宗全全

科学大概念是指可以适用于一定范围内物体和现象的概念，能够用于解释和预测较大范围的自然界现象。面对浩如烟海的科学知识，小学科学教学应该指向科学大概念，帮助学生理解与他们生活相关的事件和现象，进而发展科学思维，提升科学素养。

笔者以教科版小学科学五年级下册《空气的热胀冷缩》一课为例，来谈一谈如何在科学大概念的理念指导下进行小学科学教学。

一、通过绘制概念图表，科学分析概念逻辑体系

科学教师在进行科学教学之前要通过绘制概念图等方式来分析概念的逻辑体系，了解概念间的区别与联系，据此选用适合的教学具，设计并组织教学。

《空气的热胀冷缩》一课教学中其目标指向的科学大概念主要有两个：一个是宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的;另一个是当事物发生变化或被改变时，会发生能量的转化。从今年刚颁布的课程标准中的物质领域科学概念结构图可以看出，最核心的概念是物质世界，也即“物质是由微粒组成的”和“物质的变化伴随能量的转变”两个科学大概念。

以“物质具有热胀冷缩的性质”，这一概念来说，与之对应的下位概念应该是固体、液体、气体都具备热胀冷缩的性质，教学时必须从固体、液体、气体三个方面来验证物质具有热胀冷缩的性质。另外能量转变（温度变化）是物质产生“热胀冷缩”现象的根本原因，教学时必须指向“物质是由微粒组成的”和“物质的变化伴随能量的转变”物质科学领域的这两个科学大概念。

二、使用多种调查方法，科学探知学生前概念

前概念是学生在进行科学学习前就存在的对某一事物或事件的原有认知，影响学生建构科学概念。探知学生的前概念可以了解學生认知中的概念结构，为指向科学大概念的教学做好准备，所以教学前探测学生科学前概念非常必要。

探测学生的前概念有访谈、纸笔调查、画图、观察等多种方法，准确高效地获取学生对于“物体热胀冷缩”的前概念适宜采用访谈和纸笔调查的方法。

通过调查，笔者发现，学生基本认同空气是一种物质，之所以看不见是因为空气太小了，这样的认知恰是指向“宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成”这一大概念的，为建构物质会受热膨胀，遇冷收缩的科学概念提供了很好的支撑。

三、围绕概念教学主线，科学设计教学环节

科学课堂是要以概念教学为主线的，要有大概念的教学方向，没有正确指向科学大概念，对于学生科学思维的培养将事倍功半。在《气体的热胀冷缩》一课中，基于对学生科学前概念的了解以及科学概念层级的剖析，我通过以下的活动设计，帮助学生逐步建构起科学概念。

（一）通过绘图把模糊认识变为清晰认识

在学生脑海中关于“物质是由微粒组成的”这一认识是模糊的，教师可以引导学生通过绘图把模糊的认识直观地表现出来。在教学时，教师可以由前一课《液体的热胀冷缩》迁移引入，然后出示烧瓶，让学生把自己关于气体热胀冷缩的现象画出来。很多学生在画图时，把本来看不见摸不着的空气画成了可爱的卡通形象，把气体受热膨胀，遇冷收缩的性质直观地表现出来。

（二）通过实验设计变隐性现象为显性现象

物质具有热胀冷缩的性质，但这种性质很多情况下并不能够直观感受到，特别是看不见摸不着的气体，更是无法直接观察感受。所以，在教学时必须选用恰当的科学器材，通过设计科学的实验来让气体的“热胀冷缩”性质变隐为显。

在实验时要注意器材的选择，笔者在执教《气体的热胀冷缩》一课时采用气球和烧瓶等实验器材来设计实验。为保证气球不漏气，气球口大小要与烧瓶口相符，太大会造成气体漏气，太小则会难以固定在烧瓶口上，影响实验效果。过小的烧瓶因为瓶内气体过少，会影响实验的效果。为此，笔者选用稍大一点的烧瓶，盛水的容器也要随之准备大一些。

“物质的变化伴随能量的转变”，造成物质热胀冷缩变化的因素正是温度的变化。为了让实验效果更明显，温度的差异要大一些，教师要准备好足够的冷水和热水，准备冷水时要提前制取一部分冰块，教学时用冰块达到冷水温度低的效果。教学中，学生通过蒙上气球的烧瓶分别放入热水、常温水和冰水中，通过观察气球的变化来了解不同温度时气体的胀缩变化，建构起“气体具有热胀冷缩”这一科学概念。

（三）通过游戏活动让抽象的认识变为直观的感受

杨振宁指出：对于基本概念的理解要变成直觉。设计模拟空气微粒运动的游戏，就是将学生对大概念的抽象认识转变为直观感受。模拟空气微粒运动游戏让部分学生扮演空气微粒，再让一部分学生扮演气球，手拉手绕“微粒”围成一圈。感受当空气微粒安静地挨个站着时和剧烈运动需要围成圈的大小变化，来直观地认识气体的热胀冷缩现象，同时加深了“物质是由微粒组成的”和“物质的变化伴随能量的转变”这两个科学大概念的认识。

四、运用大概念有效延伸，科学解释身边现象

通过教学活动，学生已经建构起“气体具有热胀冷缩性质”这一科学概念，并初步建构了“物质是由微粒组成的”和“物质的变化伴随能量的转变”这两个科学大概念。在教学总结环节中，教师要有意识地把学生在课堂的探究热情延伸到课外，让学生尝试运用大概念去解释身边的一些现象，这对于发展学生的科学思维将大有裨益。

本课教学中，笔者给学生布置了这样的课后作业：去寻找固体具有热胀冷缩性质的实例并尝试用今天所学到的知识进行解释。在对学生作业进行整理分析时，笔者发现许多同学能够找出高压电线、桥面和沥青路面在夏天与冬天的不同的现象，并运用“物质是由微粒组成的”这一科学大概念来解释这些现象，认为固体物质也是由微粒组成的，这些微粒受热后膨胀，让固体变大、变长、变宽，遇冷时则会变小、变短、变窄;还有一部分同学尝试用这节课所学到两个科学大概念来解释后面将要学习的热传递等现象，认为热引起了物质中某一部分微粒的运动，从而带动了更多微粒运动，随着运动，微粒把热能传递到物质的其他部位。

在科学大概念指导下的小学科学课堂中，学生收获的不再是单纯的知识“青草”，而是科学思维得到充分发展的能力“油井”。

【作者单位：淮安市淮阴区教师发展中心  江苏】