王愛偉

隨著編程和開源硬件的推廣與普及，教育工作者開始把編程與數(shù)學(xué)、物理、生物、科學(xué)等學(xué)科進(jìn)行融合。通過編程+學(xué)科實(shí)現(xiàn)教育創(chuàng)新，小學(xué)科學(xué)+編程+開源硬件在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)非常突出。筆者作為一名小學(xué)科學(xué)老師，在創(chuàng)新科學(xué)實(shí)驗(yàn)教具方面做了一些嘗試。本文以蘇教版《科學(xué)》教材四年級(jí)上冊(cè)第二單元中的《冷熱與溫度》一課教學(xué)為例，從教材分析、學(xué)情分析、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)過程、創(chuàng)新之處等幾個(gè)方面談?wù)劰P者的做法。

一、教材、學(xué)情分析

本節(jié)課選自蘇教版《科學(xué)》四年級(jí)上冊(cè)第二單元“冷和熱”的第一課，這一單元主要是根據(jù)《科學(xué)（3～6年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)》中“能的表現(xiàn)形式”和“物體與物質(zhì)”中的要求建構(gòu)的。教材通過“了解溫度計(jì)的作用”“學(xué)習(xí)使用溫度計(jì)”“”連續(xù)測(cè)量熱水的溫度”這三個(gè)部分來(lái)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)冷熱與溫度。從結(jié)構(gòu)上看，這一單元探究的都是生活中一般的熱現(xiàn)象極其簡(jiǎn)單的規(guī)律。

冷和熱是生活中常見的現(xiàn)象，如氣溫的高低、物體的冷暖、食物加熱、冰箱制冷、測(cè)量體溫等等。這些學(xué)生都有豐富的生活經(jīng)驗(yàn)，但他們對(duì)冷和熱的認(rèn)識(shí)，更多的時(shí)候還是停留在自我感覺的層面，對(duì)很多冷熱現(xiàn)象，他們還不能做出合理的解釋。因此，當(dāng)教材引領(lǐng)學(xué)生聚焦生活中一些常見的冷熱現(xiàn)象時(shí)，他們面對(duì)熟悉的現(xiàn)象卻不能做出合理的解釋，而通過問題引領(lǐng)，可以激發(fā)學(xué)生的內(nèi)驅(qū)力。

根據(jù)學(xué)情，合理制定教學(xué)目標(biāo)。我在本課中利用編程和開源硬件創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具，當(dāng)實(shí)驗(yàn)探究遇上編程和開源硬件，就發(fā)生了一系列的化學(xué)反應(yīng)。學(xué)生感受到了智能制造的無(wú)限可能，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí)。基于以上對(duì)教材和學(xué)生的分析，筆者制定了如下教學(xué)目標(biāo)。

二、教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

學(xué)習(xí)使用水銀溫度計(jì)，初步學(xué)會(huì)用溫度計(jì)測(cè)量水溫，正確使用溫度計(jì)測(cè)量溫度。

通過小組合作能夠連續(xù)測(cè)量熱水的溫度變化，得出熱水降溫的過程是先快后慢。

能夠耐心、細(xì)致地觀察和記錄數(shù)據(jù)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。

了解電子測(cè)溫計(jì)的工作原理，通過智能教具，了解編程和開源硬件在產(chǎn)品制造中的應(yīng)用，讓學(xué)生感受到產(chǎn)品在不斷迭代升級(jí)，科技發(fā)展給我們的生活帶來(lái)便利。本課的教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生學(xué)會(huì)測(cè)量水溫的方法。本課的教學(xué)難點(diǎn)是連續(xù)測(cè)量一杯熱水的降溫過程，發(fā)現(xiàn)溫度變化的規(guī)律。

三、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）導(dǎo)入新課

受新冠疫情的影響，體溫成了一個(gè)敏感的話題。上課伊始我先讓學(xué)生說一說平時(shí)用什么測(cè)量體溫。當(dāng)學(xué)生提到電子測(cè)溫計(jì)的時(shí)候，我讓兩名學(xué)生分別用電子測(cè)溫計(jì)和水銀溫度計(jì)測(cè)體溫，感受兩者的不同，讓學(xué)生談測(cè)溫的感受，順勢(shì)引出問題：“你想知道電子測(cè)溫計(jì)的工作原理嗎？”激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

（二）探究過程

小學(xué)科學(xué)的重要任務(wù)，不僅在于傳授科學(xué)知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究方法。整個(gè)探究環(huán)節(jié)分為四個(gè)部分。

討論預(yù)測(cè)。在討論預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生充分交流預(yù)測(cè)結(jié)果。學(xué)生預(yù)測(cè)的結(jié)果分四種情況：先快后慢、先慢后快、勻速降溫、沒有規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。小組合作利用鐵架臺(tái)固定溫度計(jì)，每隔2分鐘記錄一次水的溫度，記錄數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)過程中，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。

數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。采集完實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生繪制統(tǒng)計(jì)圖。學(xué)生根據(jù)統(tǒng)計(jì)圖，分析溫度的變化規(guī)律。由于課堂時(shí)間有限，學(xué)生得到的數(shù)據(jù)并不多，很多小組繪制的統(tǒng)計(jì)圖規(guī)律不明顯，學(xué)生討論熱烈，卻無(wú)法得出統(tǒng)一的結(jié)論，給其認(rèn)知造成了困擾。

我此時(shí)出示正在采集數(shù)據(jù)的電腦屏幕，看著電腦繪制的折線統(tǒng)計(jì)圖，學(xué)生驚訝的表情我至今記憶猶新。他們?nèi)滩蛔≠潎@太神奇了：“老師這是什么？”“它是怎么做到的？”我開始給學(xué)生介紹編程軟件，溫度傳感器、主控板等硬件及連接方法，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情達(dá)到了高潮。我讓學(xué)生暢所欲言，他們說出了這個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器的很多優(yōu)點(diǎn)，在體驗(yàn)了智能設(shè)備優(yōu)勢(shì)的同時(shí)還提出了改進(jìn)的方向，一連串有價(jià)值的問題就像發(fā)生了連鎖反應(yīng)一樣涌現(xiàn)。

學(xué)生根據(jù)智能設(shè)備繪制的折線統(tǒng)計(jì)圖，順利地得出熱水變涼是一個(gè)先快后慢的過程。趁熱打鐵，我又向?qū)W生拋出了一個(gè)難題：熱水變涼，為什么會(huì)先快后慢呢？學(xué)生再仔細(xì)觀察分析統(tǒng)計(jì)圖，不難推理出：熱水剛倒入杯中時(shí)，與周圍環(huán)境的溫度相差很大，熱量散發(fā)得很快，當(dāng)逐漸與周圍環(huán)境的溫差變小時(shí)，熱的散發(fā)速度就減慢了。通過創(chuàng)新智能，順利突破了本課的教學(xué)難點(diǎn)。

拓展延伸。為了進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探究熱情，我提出一個(gè)課后探究問題：利用今天的智能測(cè)溫計(jì)還能做哪些實(shí)驗(yàn)？

在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生經(jīng)歷了提出問題、做出假設(shè)、制定計(jì)劃、搜集數(shù)據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流、評(píng)價(jià)反思等過程。這是一個(gè)相對(duì)典型、比較完整的科學(xué)探究過程，學(xué)生以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)推理得出結(jié)論，落實(shí)了新課標(biāo)對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的要求。

四、教具創(chuàng)新之處

本實(shí)驗(yàn)所用到的智能測(cè)溫計(jì)的核心構(gòu)件是傳感器結(jié)合編程軟件，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)等工作。

采集的數(shù)據(jù)以折線統(tǒng)計(jì)圖的形式呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)顯示形象直觀，學(xué)生感受到了采集大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的精確、快捷，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更有說服力。

讓學(xué)生感受到編程和開源硬件在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，使之有了一次全新的實(shí)驗(yàn)感受。

比如，實(shí)驗(yàn)教具在采集數(shù)據(jù)過程中，無(wú)須人工操作，點(diǎn)擊開始后儀器就會(huì)自動(dòng)在設(shè)定的時(shí)間間隔里采集數(shù)據(jù)，而且時(shí)間間隔可根據(jù)需要設(shè)定，節(jié)約了人力，提高了課堂效率。

通過本節(jié)課中對(duì)實(shí)驗(yàn)教具的改進(jìn)，我看到了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具給課堂帶來(lái)的活力。本節(jié)課讓學(xué)生經(jīng)歷了一次神奇的科學(xué)探秘之旅，課堂里充滿了驚嘆聲和笑聲。

小學(xué)生從不缺乏對(duì)新事物的探索熱情，只要抓住了學(xué)生的好奇心，課堂效率就會(huì)大大提高。本節(jié)課通過智能教具的引入，為學(xué)生打開了一扇窗口，讓他們體驗(yàn)到：從發(fā)明水銀測(cè)溫計(jì)、電子測(cè)溫計(jì)到發(fā)明紅外線測(cè)溫計(jì)、紅外線測(cè)溫成像儀等，一個(gè)小小的溫度計(jì)體現(xiàn)了科技的不斷進(jìn)步和產(chǎn)品的不斷迭代。他們充滿信心地說，我要去研究制造更智能的測(cè)溫計(jì)。