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物质发生了什么变化教学设计围绕科学大概念组织教学活动区 县： 海淀区 学 校： 清华大学附属中学永丰学校 姓 名： 高佳颖 电子邮箱： 教学基本信息课题物质发生了什么变化学科科学学段：高年级年级六年级相关领域物质世界教材书名科学 出版社：教育科学出版社 出版日期：2008年5月教学设计个人信息姓名单位联系方式设计者高佳颖海淀区翠微小导者王思锦海淀区进修学校136010199291指导思想与理论依据最新的脑科学研究表明：知识的组织方式十分重要。事实对于思维和问题解决的确是很重要的，但“有用的知识”并不是对无关事实的简单罗列，而是围绕重要概念或“大观点”来联系和组织的。如果学习者具备概念性知识，他们就能更好地学习。人是如何学习的：大脑、心理、经验及学校(扩展版) 美布兰思福特等编著，程可拉等译 华东师范大学出版社，2013（1）这种研究成果给教学很好的启示，教师对于教学内容的把控，并不是简单的知识罗列，而是能够站在科学大概念的视角下，寻找到科学事实与核心概念及科学主题之间的逻辑关系，围绕科学大概念采用特殊的教学策略帮助学生深化即将建构的科学概念，这种学习进阶对学生未来的学习起到至关重要的作用。2教学背景分析（一） 教学内容分析：1. 课标分析：本课选自教科版科学六年级下册物质变化单元，隶属于修订版课标 “物质世界”领域中 “物质”范畴（见图1-8）。图1-8新课标“物质世界”内容图课标中的具体要求：物体与物质的变化3.2 知道物质的变化有两大类，一类仅仅是形态的变化，另一类会产生新的物质。2. 哲学视角分析：图2-8 哲学视角下的教学内容分析在这个宝塔形知识结构中，物理变化和化学变化的特征是基础知识，核心概念应为物质的变化，科学主题为物质守恒定律，哲学观点与唯物辩证法相关。从这个角度分析，本课的学习对学生理解质量守恒定律有很重要的作用。3. 单元内容结构如下：表1-3 教科版科学六下物质的变化单元内容课题内容1.我们身边的物质物质在变化2.物质发生了什么变化物理变化和化学变化3.米饭、淀粉和碘酒的变化化学变化的证据4.小苏打和白醋的变化5.铁生锈了6.化学变化伴随的现象7.控制生锈的速度生活中的应用8.物质变化和我们本单元可以分为四部分，第一部分学生认识了世界是物质的，物质是变化的。第二部分带领学生分辨物理变化和化学变化的主要特征。第三部分，研究化学变化所伴随的现象。第四部分介绍化学变化在生活中的应用。4.本课内容分析：本课是继前一节课观察了一些物质的变化之后，继续观察，从而知道物理变化和化学变化的区别。分为两个活动：第一部分观察混合后的沙子和豆子的变化，让学生意识到混合后沙子和豆子没有明显变化，进而说明物理变化的特征；第二部分观察加热白糖的变化，发现这个变化既包含物理变化也包含化学变化。第一个活动对于六年级学生来讲难度不大，从三年级开始学生经历过很多物质变化的研究，只是没有探究变化的实质是否产生新物质，如果通过这样一个浅显的变化来说明物理变化，过于单一。本课两个活动是要探究物理变化与化学变化的实质，教材意图通过第一个活动说明无明显变化有明显变化同样重要，但这样的发现对于探究物质变化的实质关联不大。5.学习进阶分析：依据科学素养的导航图、修订版课标和教科版科学教材，对六年级学生在理解物质守恒概念每个阶段进行研究（如图3-8,详见附件4-4），每个方框里都是学生应该知道的科学概念，除此之外每个概念前面都以课题的方式描述了学生各个阶段所需经历的实践，在日常教学中这些实践的目标都是为了建构相应的科学概念，这样的学习才能达成学习进阶的不断深入和发展。通过研究发现，学生有一定的学习基础，在之前的学习中已经认识了水的三态变化，教材中，教学伊始开展分离沙子和黄豆的活动，这样的活动对于六年级的学生来说，理解起来过于简单。科学素养的导航图也指出“液体到固体转化过程中的物质守恒是一个重要基准。另外，对于诸如水循环这样的主题来说，水在状态变化时物质守恒是一个非常重要并容易理解的例子”，因此在执教本课时我以冰融化的实验替换教材中实验，既可以促进学生思维，还可以渗透物质守恒的思想。图3-8小学科学关于物质守恒的学习进阶（二）学生情况综述为了了解学生情况，制定合理的教学目标，课前设计了问卷对学生进行前测，结合访谈，对全班36人进行学情分析(见附件1-4)，分析结果如下：1.在回答“生活中的物质会产生许多变化，其中有些只是形态发生变化，有些变化则生成了新物质”时，回答情况见表2-3：表2-3 学生判断物质变化情况物质的变化只是形态的改变产生新物质汽油挥发29人80.6%7人19.4%铁块加工成铁丝36人100.0%0人0.0%绿豆汤结成绿豆冰25人69.4%11人30.6%自行车车胎爆破34人94.4%2人5.6%火药爆炸19人52.8%17人47.2%钢铁生锈17人47.2%19人52.8%把肉拿去烤5人13.9%31人86.1%蜡烛燃烧29人80.6%7人19.4%经过访谈，发现学生不能把汽油和挥发后的物质画等号，认为气体就是另一种物体了，由于气体是看不见的，所以理解起来还是有难度的；另外学生容易受名词的影响，如铁锈，有些学生认为铁锈就是铁变了，但还是铁，他们认为生锈只是表面的变化，里面还是铁，并没有理解铁锈是与铁是两种具有不同物理特性的物质；绿豆冰和绿豆水，名字不同，所以有人认为产生新的物质是冰；对于加热肉，他们的理解是这样：经常听到烤肉会产生致癌物质的说法，致癌物质就是他们所说的产生的新物质；对于蜡烛燃烧理解起来也比较困难，因为新产生的物质多数蒸发了，有些同学认为蜡烛燃烧没有产生新物质。在他们进行理由说明时，有些人会表示出汽油挥发变没了这样的说法，或是因为加热肉，有热所以就产生了致癌物质，从他们的表述中可以看出，对于物质没有凭空产生也没有凭空消失，他们的理解有很大的偏差。2.在回答“你听说过物理变化和化学变化吗？请各举一个事例。”绝大多数学生都听说过物理变化和化学变化，学生通过课外阅读和家长交谈都听说过这两个名词，其中有23名学生表示听说过物理变化和化学变化，但不是特别清楚，具体情况见图4-8；图4-8学生是否清楚物理变化和化学变化尽管绝大多数学生都表示知道物理变化和化学变化，但举出实例的情况并不如预想的好，具体的举例情况如表3-3：表3-3 学生列举身边的物理变化和化学变化情况物质变化的类型举例恰当正确率物理变化2261.1%化学变化1644.4%通过数据发现，学生对于物理变化和化学变化的认识是模糊的。通过访谈发现，学生在之前的学习中没有关注物理变化和化学变化的本质区别，对物质发生的变化也更关注变化伴随的现象，如变化是否剧烈、现象是否明显、变化后物质是否“消失”等等，他们往往认为剧烈的、变化现象明显的是化学变化，如果在变化过程中物质“消失”了也是化学变化，而对于物理变化的认识比较单一，往往认为没有明显变化的就是物理变化。（三）问题与策略1.教材的问题（1）用一个过于简单的变化说明物理变化；（2）整个单元没有相应的内容帮助学生回顾三到六年级所研究过的物质变化；（3）整套教材涉及了能量转换，对能量守恒的学习奠定基础，但没有涉及质量守恒定律的相关内容。2.学生的问题：（1）科学概念：l 大部分学生知道物质的变化分为物理变化和化学变化两类；l 多数学生不关注变化过程中是否产生新物质；l 少数学生知道一些物质在变化的过程中，会同时发生化学变化和物理变化；l 绝大多数学生对于物质守恒知之甚少。（2）科学探究：大部分学生会使用火柴、蜡烛以及ipad。（3）科学态度：学生乐于研究物质变化，对现象明显的变化十分感兴趣，但理性分析变化实质的能力较薄弱。3.对策（1）在教学中渗透物质守恒的思想比如在探究物理变化和化学变化时，引导学生思考两个关键问题：一是物质是否完全消失；二是物质是否可以凭空产生。通过这样的思考，从而渗透物质质量守恒的思想。（2）区别两种不同的变化从学生认识发展的角度，我们并不要求学生掌握化学变化的类型和化学变化生成的具体新物质，这对学生来说为时尚早，他们将在中学时继续学习。小学阶段要求，学生能够从种种变化的现象出发，推断物质的变化是否产生了新物质，然后寻找各种证据验证自己的假设，抓住物质变化的实质，从而达到提升科学探究能力的目的 。结合教科书的内容，要区别出两种不同的变化，一种是改变了物体的形状、物态、大小、位置等等，但物质的组成成分没有改变；另一种是物质的组成成分发生了改变，变成了新的物质。教师可以选择一些符合学生认知结构和思维能力的、便于观察的、有典型意义的活动，让学生观察和体验物质的变化。具体做法为：从学生容易产生困惑的“水的三态变化”入手，冰块融化成水，水蒸发成水蒸气，水这种物质的形态、形状、位置等等发生了明显的变化，但组成成分没有变化，进而总结出物理变化的一些特征；接下来研究加热白糖产生的变化，学生会发现白糖融化的初始过程类似于冰块融化，发生了物理变化，但之后产生的新物质不再是白糖，是另外一种新的物质，从而发现这个变化与冰块融化有着本质的区别即白糖受热最后生成了新的物质，认识化学变化；之后引导学生回顾所学内容，进行元认知；再引导学生回顾三到六年级所研究的几个典型的物质变化，应用所学概念进行判断；最后把不同的物质放在一起发生的变化作为拓展，让学生思考不同的物质放在一起是否发生物理变化、是否发生化学变化等等。3教学目标（一）科学概念1.知道物质的变化可以划分为物理变化和化学变化两类，他们的区别在于是不是产生了新的物质。2.认识到一些物质在变化的过程中，会既发生化学变化又发生物理变化。3.初步了解物质在变化过程中，既不会凭空产生，也不会凭空消失。（二）科学探究1.会使用蜡烛进行加热实验。2.会利用IPAD进行测验。（三）情感态度与价值观1.养成细心观察，及时记录的习惯。2.体会到在实验过程中，细致并实事求是地汇报观察到的现象，对于得出正确结论是重要的。教学重难点：1.重点：知道物质的变化可以划分为物理变化和化学变化两类，他们的区别在于是不是产生了新的物质。2.难点：初步了解物质在变化过程中，既不会凭空产生，也不会凭空消失。教学准备：1 教师授课材料：l 集中话题：白砂糖、矿泉水、小苏打、柠檬、小烧杯3个（贴有白砂糖、冰块、小苏打）、透明玻璃杯（2个）、勺子（2把）、水果刀l 学生实验二后的演示实验：勺子、白砂糖、酒精灯、火柴、废液缸l 学生测验环节：IPAD教师端l 拓展环节演示实验：白砂糖、冰块、矿泉水、小苏打、柠檬、小烧杯3个（贴有白砂糖、冰块、小苏打）、透明玻璃杯（2个）、勺子（2把）、水果刀2小组实验材料：l 实验一：三脚架、圆铁盘、冰块、火柴、蜡烛及蜡烛座、废液缸、记录单l 实验二：三脚架、圆铁盘、白砂糖、火柴、蜡烛及蜡烛座、废液缸、记录单l 测验：IPAD学生端教学手段：为了达成教学目标，采用了谈话法、演示法、探究法等教学方法，用了课件、实物展示台等现代教学手段，让学生更清楚活动步骤，加深概念的习得。需要做的技术准备：课件演示、实物投影、IPAD及网络环境、方正慧云互动课堂软件。4教学流程示意图教学环节-教学流程-概念形成过程 小结：物理变化、化学变化概念及本质区别概念拓展巩固和深化概念制作柠檬碳酸冰饮应用概念引入情境思考冰块发生的变化关于物质变化的前概念初步建立物理变化的概念探索与调查集中话题小结与应用拓展与延伸实验一:冰块发生了什么变化？实验二：白砂糖发生了什么变化？初步建立化学变化的概念判断：哪个是化学变化 5教学过程（一） 集中话题【设计意图】引入生活中的情境，让学生思考冰块的变化，迁移在三年级学过的水的三态变化相关内容。l 谈话：天气越来越热，很多人都爱喝饮料，我新学了一个柠檬碳酸冰饮的制作方法，需要准备：冰块、白砂糖、矿泉水、柠檬、小苏打。我把这些食材都带来了，但准备得太早，出现了问题：冰块不见了！冰块发生了什么变化？l 学生回答l 提问：如果点燃蜡烛，对冰块加热，也会发生这种变化吗？如果一直加热会出现什么变化？l 学生回答l 谈话：大家对于冰块的变化有一定的认识，今天我们就来研究物质发生了什么变化。（二） 探索与调查1.实验一：冰块发生了什么变化？【设计意图】从学生熟悉的一种物质的变化入手进行探究，重点关注发生了哪些变化，总结物理变化可能伴随的一些现象；重点讨论是否产生新物质，包括冰、水蒸气和水是不是同一种物质，以此来说明物理变化没有改变物质的成分；小组讨论变化过程中是否有物质完全消失或凭空产生，渗透物质守恒思想。l 谈话：到底冰块受热会发生什么样的变化呢？我们要认真观察，在实验之前，有几点温馨提示：（1）燃后的火柴入废液缸（2）带上护目镜进行观察（3）记录发生了什么变化（4）整理器材l 小组实验l 提问：冰块发生了什么变化？l 小组汇报（预设）：位置、运动状态、形状、物态等等l 提问：我觉得这个变化真不错，变化了物质的成分，把冰变没了，还变出了新的物质水和水蒸气，你们和我的观点一样吗？l 学生小组讨论并回答l 教师提问：那你有办法把水蒸气变化成水吗？l 学生回答l 播放微课 图5-8 水蒸气变成水微课截图l 提问：通过一些方法可以把水蒸气变成水，也可以把水变成冰，请大家再次思考：在这个变化过程中，是否产生了新物质？l 学生讨论并回答l 提问：冰、水、水蒸气是同一种物质的不同形态，没有产生新的物质，在这个变化过程中，是否有物质完全消失，是否凭空产生新物质？l 学生回答l 提问：生活中还有哪些变化也是这样的？从外观上看发生了变化，但组成成分没有变，没有产生新的物质。小组讨论、汇报l 教师总结：物质的形状、位置、运动状态、物态等发生变化，但没有产生新的物质，这类变化叫物理变化。2.实验二：白砂糖发生了什么变化？【设计意图】选择与冰块相似的白砂糖进行实验，引发学生的思考，同样的物质在相同条件下发生的变化是否有不同，与上个实验的实验现象进行对比，融化的过程类似冰块融化的过程，是物理变化，但之后发现会产生新的物质；燃烧后产生的新物质与之前变化更大，从而引出化学变化的概念。l 提问：做柠檬碳酸饮料还需要白砂糖，如果对白砂糖加热，会发生什么变化呢？ l 学生回答l 谈话：在实验前，再次提示大家实验注意事项l 小组实验l 提问：白砂糖发生了什么变化l 小组汇报l 教师总结：白砂糖受热后，融化成无色液体，这个过程是物理变化，之后液体颜色变深，变成焦糖，最后完全碳化。请你用药匙或是手感受下剩下的物质。现在铁盘上的物质是什么样的？l 学生回答l 提问：它还是白砂糖吗？你有办法把它变回成白砂糖吗？l 小组讨论l 教师提问：白砂糖的这种变化是物理变化吗？你的理由是什么？图6-8 白砂糖受热变化过程l 学生回答l 教师总结：白砂糖变成无色液体，融化的过程属于物理变化，继续加热液体颜色加深，最后变成深棕色的固体，生成了新的物质，这种变化叫化学变化。l 师生讨论：白砂糖是不是完全消失了，最后生成的焦糖或是碳化的物质是凭空产生的吗？（三）小结和应用1.小结【设计意图】引导学生回顾课上所学，进行元认知，帮助学生巩固和深化相关科学概念。l 提问：今天你都学到了哪些新的知识？l 学生汇报l 师生总结：1.物理变化和化学变化。 2.物理变化和化学变化的本质区别。 3.物质在变化过程中不会完全消失，也不会凭空产生新物质。2.应用【设计意图】帮助学生回顾三年级至今研究过的一些物质变化，应用概念进行判断；通过互动课堂软件及IPAD硬件设备，进行测验，便于教师对学生进行评价，调控课堂。l 提问：从三年级到现在，我们研究过一些物质的变化，选取了其中的五个，三年级水珠从哪里来一课、四年级面包发霉了、五年级岩石会改变模样吗、液体的热胀冷缩，及运动与摩擦，通过IPAD回顾这些变化，小组内讨论，这些变化中哪个变化是化学变化？你的理由是什么？ 图7-8 评价活动l 小组讨论l 学生提交答案l 教师通过IPAD教师端，汇总学生答题情况l 师生分析 图8-8 教师端学生答题情况汇总截图（四）拓展与延伸【设计意图】回到集中话题的情境制作柠檬碳酸冰饮，把研究视角从一种物质在特殊条件下发生变化引导多种物质混合在一起会发生的变化上来，引出不同物质混合可能发生物理、化学变化，为后面的学习奠定基础。l 谈话：接下来我们把这些食材放在一起，调制美味的饮料。l 教师和学生演示调制冰柠檬碳酸饮料：倒入水，放一些白砂糖，倒入冰块，再挤出一些柠檬汁，搅拌。l 提问：我还有个秘方小苏打，往我这杯倒入一些小苏打，对比一下，你看到了什么变化？l 学生回