◇湯永海（浙江：杭州蕭山區(qū)葛云飛小學(xué)）

在《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，物質(zhì)領(lǐng)域板塊的“空氣”單元出現(xiàn)了“空氣能否被壓縮”這一宏觀分辨現(xiàn)象，運(yùn)用了“從微觀結(jié)構(gòu)看物質(zhì)形態(tài)變化”的圖示教學(xué)法。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)特性，從微觀結(jié)構(gòu)來理解是一種必要的方式，即使在小學(xué)階段也需要培養(yǎng)學(xué)生對物質(zhì)微觀世界的想象力。本文通過搜尋物質(zhì)單元隱含微觀結(jié)構(gòu)的教學(xué)環(huán)節(jié)，整合宏觀與微觀的內(nèi)涵關(guān)系，在學(xué)生認(rèn)知能力的基礎(chǔ)上，運(yùn)用微粒運(yùn)動圖示教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生用微觀結(jié)構(gòu)解釋宏觀現(xiàn)象，為學(xué)習(xí)物質(zhì)科學(xué)打好基礎(chǔ)。

一、教學(xué)分析

（一）微觀認(rèn)知的局部呈現(xiàn)

對低中年級小學(xué)生而言，由于認(rèn)知年齡的局限，對微觀世界的認(rèn)知甚少，在科學(xué)學(xué)習(xí)中能對生活中的宏觀現(xiàn)象，如刮風(fēng)下雨、日月星辰等做出直觀描述，就已經(jīng)很不錯了，很難會有微觀世界的考慮和認(rèn)知。

微觀結(jié)構(gòu)的形成是建立在大量宏觀現(xiàn)象的基礎(chǔ)上的，不可能是憑空想象，也不能通過大量記憶知識自發(fā)形成。因?yàn)楹暧^與微觀這兩方面在學(xué)生的頭腦中往往是孤立的、碎片的，不可能在短時間內(nèi)形成有機(jī)的聯(lián)系。對微觀世界的認(rèn)知和微觀結(jié)構(gòu)的建立，是一個逐步滲透、逐漸完善的過程。對低中年級學(xué)生來講，似乎有點(diǎn)拔高。但教材中卻已經(jīng)出現(xiàn)了需要用微觀結(jié)構(gòu)來解釋的任務(wù)，對學(xué)生現(xiàn)階段認(rèn)知水平與學(xué)習(xí)任務(wù)要求出現(xiàn)了矛盾。當(dāng)然，我們并不是要求學(xué)生現(xiàn)在就清晰認(rèn)知物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而是需要用符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的方式，來解釋或解決現(xiàn)在的任務(wù)，使其更容易接受和理解。

（二）微粒圖示教學(xué)法的直觀顯現(xiàn)

鑒于對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的概念建立難度較高、過程較長，筆者建議小學(xué)階段用微粒圖示法來輔助學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。將物質(zhì)的狀態(tài)變化想象成一個個微粒的運(yùn)動變化，在分析與比較基礎(chǔ)上，通過線條、箭頭、位置等標(biāo)識直觀形象地建立事物之間的關(guān)系，讓學(xué)生清楚地“看見”自己的所思所想，將內(nèi)隱的思考過程外顯為“可視化”狀態(tài)，從而推動學(xué)生的思維從低年級的具體形象思維向高年級的抽象邏輯思維發(fā)展。

二、運(yùn)用微粒運(yùn)動圖示教學(xué)法，建立宏觀與微觀的關(guān)聯(lián)

“水”單元的封面主圖，是水在自然界循環(huán)的場景圖，這肯定是個宏觀的圖示。但是，仔細(xì)看會發(fā)現(xiàn)：從森林和河流上升的寓意水蒸氣的箭頭，既是宏觀的空間運(yùn)動，也是微粒運(yùn)動的呈現(xiàn)；從天空云層中下落的雨點(diǎn)，也是微粒運(yùn)動的呈現(xiàn)。所以說，水在自然界不斷上升下降的循環(huán)變化，既是宏觀反映也是微觀呈現(xiàn)。

加強(qiáng)學(xué)生微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)知，必須在研究教材的基礎(chǔ)上，匠心獨(dú)運(yùn)，需要利用一幅圖、一個問題、一個小小的模型等教學(xué)方式，來引起學(xué)生對微觀知識的興趣。圖示法在課堂教學(xué)中操作易行，它直觀、簡捷、形象、具體，以圖示的形式進(jìn)行表達(dá)，將學(xué)生頭腦中的圖像簡潔畫出來，并以此了解學(xué)生的認(rèn)知程度。

（一）顆粒大小——建立微粒結(jié)構(gòu)意識

《在水能溶解多少物質(zhì)》一課的教學(xué)，就可以為學(xué)生建立物質(zhì)顆粒從大到小變化的微粒觀。例如石塊敲碎變小石子，小石子碾碎變沙子，沙子再變小就成粉末了，粉末再精細(xì)研磨就成為納米級顆粒。物質(zhì)的顆粒大小雖然改變了，甚至變成了肉眼不可見的微小顆粒，但是物質(zhì)肯定還存在，這就是物質(zhì)的微粒狀態(tài)。通過小小的活動，喚醒學(xué)生對物質(zhì)的微觀認(rèn)識，也為后面的學(xué)習(xí)打下伏筆。

在“水”單元第一課《水到哪里去了》教學(xué)中，有兩杯水經(jīng)過2～3 天后比較的實(shí)驗(yàn)，開口的杯子水面下降，蓋薄膜的杯子水面幾乎不變，薄膜上出現(xiàn)水珠。在這個分析構(gòu)成中，可以讓學(xué)生來畫一畫水減少的現(xiàn)象。學(xué)生的畫法大致有以下三種（如圖1）：

圖1 現(xiàn)象圖示與微粒圖示

從圖1 的現(xiàn)象圖示來看，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的表達(dá)方式各種各樣，但都明確水從杯口擴(kuò)散出去了，而且總趨勢都是往上，只是表達(dá)運(yùn)動路線有直線、曲線等不同方式。這時，教師可以要求學(xué)生用圖1 的微粒圖示來統(tǒng)一表達(dá)，用小顆粒表示水的微粒，很多小顆粒表示水從杯口出去了。這樣的水微粒分布圖示法，更能體現(xiàn)水以微粒形式擴(kuò)散在空氣中慢慢減少的過程，將水蒸發(fā)的不可見過程變成了可見的形態(tài)。

（二）顆粒位置——呈現(xiàn)微粒分布狀態(tài)

在表示物質(zhì)在水中的溶解情況時，微粒運(yùn)動的圖示法就非常直觀和實(shí)用，對理解溶解與不溶解起到關(guān)鍵的作用。糖能溶解在水中均勻分布，就用大小和間距都相同的顆粒表示；油不能溶解在水中，就用顆粒緊密排列在水面附近；沙不能溶解在水中，就用顆粒堆積在水底。由圖2 的圖示法可知，不僅能將糖溶解的不可見性和均勻分布的狀態(tài)直觀地顯示出來，而且連不溶解的油、沙的分布位置和狀態(tài)也能準(zhǔn)確表達(dá)。

圖2 溶解與不溶解的圖示法

在分離鹽和沙的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了讓學(xué)生畫一畫分離前后的物質(zhì)狀態(tài)。因?yàn)橛袃煞N物質(zhì)存在，就讓學(xué)生用白圈表示鹽，用黑點(diǎn)表示沙。既要用圖示法表示出兩種物質(zhì)分離前后的分布位置，還要表示出分布狀態(tài)是集中某處還是均勻分布各處。學(xué)生因?yàn)橛辛酥暗奈⒘．媹D經(jīng)驗(yàn)，也能準(zhǔn)確畫出分離前的鹽、沙混合堆積，也能畫出分離后鹽的均勻分布與沙的沉在水底。

（三）顆粒距離——解釋微粒狀態(tài)變化

在比較空氣和水能否被壓縮的實(shí)驗(yàn)中，我們能清楚地觀察到空氣可以被壓縮，而水不可以被壓縮。學(xué)生固有經(jīng)驗(yàn)應(yīng)該是水也能被壓縮，因?yàn)樗c空氣具體更多相似性：無色無味透明、沒有固定形狀、會流動。

在解釋能否被壓縮的特性時，課文用了微粒結(jié)構(gòu)的圖示法來解釋，對學(xué)生來講是比較直觀的，更容易接受。運(yùn)用微粒運(yùn)動圖示法，我們可先來畫一畫空氣和水在容器中的分布狀態(tài)，然后再來分析被壓縮的可能性。由圖3 可知，左圖的空氣微粒結(jié)構(gòu)松散，分布無規(guī)律，微粒間距離比較大，沒有固定的物體表面；右圖的水微粒結(jié)構(gòu)緊密，分布整齊有規(guī)律，微粒間距離小，有清楚的水的表面。這樣就容易理解，一個松軟的東西容易被壓縮，而一個緊實(shí)的東西往往不容易被壓縮。教材對空氣微粒運(yùn)動的解釋，就是小圈圈表示物質(zhì)的顆粒，通過物質(zhì)顆粒間的距離變化來表示壓縮前后物質(zhì)分布狀態(tài)的變化，從而出現(xiàn)容易被壓縮和不容易被壓縮的兩種情況。請?zhí)貏e留意，教材中對空氣被壓縮過程的示意圖，就是用“〇”表示空氣顆粒。

圖3 空氣和水分布

同樣的方法，可以幫助學(xué)生理解水的三態(tài)變化，其實(shí)就是水的微粒的距離變化的結(jié)果：水的微粒距離越大、越松散，就形成了氣體狀態(tài)；水的微粒距離縮小，呈現(xiàn)一定的排列規(guī)律，就變成了液體狀態(tài)；如果水的微粒距離極小，相互間緊密擠在一起，那就是固體狀態(tài)硬邦邦的冰了。

（四）顆粒分布——思考微粒運(yùn)動效果

看《我們來做熱氣球》一課，學(xué)生在這個單元已經(jīng)學(xué)習(xí)了熱空氣會變輕上升的知識，但是對于熱空氣的分布狀態(tài)卻還沒有形成相應(yīng)的微?？臻g分布的差異認(rèn)識，因而在完成熱氣球升空后的理性分析中，還是出現(xiàn)了各種版本的理解。有將熱空氣畫在熱氣球入口周圍且貼著氣球皮的；將熱空氣全部上升到熱氣球最頂部的；有將熱空氣升到了氣球頂部，稍微散開些的；有將微粒數(shù)量明顯增加，表示里面熱空氣大量增加，但是體積只是略有增加的……其實(shí)，學(xué)生問題的暴露，關(guān)鍵就是還沒有搞清楚熱空氣發(fā)生的變化是跟誰比較，發(fā)生了哪些變化。正確的理解應(yīng)該是熱空氣當(dāng)然是越多越容易升空，但是熱空氣越多體積就越大，熱空氣在分布上比冷空氣要更松散，就是微粒間的距離應(yīng)該更大。所以熱氣球中的熱空氣微粒應(yīng)該是數(shù)量更多、間距更大才對，這是相對于熱氣球外面的冷空氣而言的。

所以，我們只需要在學(xué)生圖示（見圖4）的熱氣球圖片上上增加一個熱氣球外圍空氣微粒分布的背景就可以了，讓學(xué)生知道熱空氣是相對氣球外的冷空氣比較的，在與冷空氣比較之后，發(fā)現(xiàn)空氣微粒在空間分布上相互間距離更大、數(shù)量更多，從而體積更大了，熱氣球才會獲得更大浮力而上升。

圖4 熱氣球外圍空氣與內(nèi)部空氣分布實(shí)驗(yàn)單

三、教學(xué)思考

運(yùn)用微粒運(yùn)動圖示教學(xué)法，能讓學(xué)生逐步建立一種物質(zhì)的微觀認(rèn)知，從而強(qiáng)化用微觀結(jié)構(gòu)解釋宏觀現(xiàn)象的意識。在小學(xué)階段，我們將會涉及“微小的世界”單元，探尋微小生物的存在，認(rèn)識動植物細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)，這也是對微觀認(rèn)知的培養(yǎng)。將來，學(xué)生會更細(xì)化為物質(zhì)微粒結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。在教學(xué)中，教師需要把握教材章節(jié)的知識特點(diǎn)，做到“見宏思微，以宏窺微”，逐步滲透和形成微觀意識。

將實(shí)驗(yàn)探究活動轉(zhuǎn)化成學(xué)生用微粒運(yùn)動的圖示教學(xué)法解釋過程，能幫助學(xué)生建立起“物質(zhì)是由微粒構(gòu)成，微粒很小，是會運(yùn)動的，有間隙的，微粒間又是相互作用的”微粒觀，為培養(yǎng)學(xué)生宏觀微觀結(jié)合的素養(yǎng)提升起到貫通的作用。今天我們所運(yùn)用的微粒運(yùn)動圖示教學(xué)法，是為將來的微觀世界學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)的。

總之，在科學(xué)探究學(xué)習(xí)中，培養(yǎng)學(xué)生的微粒觀是必要的，能結(jié)合現(xiàn)階段的認(rèn)知水平，用微粒運(yùn)動的圖示教學(xué)法進(jìn)行個人觀點(diǎn)的呈現(xiàn)，這是學(xué)生微粒觀形成的有效途徑，有助于培養(yǎng)學(xué)生具有微觀結(jié)構(gòu)的想象力?！?/p>