〔摘 要〕 在“雙減”政策背景下，小學(xué)科學(xué)教師要增強(qiáng)課程教學(xué)的有效性，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，促使學(xué)生能夠更加積極地參與課堂學(xué)習(xí)活動，提升學(xué)習(xí)效率，提高綜合能力。在科學(xué)教學(xué)授課前，教師只有清楚了解學(xué)生的認(rèn)知能力，準(zhǔn)確把握學(xué)生的前概念水平，才能順利地開展后續(xù)的科學(xué)探究。本文以“四季更替”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例進(jìn)行簡要探究。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；塑造認(rèn)知；直觀實(shí)驗(yàn)

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 19 043-045

在四季更替的自然現(xiàn)象中，最為明顯的是冷暖變化。因此研究四季更替的原因，自然就要從氣溫冷熱差異的角度入手?！岸鞛槭裁蠢?，夏天為什么熱”？面對這個問題，大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)識是由地球距離太陽遠(yuǎn)近變化引起的，這是“近熱遠(yuǎn)冷”的思維定式的體現(xiàn)。產(chǎn)生這種想法的知識基礎(chǔ)是，地球繞太陽轉(zhuǎn)動的公轉(zhuǎn)軌道是橢圓的，太陽位居橢圓軌道的其中一個焦點(diǎn)。這樣，地球距離太陽有遠(yuǎn)有近。但是，學(xué)生對于公轉(zhuǎn)的具體情況認(rèn)識不夠全面、具體。尤其是對公轉(zhuǎn)過程中地球自轉(zhuǎn)的狀態(tài)、太陽光照射到地球的情況，知之甚少。他們的認(rèn)知停留在以往科普視頻的動畫演示，地球繞太陽公轉(zhuǎn)一圈是一年。這也就僅限于地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)這兩個概念。在本課的探究活動中，我設(shè)計(jì)了三個環(huán)節(jié)與學(xué)生共同探討這個問題。一是解讀數(shù)據(jù)，否定錯誤觀點(diǎn)；二是通過演示實(shí)驗(yàn)確認(rèn)陽光照射角度的變化也會造成冷熱不同；三是在模擬公轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)季節(jié)變化。

一、解讀數(shù)據(jù)，否定原有錯誤觀點(diǎn)

本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)非常必要，只有先改正學(xué)生認(rèn)知中的錯誤，才能引導(dǎo)學(xué)生參與后面的模擬公轉(zhuǎn)活動。分析地球公轉(zhuǎn)軌道數(shù)據(jù)，從中發(fā)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知上的錯誤，打破思維定式，是這個環(huán)節(jié)的活動目標(biāo)。

教師展示的地球公轉(zhuǎn)動畫，展現(xiàn)了地球的公轉(zhuǎn)軌道不是正圓而是橢圓，再次印證學(xué)生“近熱遠(yuǎn)冷”的觀點(diǎn)：太陽位居其中一個焦點(diǎn)，地球距離太陽有遠(yuǎn)有近，這是導(dǎo)致冬冷夏熱的根本原因。此外，地球北極朝向太陽與背對太陽時也會造成日地距離的差異變化，朝向太陽時顯得近一些，背向太陽時顯得遠(yuǎn)一些。尤其是在縮小了1500億倍的公轉(zhuǎn)軌道上，所用地球儀僅比實(shí)際地球縮小了3000萬倍，這種直觀因素就更加凸顯。順應(yīng)著學(xué)生的認(rèn)識，下面這組數(shù)據(jù)自然而然地展現(xiàn)出來。接下來進(jìn)入解讀數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié)。

（一）解讀公轉(zhuǎn)軌道半長軸與半短軸的數(shù)據(jù)

從兩者相差2萬千米左右引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，雖然數(shù)字巨大，但是與日地平均距離相比要小得多。如果按這樣的比例，把公轉(zhuǎn)軌道縮小到直徑一米左右的板子上，就會發(fā)現(xiàn)長軸與短軸的差距竟然不到0.02厘米。這么小的差距，做出的公轉(zhuǎn)軌道“接近正圓”。微不足道的長短軸差距，不影響地球公轉(zhuǎn)軌道看起來接近圓形！這并不是大家頭腦中那個扁扁的橢圓，而是一個接近正圓的橢圓。

在以上的研究中，需要師生共同計(jì)算、畫圖，讓學(xué)生通過自己探索發(fā)現(xiàn)公轉(zhuǎn)的軌道與自己意識上的“扁扁的橢圓”是不一樣的。

（二）解讀近日距離與遠(yuǎn)日距離的數(shù)據(jù)

兩個距離相差接近500萬千米，“那可是四百個地球直徑的距離??！”此活動必將堅(jiān)定了他們內(nèi)心深處因“近熱遠(yuǎn)冷”形成季節(jié)變化的觀點(diǎn)。

（三）解讀地球過近日點(diǎn)和遠(yuǎn)日點(diǎn)時間的數(shù)據(jù)

“果真如此嗎？地球過近日點(diǎn)時是1月初，這是我們北半球比較冷的時候?！?/p>

科學(xué)家公布的科學(xué)數(shù)據(jù)直接打破了學(xué)生原有的觀點(diǎn)。“近冷遠(yuǎn)熱”，這與學(xué)生的認(rèn)知截然相反。

科學(xué)數(shù)據(jù)推翻了學(xué)生原有的認(rèn)知：地球距離太陽遠(yuǎn)近的變化不是造成季節(jié)變化的主要原因。

二、以直觀實(shí)驗(yàn)塑造新的認(rèn)知

陽光照射角度的變化也會造成冷熱不同現(xiàn)象。

解讀數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)給了學(xué)生以震動。科學(xué)數(shù)據(jù)推翻了他們原有的認(rèn)知。“冬天為什么冷，夏天為什么熱，四季產(chǎn)生的原因到底是什么？”現(xiàn)在需要一個新的理論來支撐他們的認(rèn)知體系。

（一）從陽光照射的角度判斷季節(jié)

教師用如下圖片引發(fā)學(xué)生新的思考?！跋旅鎴D1中兩幅圖表現(xiàn)的都是正午時分，想一想哪一幅是夏季？你是怎么判斷的？”

這個題目對于十一二歲的學(xué)生來說并不難，他們經(jīng)歷了十多個冬夏，有豐富的親身體驗(yàn)。況且在三年級《太陽和影子》一課的教學(xué)中曾涉及“夏天太陽就在頭頂上直射過來，人的影子短，感覺很熱；冬天的中午太陽是斜射過來的，影子長，感覺不太熱。”原來我們忽視了一個自然現(xiàn)象：陽光照射角度不同，地面接收到的熱量也會不同，這個可能是造成冬天冷、夏天熱，四季輪回的原因。

（二）用直觀實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)：陽光直射過來會更熱一些

為了幫助學(xué)生認(rèn)同“陽光照射角度不同，產(chǎn)生的熱量不同”的感性認(rèn)識，我設(shè)計(jì)了一個演示對比實(shí)驗(yàn)。如下圖2所示，采用新聞燈照射直立與斜放的兩塊鐵板，兩塊鐵板上滴上相同的蠟油，比較哪塊鐵板的蠟油先融化。

（圖片說明：1300瓦新聞燈，與直立鐵板距離20厘米左右，鐵板表面粘貼黑色即時貼以增加接受熱量。）

實(shí)驗(yàn)效果非常明顯，直立鐵板上的蠟油首先融化并流淌下來，僅用十多秒鐘。于是學(xué)生堅(jiān)定了這樣的信念，陽光直射時產(chǎn)生的熱量高，斜射時產(chǎn)生的熱量低。

三、模擬地球公轉(zhuǎn)，觀察陽光照射角度的變化，從中發(fā)現(xiàn)季節(jié)變化

（一）探究活動繼續(xù)向前邁進(jìn)

“在地球公轉(zhuǎn)過程中，濟(jì)南地區(qū)接受陽光，照射角度發(fā)生了怎樣的變化呢？”

接下來的模擬地球公轉(zhuǎn)活動，是全課探究活動的中心環(huán)節(jié)。地球公轉(zhuǎn)的模擬過程是否準(zhǔn)確，決定了研究結(jié)果的科學(xué)性。操作過程必須保證以下三個因素相對不變，即地軸與公轉(zhuǎn)軌道面的夾角、表示太陽的手電筒與地球儀的相對高度、地軸朝向。為此，我專門設(shè)計(jì)制作了模擬地球公轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)教具，包括公轉(zhuǎn)軌道面、燈座、強(qiáng)光手電筒并配合相應(yīng)大小的地球儀，如圖3所示。

（圖片說明：公轉(zhuǎn)軌道面直徑1米，地球儀赤道直徑18厘米。手電支架高度20厘米，可直射地球儀赤道附近。）

在分組實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生將一個模型小人粘在地球儀上濟(jì)南的位置，觀察影子變化的情況，以陽光照射角度判斷春夏秋冬。

大家看到的現(xiàn)象是：在A點(diǎn)陽光斜射過來，模型小人的影子最長，在C點(diǎn)陽光在頭頂直射過來，影子最短，B點(diǎn)和D點(diǎn)影長居中，可以斷定A點(diǎn)是冬季，B、C、D點(diǎn)分別是春季、夏季和秋季。

通過以上活動，學(xué)生認(rèn)同了“地球公轉(zhuǎn)是造成季節(jié)不同的原因”這個觀點(diǎn)。然而探究活動沒有就此停止，另一組材料出現(xiàn)在學(xué)生面前——一個地軸直立的地球儀。如圖4所示。

把兩個地球儀放在一起比較，學(xué)生十分驚訝?！斑@樣的地球做公轉(zhuǎn)運(yùn)動時能否產(chǎn)生季節(jié)變化呢？”

學(xué)生渴望試一試。探究活動隨即展開。他們把直立的地球儀放入公轉(zhuǎn)軌道，用代表太陽的手電筒去照射。很快有了結(jié)論：7fUAjSesAtSbEU4WxUJfjQ==“這個地球儀在公轉(zhuǎn)軌道的各處影子變化不大。它的公轉(zhuǎn)不會產(chǎn)生季節(jié)變化?！?/p>

學(xué)生用眼睛真正看到了春夏秋冬更替的秘密：不僅是地球圍繞太陽的公轉(zhuǎn)，還有地球自身的傾斜，以及公轉(zhuǎn)中始終不變的地軸朝向，這些因素，共同造成了不同地區(qū)陽光照射角度發(fā)生季節(jié)性變化，導(dǎo)致接受陽光熱量不同從而產(chǎn)生了季節(jié)的更替。

（二）探究活動并未就此結(jié)束

“假如地球公轉(zhuǎn)中地軸與陽光射來方向平行，可能會出現(xiàn)什么情況？”

這樣的設(shè)計(jì)是希望學(xué)生就此開始一系列有趣的宇宙空間運(yùn)動的模擬活動，讓我們的探究走向更深層次。

“四季更替”這節(jié)課有著空間想象的難點(diǎn)，以及固有思維定式的干擾，因此是一節(jié)不容易講透的課。在教學(xué)中，需要我們準(zhǔn)確把握學(xué)生的前概念水平，勇于面對學(xué)生的思維定式，通過解讀科學(xué)數(shù)據(jù)的方式幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)原有的認(rèn)知是錯誤的。以直觀有效的實(shí)驗(yàn)手段，用有結(jié)構(gòu)的探究材料，讓學(xué)生親眼看到冬夏的不同，認(rèn)識四季更替的原因。

綜上所述，科學(xué)探究不僅僅是做實(shí)驗(yàn)，更是通過搜集整理數(shù)據(jù)、分析解讀數(shù)據(jù)揭示事物真相，通過匯總實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，探究導(dǎo)致結(jié)果的原因。在未來的研究中，還可以進(jìn)一步探討如何設(shè)計(jì)和實(shí)施基于科學(xué)思維的教學(xué)活動，并評估其對學(xué)生學(xué)習(xí)成效和科學(xué)思維能力的影響。我們還要通過持續(xù)的研究和改進(jìn)，不斷完善這種教學(xué)方法，進(jìn)而不斷提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)造力。

參考文獻(xiàn)

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