“物质的变化与化学反应”核心概念教学的思维模型建构

〔摘""要〕"笔者在教学过程中发现，小学中高年级学生对“物质的变化与化学反应”的核心概念掌握薄弱且在课堂学习中思维能力欠缺，学生对这一核心概念的理解、应用有待提高。本文以“物质的变化与化学反应”核心概念教学为例，力求从思维模型创新建构的角度提升教学实效，希冀更好地发展学生的科学素养，提高科学后备人才的储备。〔关键词〕"小学科学；思维模型；“物质的变化与化学反应”一、研究背景及意义笔者对本校3～6年级学生进行长达两年追踪，采用大数据分析得出：本校2023届学生较2022届学生对教科版科学核心概念的理解情况有显著提升。然而，在对“物质的变化与化学反应”核心概念的理解上，这两届学生的终结性评价结果均远低于其他核心概念。从新课标对此核心概念学习内容的阐释中发现：3～4年级为“物质的三态变化、物质的溶解和溶液、物质变化的特征”；5～6年级为“物质变化的特征”。这些学习内容尽管在生活中常出现，但是学生缺少模型作为知识附着点，仍难以理解、掌握这些内容。基于此，笔者创新小学科学课堂思维模型建构，在进行教学环节设计时，通过对前经验的捕捉、思维分歧点的锚定等环节建构思维模型，再以思维模型为基石，将“物质的变化与化学反应”的核心概念化繁为简，消除学生对核心概念理解的偏差，调动学生学习积极性，培养学生剖析、理解、应用的认知能力。二、“物质的变化与化学反应”核心概念教学中存在的问题《义务教育科学课程标准（2022年版）》指出：课程要面向全体学生，立足素养发展，聚焦核心概念，重视综合评价，旨在培养学生核心素养，以促进全体学生全面发展为目的。目前，教学中如何比对学生思维模型结构间的差异，体现于学生对知识的理解和思考方式的呈现；教学中如何有效迁移知识、应用知识环节实现概念跃迁，在理论上仍存有研究空间。笔者结合自身教学经验及听课分析，发现有以下几点问题。（一）未能充分捕捉学生前经验在“物质的变化与化学反应”的核心概念中，“物质变化的特征”学习内容易与学生先前学习内容产生误区。通过对小学科学课堂的观察，发现教师在此核心概念中未充分捕捉学生前经验，降低了课堂知识的传授效率，脱离了教学目标的设计初衷，不能很好将教学目标转化为学生的学习成果。教师在设计教学时，习惯于直接从高阶思维出发，未能充分考虑不同年段学生的科学知识基础、动手操作能力水平等；在课堂教学中，由于时间有限，教师大多会压缩捕捉学生前经验的时间，而把课堂主体时间放在了学生动手实验环节，忽视了学生已有前经验与课堂知识的衔接程度。因此，学生在课堂上会出现难以理解新授知识的情况。这不仅影响学生的学习兴趣，也不利于学生在课堂上开展小组探究。以教科版科学六年级上册《发现变化中的新物质》一课为例，学生会将蜡烛火焰上方试管内壁出现的水雾看作空气中水的凝结，教师未提前规避前经验带来的前摄抑制影响，致使学生不能及时发现水雾是蜡烛燃烧产生的新物质。未充分捕捉学生前经验，会直接影响学生对本课知识的吸收及进一步探究。（二）未能锚定学生思维概念分歧点小学生认知能力有限，学生对于“物质的变化与化学反应”核心概念中诸多学习内容的理解存在思维概念分歧。以教科版科学六年级上册《厨房里的物质与变化》一课为例，学生难以定性认识理解铁锈是一种新物质，该变化是属于化学变化，而会认为这是由于铁锅表面的油漆掉落露出了铁“真实”的颜色。学生之所以对铁锈物质产生了不同理解，源于对科学概念产生的分歧点。在常规教学中，教师会试图阐释新物质的产生，但易忽视分歧点的锚定，忽视基础的夯实，由此而导致课堂的流畅性受阻。如果教师不能及时发现并锚定学生的思维概念分歧点，分歧点就会成为学生课堂学习的绊脚石，阻碍其深入理解和掌握科学核心概念。（三）学习过程脱离实践体验在“物质的变化与化学反应”的核心概念中，多数学习内容与实践体验相联系。随着信息化程度普及性提高，教学中会有越来越多的教师采用多媒体技术，采取将教学与视频相结合的方式传授知识。这种方式能够在短时间内图文并茂地向学生讲解知识，不过学生会缺乏实践体验。因为小学生对科学实验充满热情，观看视频会造成学生逐渐降低对小学科学的兴趣，也会影响学生将知识与实践体验相结合的程度。以教科版科学三年级上册《水沸腾了》一课为例，播放视频的教学方式能快速归纳水沸腾时出现的现象，但课后了解却发现，学生对于水沸腾时出现的现象，仅停留于视频中的实验画面，并未能很好地将其扩展到生活中出现的实例上。最终，这影响到他们对加热水时发生的物质状态变化内容的理解与拓展。（四）学习评价形式、种类单一学习评价是教育教学过程中极为重要的环节，能够快速帮助教师了解学生的学科知识掌握情况，调节教学策略及进度；也能给学生自主反馈，让其知晓自己的薄弱点，做到精准补短。总体上来看，科学学习评价形式单一，其中对“物质的变化与化学反应”核心概念的学习评价，教师在课堂上主要依靠纸笔测验进行。这种传统的评价方式较难体现学生对知识的理解、掌握情况，且易忽视对学生组间合作、探究思维、实验操作等多维度能力的考查。《义务教育科学课程标准（2022年版）》强调科学课程目标立足学生核心素养的发展，更要避免学习评价形式、种类的单一性，而且单一的评价方式也不利于学生实验小组间的思维碰撞。三、多维融合，“四化”联结，助力思维模型建构（一）前经验走向科学概念化前经验走向科学概念化是学生核心素养发展是否实现的可视化证据。以教科版科学六年级下册《变化中伴随的现象》为例，学生在思考造成铁钉生锈的原因时，会联想到窗户外面部分生锈的防盗窗，大部分学生认为窗户外有雨水，铁钉是在水的作用下生锈。前经验走向科学概念化实质上是让学生从原有的认知结构中走出来，重新认识新的知识和事物的特征。因此在这节课中，我会首先询问“窗户外的什么物质能让防盗窗生锈？”学生会回答“水”“酸雨”“空气”等，但很少有学生能将空气和水结合起来。因此，这需要教师建立一个适合学生的知识附着点以帮助学生走向科学概念化，再追问学生窗外生锈的铁钉接触了哪些物质才发生了化学变化生成新物质铁锈，最后引出对“铁钉生锈是受空气与水的影响”知识的探讨研究，让学生更易理解。再以教科版科学四年级上册“运动和力”单元为例，教师在教学中介绍弹簧测力计、认识重力的新科学词汇时，会将物体挂在弹簧测力计上教学重力，同时又会与先前用弹簧测力计拉动小车运动的拉力混淆，使得学生对重力这一新知识脑中一片空白。教师可以先组织学生感受重力的特点，让学生将待测物体放在手中掂一掂，汇报各自感受：沉甸甸的，而且力是向下的，把我的手往下压。借此让学生突破前经验束缚，慢慢建立起对重力知识的新认知。课堂上，认知冲突是前经验转向科学概念化的必经环节。教师在课堂上要正确处理认知冲突，在学生自主探究实验中及时发现认知冲突并引导其思维转向，促进学生解决前经验造成的前摄抑制。（二）思维概念分歧锚定化锚定分歧点，要求教师在课堂上做到细心分析、及时锚定、引导转化分歧。课堂开始前，可通过问卷星等信息化方式提前收集、分析、把握学生对于本节课的思维水平。课堂上，多用学生身边常见、熟悉的事物从源头上减少学生思维概念分歧的出现，也能提高学生的课堂学习兴趣。以教科版科学六年级上册《厨房里的物质与变化》一课为例，在学生研究铁锈物质时，教师在学生的思维概念中选择从铁锈与铁的区别角度来思考问题。教师引导学生对铁锈和铁在颜色、形状方面的异同点进行分析、比对；在课堂上通过重视学生个体差异，课前对学生分组与评估，课中分层设计教学目标开展差异化教学，呈现阶梯式教学；引导学生解决思维概念分歧点，掌握化学变化与物理变化的区分点。最后，从探究实验过程中发现铁锈和铁属于不同物质，回到铁钉生锈属于化学变化，形成知识闭环。（三）学习过程实践体验化针对学习过程脱离实践体验这一问题，可以通过实践化体验实现课堂思维模型建构的目的。笔者认为可通过以下几点加强学习过程实践体验化。第一，科学课堂上的实验探究能够有效提高学生的创新思维、实操能力，教师可以开展趣味化实验、游戏化实验，夯实学生在学习过程中的实践体验。以教科版科学六年级上册《放大镜》一课为例，学生自主实验，探索用不同放大倍数的镜片组合观察远处图像，会有不同的清晰度，引导学生产生浓厚的学习兴趣。这样的课堂教学，丰富了实验探究过程，可增强学生的实践体验，让学生积极主动参与到课堂学习中。第二，选择生活中或历史上的热点事件作为课堂切入点，吸引学生的注意力，增强学生的实践体验。以教科版科学四年级下册《点亮小灯泡》一课为例，可让学生当一回课堂上点亮灯泡的“爱迪生”，以此营造课堂的学习氛围，使学生感悟科学课堂上的实践体验。第三，开展实践体验的课后作业，巩固课堂知识。小学科学学习注重实践体验，其内核是培养学生对知识学以致用，解决生活中的问题及分析问题背后的原因。以教科版科学六年级下册《产生气体的变化》一课为例，学生课后探究白醋浸泡鸡蛋的小实验，体验白醋除了能与小苏打发生化学变化产生气体，还能与鸡蛋壳发生化学变化。注重日常生活中的观察及实践体验，可以帮助学生高效完成对知识的理解。（四）评价多元化针对学习评价形式、种类单一这一问题，我们应采用多元化的评价。第一，评价主体多元化。除教师评价外，小学科学实验多以小组形式开展，班内、组间学生的互评甚至跨班小组互评具有更高的实效性，能促进学生思维的激烈碰撞。以教科版科学四年级下册《点亮小灯泡》一课为例，组内、组间学生的交流可帮助学生想出更多点亮小灯泡的方法，加上学生课后自评进行课堂反思，可加深巩固课堂上点亮小灯泡的共同点。家长评价也能够丰富评价主体多元化，家长评价能够补充教师、学生组间评价中遗漏的方面，如孩子在家中的学习态度、自我管理能力等，从而帮助学生对自己形成更完整、更全面的认识。第二，评价内容多元化。课堂上应重视学生在科学探究过程中的表现，如提出问题能力、做出假设能力、设计实验能力、收集和分析数据能力等。以教科版科学三年级上册“水”单元为例，学生可自行设计实验表格探索水的蒸发及影响因素，比如将相同的两杯水做好标记，一杯放在室外一杯放在冰箱内，每隔一定时间记录水的蒸发量。最后，教师、小组间根据实验表格及数据进行互评。第三，评价方法多元化。教师对学生的评价不再局限于纸笔测验的层面，而是采用多种评价方法相结合，如观察记录、实验成果展示、项目实践等。以教科版科学三年级上册《水沸腾了》一课为例，教师根据学生自主实验观察记录表、实验完成情况进行综合评价，以多元的评价