学设备受到限制,而且对于科学课程,学生家长并不重视,实施起来并不容易。学生对于科学课学习的概念基本有两种:一是科学课就是玩的,并不重要;二是把科学课当成语文课,认为科学就是一门背的学科。学生对于科学课并不理解,所以必须先纠正学生错误的观念,培养学生学习科学课的兴趣,要让学生知道大自然充满了奥秘,有许许多多值得我们深思、值得我们去探讨的有趣的现象。
那么,我们该如何设计一堂课让学生能够更好地掌握科学知识,让学生喜欢科学,学好科学?首先,我们必须明确科学的目的,科学课的教学只有在实验教学的基础上才是有意义的,实验教学是小学科学教学的一个重要环节,通过科学实验可以培养学生学科学、用科学的本领,提高学生的动手操作和实践能力。
一、为学生创造动手条件
在科学课的教学过程中,教师很有必要加强学生对于科学探究实验的指导,要充分地发挥学生在学习中的主动性,操作前教师自己要先认真研读科学教学大纲,了解各册教材中的实验安排目的,分清哪些实验需要让学生分组进行探究,哪些实验可以由老师进行演示性的操作。根据科学课教学,积极去探索、开发。根据学校实际办学条件、教学内容的需要,利用废旧物品自制教具。学生能够在教师的指导下,小组合作完成实验,通过实验的探究,由感性认识上升到理性认识。
二、营造自主学习的气氛
学生天玩,课堂上的大多数实验活动其实有许多是学生认为很好玩才去做的,这样的活动毫无目的性,这种纯粹被玩的意识支配的实验活动是很难收到成效的。所以在做每个探究实验前,教师都要组织学生进行一番讨论,让学生明白为什么要做这个实验,做这个实验是为了证明什么问题,实验中可能会出现什么结果,怎样才能让实验更准确,怎样才能看得更加清楚,等等。在活动中,教师要为学生学习创设良好的氛围,以充分发挥学生的主体能力为前提,以激发学生创造思维为根本,让学生在动手操作和实践活动中吸收知识,获得创造性技能和思维,养成科学的创造态度。兴趣是创新产生的必要条件,创设教学情境,激起学生学习的动机,培养学生的创新意识。
三、培养观察想象的能力
观察是认识事物最基础的途径,是发现问题的前提,教学中还要创造条件,通过观察启发学生想象力。如巧设问题,让学生通过观察、思维发现;教师演示,让学生通过认真观察,了解操作方法、实验要求;引导学生观察了解事物本质、特点等。在具体操作的过程中,要先对学生进行实验目的性的教育,使学生懂得做科学实验是很有趣但也是一件非常严肃的事,来不得半点马虎,我们的实验活动是有目的、有计划的,是一项严谨的科学研究活动。
四、创设动手实践的机会
科学教学应该从学生身边的事物、熟悉的场景出发,提出问题。在“物体在水中是沉还是浮”的教学中,我是这样来设计的:
(一)创设情景,导入新课
首先,我让学生回忆平时在生活中所看到过的物体的沉浮情况。
设计意图:活跃课堂气氛,促使学生养成平时要多注意观察身边的事物的习惯。
(二)自主探究,获取新知
活动一:观察砖块和木块的沉浮
提问学生:砖块和木块在水中是沉还是浮?
学生对砖块和木块有较好的生活经验,基本都能判断正确。
让学生观察实验结果,砖块沉,木块浮。继续提问:沉和浮的标准是什么?
学生小组讨论。
然后我根据各小组的发言及时纠正一些错误的概念,确定了判断沉和浮的标准。
设计意图:让学生学会判断沉和浮的标准,学生认为根据自己的生活经验能够判断出沉与浮,为下面活动二的预测和探究更多物体在水中的沉浮埋下伏笔。
活动二:观察更多的物体在水中的沉浮
我先让学生预测这7种材料在水中的沉浮,并把预测理由和结果填入表格。
给每组学生发放材料,要求进行实验观察验证。
在实验过程中,引导学生操作,要将物体轻轻从水面放入水里,而不能扔进水中。
引导学生将预测与实验结果相比较,预测正确的有哪些?预测不正确的有哪些?
提问学生:为什么会出现预测错误?而影响物体沉浮的因素又是什么?
全班讨论。
学生可能会得出质量、大小、材料等因素,先不做论证,在下面的活动中继续研究。
本活动纠正了学生对生活中的物体沉浮的潜意识判断,学会了实验观察和对比,初步明白了哪些因素会对物体沉浮造成影响。
活动三:将同种材料切分和叠加,观察沉浮情况
首先,引导学生推测:橡皮在水中是沉的,萝卜在水中是浮的,把它们切成一半一半,在水中的沉浮情况会怎样?如果切成四分之一、八分之一,又会怎样?
让学生把推测结果写在表格里,并写出预测理由。
我进一步追问:那你如何验证自己的猜想呢?
组织学生思考、讨论、设计和完善实验方案,汇报过程中,我听取学生的想法,并给予指正和修改,帮助学生确定最后的实验方案,并且严格按照实验方案进行实验。
由于这是本节课的重点,所以我将安排学生分组进行实验验证,接下来发给学生实验的材料。在实验过程中,我将以合作者的身份参与到实验中,发现亮点及时给予表扬和肯定,如果学生遇到困难或疑惑我及时给予帮助。在实验过程中指导学生科学地记录实验的数据和现象,这样不仅抓住了重点,突破了难点,体现了学生的主动性和自主性,而且提高了教学效率。
在实验结束之后,学生获得了大量的感性材料,但只有经过思维的加工才能上升到理性的认识,这也是认知的必要过程,所以我安排了以下几个环节:
1.小组总结。
2.代表汇报。
3.最后通过师生间的讨论、质疑和否定,我们得出结论:
同种材料的物体,改变他们的体积、重量,沉浮不变。
设计意图:在轻松愉悦的氛围里,帮助学生梳理知识,培养学生归纳、概括的能力,并且使实践活动取得创造性的成功。
(三)课堂总结,巩固新知
让学生自己当小老师,总结一下这节课所学的内容。
培养了学生归纳、概括总结的能力,培养学生自主建构科学概念的能力和习惯,从而提高教学效率。
实验教学应让所有学生主动参与进来,通过制订实验计划、准备实验器材、动手操作、观察实验现象、总结归纳实验结论等,提高学生的动手操作能力,掌握实验的方法和技能,获得科学知识,培养学生的合作能力以及分析、解决问题的能力。在探究动手前可以先请学生设计一份实验方案,把原来直接向学生提供材料改为让学生想一想需要什么材料,怎样做比较合理,在动手中要注意哪些问题,在探究中一边动手一边做记录。再想想探究中出现的各种问题及现象,多问几个为什么,留一点时间请学生进行探究后反思,谈谈探究后的体会和感受,相互之间做一些评价。
随着社会的发展与进步、课程改革的不断深入,以及社会、家长对学校的期望值不断提高,努力提高教学效率是我们每个教师的责任,也是一个永恒的话题。从小学科学课堂教学的实例中,我发现不同的教学方法会产生不同的教学结果,这种现象引发了我对小学科学课堂教学的思考:科学教育怎样才能使学生逐步领会科学的本质,乐于探究,热爱科学,形成尊重事实、善于质疑的科学态度,学会用科学的思维方式去解决自身在学习和生活中遇到的问题?科学课在新课程改革的实践中如何实现向40分钟要质量这一目标?大量的成功教学案例已经证明,课堂教学质量的核心是课堂教学的有效性,那么,如何提高小学科学课堂教学的有效性呢?在今后的教学中,我将继续钻研,努力探索小学科学教学的有效方法。
科学的实验教学与其他学科教学相比,一个显著的差别在于科学课堂是由一个个实验构成的,而实验用时常会受到多种因素影响而难以把握。如果以预实验为依据,教师可以准确掌握各实验环节的用时,合理安排实验时间,让学生在有限的教学时间内,有条不紊地进行各个实验,保证教学任务的顺利完成。
《用水测量时间》一课,用饮料瓶制作简易水钟的分组实验,需要重复实验以提高数据准确性,四种情况的滴漏实验,每组做三次,再加上“古代水钟的介绍”,差不多需要一节课的时间。如果按照教参的课时安排,把“实验数据分析”、“水的流速分析”、“选用滴漏进行计时的原因”等讨论挤进这一课时,那么时间就完全不够了,要完成教学任务,只能采用“半卖半送”的形式,大多由教师“传授”了事。这样做,无疑违反了科学实验教学的理念。因此,将本课划分为两个课时,第一课时重点进行滴漏实验;第二课时重点分析滴漏实验中获得的数据,分析“水的流速”、“滴漏的好处”,从而再次分析并认识古人水钟中的控制水流速度装置的妙处,并结合《我的水钟》,组织学生将所学知识运用在“我的水钟”的制作,感受科学制作带来的乐趣。这样,所有的教学内容都能“从容不迫”地完成,学生学得也非常得扎实。
二、通过预实验改进实验材料,让实验探究别样精彩
“工欲善其事,必先利其器”,合适的科学实验材料是顺利进行探究活动、提高实验教学效果的必要条件和重要保证,经过预实验的检验,教师或能找到最佳的实验器材组合,或能进行原有器材的改进,或索性根据实验要求自制实验器材。
以《热是怎样传递的》一课为例,对“热在金属片中的传递”进行预实验时,首先采用了在金属片上涂蜡的方式,结果发现实验效果不明显,于是向同行请教,将蜡替换成了凡士林,实验下来不禁感叹,实验效果好多了,反复试了几次都很成功,通过凡士林的融化过程能清晰地认识到热的传递。可是面对凡士林燃烧后难闻的味道以及带来的清洗的困难,我又有些不甘心,心想着如果能够找到不用涂抹、不用清洗而实验效果却一样明显的材料该有多好呢?回办公室喝水时,我的魔法水杯让我灵光一闪:加入热水后,原本黑色的杯壁上随着温度的上升,逐渐变成了白色。这不就是我要的材料?于是百度了这种杯子的制造原理,原来奥秘就在于杯壁外的“热敏涂料”。于是网购“变色杯”将其切分成几块,成为实验用的“热敏材料”。加热后,金属片上原本的黑色会随热的传递而扩散变成白色,待冷却下来又恢复成了黑色。实验效果明显,操作却更简便,且能反复使用!如果事先在金属片上印上图案或文字,那么学生的兴趣会更加浓厚。
三、通过预实验预见教学意外,让探究成果如期而至
教学意外是我们课堂中的“不速之客”,它同样“埋伏”在我们的实验探究中,很多时候因为它的出现使得我们一些验证性实验的实验结果与理论结果不符,甚至“南辕北辙”,让老师处于尴尬的境地。预实验就能帮助我们预见这些教学意外,做到心中有数、解决有道,周密的防范措施保证学生的实验探究获得“预期”的效果。
《物体在水中是沉还是浮》一课中“胡萝卜在水中是浮的,把萝卜切成一半、四分之一、八分之一、更小,还会浮吗?”这一探究活动。依照教材所示进行预实验,一开始胡萝卜是沉的,当被切得小到一定的程度时,竟然浮起来了!纳闷之余拿起一整个胡萝卜放入水中,胡萝卜一头浮一头沉,将其切成小块放入水中观察,也是浮的;重新选了一个胡萝卜继续实验,发现这个萝卜不论大块的还是小块的,都是沉的。这一实验结果会令每一个人傻眼,这种结果如何说明“同种材料的物体在水中的沉浮与其轻重、大小无关”的论点呢?于是仔细观察各个胡萝卜,发现胡萝卜切面上各个部分疏密程度不同,用手压,疏的地方手感较松,密的地方手感较实,用放大镜观察,切面上有的地方气泡多,有的地方气泡少。原来,不同的胡萝卜密度不同,甚至同一个胡萝卜各部分的密度也不一样,所以它们的沉浮不一样也就不足为奇了。为了避免在课堂上引起不必要的争执,经过实验,最后确定以苹果代替胡萝卜,课上学生的实验开展顺利。试想,假如没有预实验,学生拿着这些胡萝卜进行实验,那这节课就变成另一个探究主题了。
一、通过教学前测,了解学生错误的前概念
教学浮力知识前,我们对本校154名初二学生进行了问卷调查,并访谈了部分学生,研究结果及分析如下:
(一)对漂浮状态的认识
1.对漂浮原因的认识
近一半学生(48.1%)认为物体能浮在水面上是因为受到的浮力大(见下页表1)。一项对7~12岁儿童的研究发现,31.7%的儿童认为物体漂浮是因为这个物体很轻,17.2%的儿童认为物体是空心的;而本调查数据显示,持这两种观点的学生各占3.2%——百分比大幅下降,原因是学生经历了小学科学课程和初二大半年的物理课程学习,知识在增长,生活阅历逐渐丰富,一些错误的观念发生了潜移默化的转变,学生的自我教育在这种转变过程中发挥了重要的作用。而且,因为已经学习了密度知识,有45.5%的学生开始用密度的视角思考物体浮沉的原因。
2.对漂浮浮力的比较
大部分学生(71.9%)认为物体露出液面的体积越大,就是浮得越厉害,受到的浮力也就越大;仅有13.4%的学生认为一样大。这说明多数学生不能将漂浮与平衡状态联系起来,缺乏在具体情境中应用物理知识的能力(见下页表2)。
3.对上浮和漂浮的理解
91.6%的学生认为上浮与漂浮是有区别的(见下页表3);但他们只是从字面意思上区别了上浮和漂浮,在物理情境应用时却会犯错,正确率仅为37.6%,51.0%的学生把两者混淆了(见下页表4)。
(二)对下沉状态的认识
与漂浮原因的认识相似,学生思维主要集中在一个因素上,即物体自身的特点或者浮力的大小,认为与物体自身有关的(物体很重、物体是实心的)占10.3%,有43.6%的学生认为“受到的浮力小”。这些都是从一个维度考虑浮沉条件(实际上需要比较重力与浮力,或物体与水的密度大小关系),说明学生依据知识与经验构建起来的前概念一般不复杂,但前概念是学生与环境长期作用的结果,往往根深蒂固,不复杂并不意味着可以轻松转变。另外,因为掌握了一些密度知识,有46.1%的学生认为“物体密度比水大”(见下页表5)。
(三)对悬浮状态的认识
1.对悬浮现象的认识
上浮、漂浮、下沉现象在日常生活中司空见惯,但悬浮却较为少见,学生缺乏这样的生活体验。27.9%的学生认为悬浮“不可能”,9.1%的学生“不知道”(见下页表6)。
2.对悬浮原因的认识
让表6中选A的学生继续回答下页表7的问题,36.4%的学生认为物体悬浮在液体中应还受其他外力的作用,说明学生心目中的“悬浮”与物理学上的悬浮概念存在偏差,进而表明学生对物理学上的悬浮现象持怀疑态度。
3.对悬浮现象的理解下页表8中,59.7%的学生认为木块是悬浮的,事后通过访谈了解到原因:学生将“悬浮”拆开来理解,认为物体有上浮的趋势(即“浮”),但在外力作用下静止在水中(即“悬”),即为悬浮状态。表9中,65.6%的学生认为铁块不是悬浮的,理由是:虽然物体在外力作用下静止在水中,但有下沉趋势,故不是悬浮。但仍有34.4%的学生认为铁块是悬浮的。由此可见,在几种状态中,学生认识存在分歧的是悬浮现象。但从教学实践看,学生只要明确了悬浮的定义,这个看似复杂的前概念反而更容易转化。
二、错误前概念的转变路径
(一)体验证伪,引发认知冲突
科学是靠证伪发展的。比如,比萨斜塔实验,证伪了亚里士多德关于物体下落的论断;卢瑟福的α粒子散射实验,证伪了汤姆逊的原子结构西瓜模型……科学史也表明:在科学探索的漫长岁月中,人们对自然科学现象及本质的认识都是不断地通过证伪错误的假说和理论而逐步深入的。通过体验感知,引导学生证伪前概念,可以激发学生修正或重构观念的心理欲望。
【片段1】
器材准备:盛水的水槽、带盖的小玻璃瓶、小泡沫块、苹果、橡皮泥以及学生自备的各种小物体(小玻璃瓶的体积大于小泡沫块的体积,苹果的质量大于橡皮泥的质量)。
学生活动:将这些物体浸没在水中,松手,观察发生的现象,汇报下沉和上浮的物体分别有哪些。
学生交流:下沉的物体有装较多水的小玻璃瓶、橡皮泥等;上浮的物体有装少量水的小玻璃瓶或空玻璃瓶、小泡沫块、苹果等。
基于前概念研究结果,展示要讨论的问题:下列几种关于浮沉原因的分析是否正确?为什么?(1)轻的物体上浮,重的物体下沉;(2)空心的物体上浮,实心的物体下沉;(3)物体受到的浮力大,所以上浮,反之则下沉。
尽管有些实验现象与以上说法一致,但一些反例足以使学生意识到自己的前概念存在瑕疵。例如,对于问题(1),橡皮泥比苹果轻,而橡皮泥下沉、苹果上浮,说明物体的浮沉并不由轻重决定;对于问题(2),装较多水的小玻璃瓶是空心的,但它下沉,苹果是实心的,但它上浮,说明物体的浮沉并不由实心或空心决定;对于问题(3),装有较多水的小玻璃瓶体积比小泡沫块大,受到的浮力大,但小玻璃瓶下沉、小泡沫块上浮,说明浮沉条件也不是仅由浮力大小决定的。学生自然就会产生疑问:物体的浮沉到底由什么决定呢?
通过以上体验活动和证伪过程,让学生产生认知冲突,导致认知失衡,进而产生调整认知结构的内驱力。这种认识兴趣和认知内驱力是学习的内在动机中最活跃的成分,将激励学生充满热忱地从事学习和探究。
(二)探究推理,建构科学概念
认知内驱力点燃了学生求知的火把,如果及时地提供探究素材,构建科学概念就水到渠成了。
【片段2】
任务驱动:怎样使下沉的物体浮起来?怎样使漂浮的物体沉下去?并说明采用的方法。
学生探究,交流方案:减少瓶中的水、将橡皮泥捏成船形,分别是通过减少物重、增大浮力的方法使沉底的物体漂浮;相反,增大物重或减少浮力,能使漂浮的物体沉下去。
教师追问:以下沉的物体为例,减小物重或增大浮力一定能使沉底的物体浮上去吗?
教师演示:将沉底的玻璃瓶取出,用注射器抽出少许水,做入水中,小玻璃瓶仍沉在底部;将绑有钩码的气球沉底(如图4),用打气筒给气球充少量气,体积变大,浮力增大,而它们还是沉底(如图5)。
教师提问:前者减少物重,后者增大浮力,但都没有浮起来,这是为什么?
对比演示:继续抽取一部分水,小玻璃瓶开始上浮;继续给气球充气,气球和钩码也开始上浮。
教师追问:这又是为什么?
引导学生从受力的角度思考,让沉底的物体上浮,减少物重或者增大浮力的最终目的是使浮力大于重力,让学生意识到浮沉条件由浮力和重力共同决定。学生归纳推理,得出结论:当浮力大于重力时,物体上浮;当浮力小于重力时,物体下沉。
接着介绍漂浮和悬浮两种状态,并结合二力平衡知识得出漂浮和悬浮的条件,同时让学生讨论悬浮和漂浮的区别。对于悬浮,可以用鸡蛋悬浮在盐水中的实验强化对悬浮现象的感知,并说明鸡蛋只受重力和浮力作用,不受其他外力。最后,学生自主推导不同状态下物体密度和液体密度的关系。
三、教学效果与反思