福建省建甌市實驗小學(xué) 阮承李

“材料引起學(xué)習(xí)，材料引起活動”，材料是進(jìn)行科學(xué)探究的基礎(chǔ)。如何讓實驗材料具有嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)，目前大家引用得最多的是蘭本達(dá)教授和我國著名科學(xué)啟蒙教育專家劉默耕的闡述。很多分析文章大同小異，點到即止，對于一線教師而言，往往看后僅停留在有所知上，實際教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)材料替換、選擇的不妥。本文圍繞一個活動做一個較深入的分析，讓大家對材料的結(jié)構(gòu)性有一個更全面的把握，舉一反三，更好地開展實驗教學(xué)。

筆者以教科版五年級下冊第一單元第1課“物體在水中是沉還是浮”的第二個活動“觀察更多的物體是沉還是浮”為例。課本中提供了七種材料：小石塊、泡沫塑料塊、回形針、蠟燭、帶蓋的空瓶、蘿卜、橡皮。前面一個活動中，學(xué)生已經(jīng)初步明白了判斷沉浮的標(biāo)準(zhǔn)、掌握了實驗方法，這一活動要讓學(xué)生觀察這七種材料的沉浮。實驗基本過程是先預(yù)測、說預(yù)測理由，然后實驗觀察，最后對比預(yù)測和實際結(jié)果，整理預(yù)測理由，推測物體的沉浮和什么因素有關(guān)。下面僅從材料的本身做一個分析，讀懂材料的結(jié)構(gòu)中所包含的豐富內(nèi)容，對于材料的順序、實驗過程的配合這里不做介紹。

一、鞏固提升，考慮前一活動所學(xué)

前面一個活動中剛學(xué)習(xí)了沉浮的標(biāo)準(zhǔn)以及將物體放入水中的操作方法。這個實驗承擔(dān)著鞏固、深化沉浮標(biāo)準(zhǔn)及操作方法的任務(wù)。物體在水中的沉浮判斷，對于浮在水面、沉在水底這兩種情況，和學(xué)生的前概念一致，學(xué)生掌握不難。而物體處在水面以下水底以上，即學(xué)生前概念中的半沉半浮歸屬于浮，學(xué)生即使在概念上接受了，但實際學(xué)習(xí)中經(jīng)常還是轉(zhuǎn)不過彎來。因為其中還涉及一個問題：物體的上浮下沉與沉浮的區(qū)別聯(lián)系。上浮下沉指的是一個過程，沉與浮是針對結(jié)果。物體放到水里，慢慢沉入水中，只要沒有接觸底部都屬于浮，學(xué)生很容易受到下沉這一概念的干擾。通過這一活動，能讓學(xué)生進(jìn)一步理解沉浮判斷標(biāo)準(zhǔn)。這里的七種材料中，有浮在水面屬于浮的，如泡沫塑料塊；有沉在水底屬于沉的，如小石塊、回形針；有大部分沉在水中屬于浮的，如蘿卜。而學(xué)生的認(rèn)知難點在“半沉半浮屬于浮”這種情況，這七種材料中僅有一種，因此我們可以在這一組材料中增加一種“半沉半浮屬于浮”的材料，以加強(qiáng)難點突破。

二、科學(xué)設(shè)計，考慮學(xué)生認(rèn)知水平

這七種材料中，對于大部分學(xué)生而言，有很容易判斷沉浮的，如小石塊、泡沫塑料塊、回形針、帶蓋的空瓶；也有生活中很常見，但卻比較難判斷沉浮的，如蠟燭、蘿卜、橡皮。這樣安排便于學(xué)生通過容易判斷沉浮的材料，預(yù)測比較難判斷沉浮的材料，引發(fā)學(xué)生思考，帶動思維向更深層次推進(jìn)。

三、保重破難，考慮實驗主要因素

本單元以沉浮為中心，圍繞密度和浮力兩條暗線展開。在學(xué)生的印象中，影響物體在水中沉浮的因素主要有材料本身的輕重（含有密度的意思）、物體質(zhì)量的大小、體積的大小、物體的形狀、實心空心等。這七種材料，從下節(jié)課課本提供的圖中可知，物體從輕到重依次是回形針、泡沫塑料塊、帶蓋的空瓶、橡皮、蠟燭、小石塊、蘿卜。從物體的輕重看，最輕的回形針是沉的，稍重一點的泡沫塑料塊是浮的；最重的蘿卜是浮的，稍輕一點的小石塊是沉的。物體的體積從小到大依次是回形針、帶蓋的空瓶、橡皮、蠟燭、小石塊、泡沫塑料塊、蘿卜。從物體的體積大小看，最小的回形針是沉的，稍大一點的帶蓋的空瓶是浮的；最大的蘿卜、泡沫塑料塊是浮的，稍小一點的小石塊是沉的。綜合來看，最大最重的蘿卜是浮的，最小最輕的回形針是沉的。這樣的安排和學(xué)生前概念中物體輕的、小的容易浮，重的、大的容易沉相矛盾，既避免了學(xué)生得出錯誤結(jié)論，同時引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生探究興趣，引發(fā)學(xué)生思考。（這七種材料的輕重、大小排序通過本單元第2課第1個活動“分析物體在水中的沉浮規(guī)律”兩幅排序圖可知）從形狀看，這組材料中有規(guī)則的，也有不規(guī)則的，有的特別尖，有的比較圓、方正。從材料的實心、空心看，空心的只有帶蓋的空瓶，其余實心。從材料的材質(zhì)看，有金屬的、塑料的、玻璃的等。這些物體沉浮有些和學(xué)生的原有認(rèn)知一致，如金屬的容易沉，空心的、泡沫的容易浮；有些學(xué)生無從判斷。正是通過這樣的材料安排，巧妙地強(qiáng)化了學(xué)生正確的前概念，激發(fā)學(xué)生積極思考，糾正學(xué)生錯誤的認(rèn)識，提升學(xué)生科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)品質(zhì)。

觀察更多物體在水中的沉浮

四、聚焦主旨，考慮關(guān)鍵就重避輕

在矛盾沖突中引出問題開展探究，這是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式。這里提供的材料就包含了這種認(rèn)知沖突。材料中有意凸顯了物體的輕重、大小等和物體沉浮有關(guān)的主要因素，至于物體的顏色、質(zhì)感、軟硬等，也有一部分學(xué)生認(rèn)為和物體的沉浮有關(guān)，但不是主要矛盾。在材料的選擇上，實際授課中都不要在這方面“節(jié)外生枝”，避免沖淡主題。比如物體如果提供得太小或太薄，原本沉的物體，由于受到水的表面張力而浮起來。這一實驗現(xiàn)象有意義，但并不適合在本課研究。

五、著眼整體，考慮教學(xué)前后聯(lián)系

本課第三個活動研究同種材料與沉浮的關(guān)系。橡皮是沉的，蘿卜是浮的，通過切分橡皮和蘿卜，學(xué)生發(fā)現(xiàn)同種材料構(gòu)成的物體，把它們的體積變小，沉浮狀況不變。增大體積實驗課本上安排了串回形針、疊加小木塊（小木塊的沉浮實驗第1個活動做過），同樣這兩種材料也是一沉一浮的。通過實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)同種材料構(gòu)成的物體，把它們的體積變大，沉浮狀況不變。因此在做第二個實驗時，要考慮好第三個實驗的開展。

六、注重效益，考慮材料選擇替換

了解了材料的結(jié)構(gòu)，我們就可以很好地選擇蠟燭的長短、瓶子的大小、橡皮的大小等，進(jìn)而根據(jù)實際選擇常見的、環(huán)保的、低價的予以替換。如對于胡蘿卜這一材料，我們在實驗中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)是沉的，并不符合實驗要求，必須予以替換。又如第三個實驗，在增大、減小體積的過程中，要考慮切割后材料的吸水性，切開后的材質(zhì)是否均勻等。對于疊加物體的實驗我們要考慮如何固定兩個物體。比如授課中，我們看到有的教師用牙簽代替小木塊做增大體積實驗，固定時用透明膠帶，這個實驗則不科學(xué)，對于牙簽的沉浮來說，透明膠帶的沉浮狀況已經(jīng)影響了牙簽的沉浮。

材料不會說話，但有結(jié)構(gòu)的材料蘊含了豐富的信息。教師只有掌握相關(guān)理論知識，認(rèn)真挖掘，分析材料與學(xué)生的關(guān)系，必須符合學(xué)生心理、認(rèn)知規(guī)律；分析材料與教學(xué)的關(guān)系，必須著眼整體，聚焦主旨，保重破難；分析材料與課堂的關(guān)系，必須有利于教學(xué)組織、管理；分析材料與實際效益的關(guān)系，在實驗效果與材料的成本、環(huán)保、準(zhǔn)備的便捷上取得平衡。掌握了材料的結(jié)構(gòu)，才能更好地運用材料，開展有結(jié)構(gòu)的實驗，構(gòu)建有結(jié)構(gòu)的課堂，更好地為提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)服務(wù)。