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

        2024-01-05 16:19:27廖玉萍
        小學(xué)科學(xué) 2024年2期
        關(guān)鍵詞:科學(xué)素養(yǎng)小學(xué)科學(xué)深度學(xué)習(xí)

        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,明確問題

        本實(shí)驗(yàn)來源于教科版小學(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,使用番茄醬來模擬巖漿,利用土豆泥來模擬地殼中的巖層。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,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)主要存在以下問題:(1)操作麻煩,耗時(shí)長。土豆泥過干或過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。基于原有實(shí)驗(yàn)存在的問題,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)材料的靈感來自真實(shí)的火山模型。改進(jìn)過程如表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,而且操作起來更加簡單、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,這座小島是怎么來的?請(qǐng)學(xué)生猜測(cè)并說理由。

        學(xué)生通過觀察視頻梳理真實(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)問題鏈

        在通過探索獲得證據(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,通過設(shè)計(jì)有層次的“問題鏈”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: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1:一開始沒變化,要加熱一段時(shí)間才能噴發(fā)。(師:這說明了什么呢?)這說明了要達(dá)到一定的溫度才能噴發(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,就把山頂起來了。

        通過追問和引導(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)類型多樣,并意識(shí)到其受到復(fù)雜地形的影響。通過建模,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。不僅無法觀察到底部的變化,而且容易出現(xiàn)坍塌、翻倒、耗時(shí)過長等現(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,操作簡單,節(jié)省了大量時(shí)間。

        (二)變化可視,凸顯過程

        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。

        即使部分小組由于土豆泥加的量過多,番茄醬不能噴出,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。在探索過程中,出現(xiàn)異?,F(xiàn)象是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證意識(shí)的絕佳機(jī)會(huì)。對(duì)異常現(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,而遲遲不能噴發(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、類比推理等高階思維能力。

        參考文獻(xiàn)

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        [2]章俐鑫.“火山噴發(fā)的成因”模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與改進(jìn)[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備,2022(1):36-37.

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        [4]曾夏招.指向高階思維培養(yǎng)的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理[J].教學(xué)與管理,2022(11):66-70.

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