◇周恩榮 張衛(wèi)芳 夏 娟（湖南：長沙市岳麓區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)）

在小學(xué)科學(xué)教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念是一項(xiàng)重要的學(xué)習(xí)任務(wù)。在教學(xué)中，我們最期待的是科學(xué)概念與學(xué)生思維能力協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，我們團(tuán)隊(duì)對“聲音”單元進(jìn)行了嘗試與研究。本文以“聲音是能量的一種表現(xiàn)形式”這一大概念為例，對如何精準(zhǔn)把握大單元結(jié)構(gòu)中的關(guān)聯(lián)概念，基于推理能力培養(yǎng)的概念教學(xué)策略進(jìn)行研究。

一、單元解讀，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)概念模型

研讀2017年版課標(biāo)，我們發(fā)現(xiàn)，建構(gòu)“聲音”單元的所有科學(xué)概念，聲音的產(chǎn)生、聲音的傳播、我們是如何聽到聲音的、聲音的強(qiáng)弱及聲音的高低、應(yīng)用遷移，都與聲音的振動(dòng)分不開。因此，讓學(xué)生真正了解振動(dòng)是這一單元學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，具體的關(guān)聯(lián)概念的關(guān)系如圖1 所示。“聲音是能量的一種表現(xiàn)形式”這一大概念需要在每一課的教學(xué)中落實(shí)。從科學(xué)思維發(fā)展的角度看，學(xué)生在建構(gòu)“聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生，通過物質(zhì)傳播”這一科學(xué)概念的過程中，要多次運(yùn)用比較、抽象、概括等思維方法，集中體現(xiàn)為學(xué)生運(yùn)用推理論證，建構(gòu)概念模型。

圖1

二、了解學(xué)生的元認(rèn)知，明確概念教學(xué)的起點(diǎn)

要讓學(xué)生建構(gòu)“聲音”單元的相關(guān)概念，首先要了解學(xué)生之前的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知，然后才能更有針對性地幫助學(xué)生建構(gòu)新的概念，在建構(gòu)概念的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的論證推理能力。為了探查學(xué)生的真實(shí)想法，我們采用線上線下相結(jié)合的方式。對于聲音產(chǎn)生的原因，有69.57%的學(xué)生知道聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的，大部分學(xué)生認(rèn)為打、彈、敲等方式能夠產(chǎn)生聲音。但他們關(guān)注的是什么動(dòng)作使物體發(fā)出了聲音，對于聲音產(chǎn)生的根本原因是物體產(chǎn)生振動(dòng)的認(rèn)識明顯不足。

在對“聲音可以在固體、液體和氣體中向各個(gè)方向傳播”這一科學(xué)概念的調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)，小學(xué)生對聲音在空氣中傳播有一定的了解，而對聲音在固體和液體中傳播的認(rèn)識比較薄弱，很難用科學(xué)的語言表述清楚，而且大部分學(xué)生在傳播方向的認(rèn)識方面存在錯(cuò)誤。

在對“聲音的高低、強(qiáng)弱與物體的振動(dòng)有關(guān)”這一科學(xué)概念的調(diào)查中，我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對聲音的強(qiáng)弱與振動(dòng)有關(guān)較為熟悉，他們習(xí)慣用聲音的大小來形容聲音的強(qiáng)弱，而對聲音的高低與振動(dòng)快慢的關(guān)系較為陌生。

綜合以上的前概念調(diào)查及小學(xué)中年級學(xué)生思維發(fā)展的特點(diǎn)（以形象思維為主，向抽象邏輯思維過渡），可知在思維發(fā)展的過程中，學(xué)生需要以觀察為基礎(chǔ)，在觀察的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理、想象，從而構(gòu)建并發(fā)展抽象邏輯思維。在構(gòu)建“聲音因物體振動(dòng)而產(chǎn)生”“聲音通過不同介質(zhì)進(jìn)行傳播”“聲音的高低、強(qiáng)弱與物體的振動(dòng)有關(guān)”這些具體的科學(xué)概念時(shí)，要多次經(jīng)歷比較、分析、抽象、概括的思維過程，運(yùn)用歸納、演繹等思維方法，讓學(xué)生經(jīng)歷推理論證，實(shí)現(xiàn)概念的建構(gòu)。

三、精選實(shí)驗(yàn)材料，促進(jìn)學(xué)生推理論證

如何幫助學(xué)生建構(gòu)“聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的”這一科學(xué)概念，我們課題組的丁彩梅老師精心選擇了實(shí)驗(yàn)材料：皮筋、鋼尺、音叉、鼓、鐵架臺、水、泡沫、乒乓球等。其中振動(dòng)明顯且持續(xù)發(fā)聲的是皮筋和鋼尺，振動(dòng)不明顯但持續(xù)發(fā)聲的是音叉和鼓，水、泡沫、乒乓球是為了讓音叉和鼓的振動(dòng)變得明顯而特意選擇的。在教學(xué)過程中，讓學(xué)生充分體驗(yàn)和觀察皮筋、鋼尺振動(dòng)時(shí)會發(fā)聲的現(xiàn)象，并讓學(xué)生按發(fā)聲前、發(fā)聲時(shí)和發(fā)聲后的順序分別將兩種材料的形態(tài)變化描述清楚，同時(shí)鼓勵(lì)他們比較兩種物體發(fā)聲時(shí)的異同。學(xué)生推測物體振動(dòng)時(shí)會發(fā)出聲音，老師提出問題：“其他物體在發(fā)出聲音時(shí)是否也在振動(dòng)呢？”引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考。在老師的引導(dǎo)下，學(xué)生很快意識到有些物體發(fā)聲時(shí)并沒有看見它在振動(dòng)，如鼓、音叉。老師順勢提問：“那怎樣讓振動(dòng)看得見呢？”學(xué)生就這個(gè)問題提出自己的想法。在學(xué)生想法的基礎(chǔ)上，老師出示精心準(zhǔn)備的水、泡沫及懸掛在鐵架臺上的乒乓球，學(xué)生有序地分組觀察實(shí)驗(yàn)。從學(xué)生的匯報(bào)中可以看出，他們從放在鼓面上的泡沫會起跳、用音叉靠近水面水花會濺起來等現(xiàn)象中，觀察到了物體發(fā)聲時(shí)振動(dòng)不明顯的現(xiàn)象。

在建構(gòu)“聲音可以在氣體、液體和固體中向各個(gè)方向傳播”這一科學(xué)概念中，我們課題組的張衛(wèi)芳老師巧妙地改進(jìn)了土電話的材料，用橡皮筋代替土電話的棉線，讓很多小組的學(xué)生聽到了土電話傳播的聲音，同時(shí)他們還通過看和觸摸的方法，觀察到橡皮筋傳播聲音的時(shí)候在不停地振動(dòng)，幫助學(xué)生看到聲音在固體中的傳播。

在建構(gòu)“聲音的高低與物體振動(dòng)快慢有關(guān)”這一科學(xué)概念的教學(xué)活動(dòng)中，老師從學(xué)生最熟悉的鋁片演奏入手，提出問題：鋁片琴發(fā)出的高低不同的聲音是怎樣產(chǎn)生的？引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注鋁片琴的長短與聲音的高低有關(guān)。緊接著，出示學(xué)生熟悉的口風(fēng)琴，讓學(xué)生按一定順序吹奏口風(fēng)琴，帶領(lǐng)他們了解口風(fēng)琴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓他們主動(dòng)發(fā)現(xiàn)口風(fēng)琴發(fā)出的高低不同聲音與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)——簧片有關(guān)。再次聚焦聲音的高低與發(fā)聲物體的長短有關(guān)，自然而然地引導(dǎo)學(xué)生探究尺子發(fā)出聲音的高低與物體長短的關(guān)系，在探究過程中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)聲音高低不同與發(fā)聲物體振動(dòng)快慢有關(guān)。利用鋁片琴、口風(fēng)琴、鋼尺這三種典型的有梯度的材料，幫助學(xué)生更好地觀察和分析。

在《我們是怎樣聽到聲音的》這一課中，我們將實(shí)驗(yàn)材料改為大礦泉水瓶、小礦泉水瓶、一次性橡膠手套、橡皮筋、泡沫、鼓、膠槍。根據(jù)學(xué)生的邏輯思維發(fā)展規(guī)律，用一大一小的塑料瓶模擬耳郭和外耳道，用輕質(zhì)的染了顏色的泡沫模擬聽小骨，代替碎紙屑。我們發(fā)現(xiàn)，用鼓代替音叉能夠制造更大的聲音，便將改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸潭ㄔ阼F架臺上，把鼓放在模型的下方，適當(dāng)調(diào)整高度。把泡沫球染成紅色，使觀察到的現(xiàn)象更為明顯（見圖2）。

圖2

縱觀學(xué)生建構(gòu)“聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生，通過物質(zhì)傳播”這一科學(xué)概念的過程，精選材料，讓振動(dòng)明顯，是學(xué)生進(jìn)行有效觀察和推理論證的關(guān)鍵和保證。同時(shí)也讓學(xué)生感受到振動(dòng)帶來了能量的產(chǎn)生、傳遞及大小的變化，進(jìn)而上升到對“聲是能量的一種表現(xiàn)形式”這一大概念的理解。

四、運(yùn)用信息化手段，促進(jìn)學(xué)生思維可視化

在聲音產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)中，播放水滴入水中的慢鏡頭；老師播放尺子、橡皮筋、音叉和鼓的慢動(dòng)作視頻，將振動(dòng)放大，讓學(xué)生看見。在《聲音是怎么傳播的》這一課中，張衛(wèi)芳老師利用信息技術(shù)的聲音分析技術(shù)，讓學(xué)生發(fā)出聲音，觀察聲音分析儀的反應(yīng)。再通過播放視頻：聲音的形狀——樂器發(fā)出聲音時(shí)會讓固體沙粒變化出各種形狀。一系列的操作都是為了讓“振動(dòng)”這一不明顯的現(xiàn)象變得更明顯，助力學(xué)生思維的可視化。

五、利用示意圖，助力學(xué)生形成科學(xué)概念

小學(xué)3～4 級學(xué)生思維發(fā)展的特點(diǎn)是以形象思維為主，向抽象邏輯思維過渡。在思維發(fā)展的過程中，學(xué)生需要以觀察為基礎(chǔ)，在觀察的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理、想象，從而構(gòu)建并發(fā)展抽象邏輯思維。利用示意圖（結(jié)構(gòu)化的記錄單及板書）能更好地幫助學(xué)生整理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在思維發(fā)展的過程中逐步建構(gòu)概念。例如，在《聲音是怎么傳播的》這一課中，有結(jié)構(gòu)的板書逐漸完善了學(xué)生所觀察和描述的現(xiàn)象。在探究固體傳聲的過程中，學(xué)生去找生活中能傳聲的固體，在發(fā)現(xiàn)很多固體能傳聲的基礎(chǔ)上總結(jié)出“固體能幫助傳聲”這一概念，實(shí)現(xiàn)了從演繹到歸納的過程。通過記錄單讓學(xué)生將聲音的傳播表達(dá)出來。

我們通過以下策略，力求學(xué)生的推理論證能力與科學(xué)概念協(xié)調(diào)發(fā)展：精準(zhǔn)研讀單元內(nèi)容，聚焦關(guān)鍵科學(xué)思維能力，梳理核心概念；依據(jù)學(xué)生元認(rèn)知開展教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變；精選實(shí)驗(yàn)材料，引導(dǎo)學(xué)生觀察；利用示意圖法，助力學(xué)生對比整理分析實(shí)驗(yàn)信息；在實(shí)踐與推理的過程中，讓學(xué)生的思維發(fā)展得以最大程度顯性化。