人教鄂教版《科学》四年级上册教材设计思路与主要内容

王海英

人教鄂教版小学《科学》教材以儿童生活经验圈为线索，按照生活经验圈由近及远的原则，依据概念进阶理论，分低、中、高三个年段编排教学内容。《科学》四年级上册的内容属于“家乡与祖国”经验圈的范畴。根据学生的生活经验，本册共设计了6个单元，即《多样的动物》《动植物的繁殖》《加热与冷却》《地球上的水》《声音》《制作乐器》，共计17课，涉及生命科学、物质科学、地球与宇宙科学、技术与工程四个学习领域。各课的编写从学生的生活经验和原有认知出发，创设生活情境引出探究问题，开展科学实践活动，体现“引入—探究—搜集证据解释—形成概念—迁移和评价”等教学环节和步骤。在概念进阶上，低年段主要侧重对现象的观察和比较，中年段在低年段学习的基础上侧重于对科学现象、变化规律的研究，并探寻它们的内在规律。本册教材的具体学习内容和对应的学习目标见右表。

各单元内容介绍

1.《多样的动物》

本单元引导学生识别常见的动物，描述某一类动物（如鸟类、哺乳类、昆虫等）的共同特征，能根据某些特征对动物分类，能列举我国的珍稀动物。本单元共有3课。

第1课《鸟和哺乳动物》，主要内容是认识鸟和哺乳动物的特征。首先，观察各种鸟的身体形态结构，寻找鸟在身体结构方面的共同特征，发现鸟的身体表面都覆盖羽毛，羽毛与鸟的飞行能力有密切的关系。接着，观察鸟身体的局部特征，发现鸟都有喙，喙的结构与它们的取食方式有关;足都有鳞片，足的结构与鸟的生活环境有关。最后，综合对各种鸟从整体到局部的观察，归纳鸟的共同特征。本课还将观察绵羊、梅花鹿等动物的身体形态特征和喂养后代的方式，并与以前学过的猫和兔等动物进行比较，归纳出哺乳动物的共同特征。拓展与应用部分介绍了一些似鸟但非鸟、似鱼但非鱼的奇特动物，让学生利用所学知识进行判断，实现知识的迁移和应用，达到评价的目的。

第2课《动物的分类》，主要内容是根据身体结构特征给动物分类。首先，将身体结构相似的动物分为一类。例如，与鸟、哺乳动物的身体结构相似的动物，分别分入鸟类和哺乳类;与金鱼的身体结构相似的动物，分入鱼类。学生通过观察、比较还发现，一些动物的身体有头、胸、腹3部分，胸部有3对足，这样的动物叫作昆虫，将这些动物分入一类。然后，进一步找这些不同类别的动物是否有共同特征，学生发现，根据体内是否有脊柱，可以将动物分成脊椎动物和无脊椎动物。拓展与应用部分介绍了两栖动物和爬行动物。

第3课《我国的珍稀动物》，主要内容是了解我国的一些珍稀动物及其分布、生活习性、生存状况;认识到人类的一些行为影响了动物的生存，了解为保护动物可以采取哪些措施。拓展与应用部分介绍了保护普氏原羚的资料。

本单元3課内容具有一定的递进关系，从认识不同动物的特征，到动物的分类，最后到认识我国的一些珍稀动物和动物的保护，层层递进，逐步提升。科学思维上，主要运用观察、比较和归纳的方法，从具体到抽象，逐步认识几类动物的主要特征，并依据这些特征对动物进行分类，建构鸟、哺乳动物、昆虫的概念，再运用这种方法认识两栖动物、爬行动物，帮助学生认识到动物世界的丰富多彩，增强他们保护动物的意识。

2.《动植物的繁殖》

本单元主要研究动物和植物的繁殖方式，知道植物和动物都能繁殖后代，世代相传。本单元共有3课。

第4课《用种子繁殖》，是在大多数学生已经知道许多植物用种子繁殖后代的基础上，通过科学实践活动，观察植物种子的外部特征，认识种子的内部结构，探究种子萌发需要的外部条件和萌发时的变化，知道种子萌发需要空气、适量的水和适宜的温度;知道种子的产生要经历开花、传粉、结果和种子成熟的过程;知道种子的传播方式与果实的形态结构相关。拓展与应用部分介绍了望天树的果实，并要求学生制作一种能“飞”的果实，引导他们进一步了解果实的结构与种子传播的关系。

第5课《不用种子怎样繁殖》，主要内容是尝试用根、茎、叶进行繁殖实验，发现有的植物可以通过根、茎或叶等营养器官繁殖后代。拓展与应用部分介绍了植物的组织培养技术，引导学生认识科学技术可以改变植物繁殖的方式。

第6课《动物的繁殖》，主要研究动物的繁殖方式，认识动物有卵生和胎生两种繁殖方式。首先，通过观察鸡蛋和其他动物的卵，了解卵的外部特征和内部结构，了解卵孵化的条件与过程，初步建构卵生与卵生动物的概念;然后，了解黄牛等动物的繁殖方式与过程，初步建构胎生与胎生动物的概念。拓展与应用部分介绍了鸡蛋的孵化过程，使学生感受到生命诞生的奇妙。

本单元3课属于并列关系，通过种子繁殖、植物的营养繁殖以及动物的繁殖方式，让学生认识到生物繁殖方式的多样性。科学思维上，本单元主要通过观察、实验、分析、比较等方式，认识动植物繁殖方式的特点和规律。

3.《加热与冷却》

本单元主要引导学生认识一般物体具有热胀冷缩的性质，热空气有上升的现象，空气的流动是风形成的原因，进而认识和解释生产和生活中的现象。本单元共有3课。

第7课《水受热遇冷会怎样》，探究水受热遇冷的变化。通过实验，认识到在一般条件下，水受热时体积膨胀、遇冷时体积缩小，这种变化就是热胀冷缩。在拓展与应用环节，通过实验进一步认识其他液体也有热胀冷缩的性质，从而建构一般液体都有热胀冷缩的性质这一概念，了解生活中经常用到的温度计就是利用液体热胀冷缩性质制作的。

第8课《固体也热胀冷缩吗》，探究固体受热遇冷的变化。通过多个实验，探究铜、铁、铝等金属受热遇冷时的变化，归纳出金属一般都有热胀冷缩的性质。拓展与应用环节结合生活中的一些现象，如夏季时高压线下垂、立交桥桥面上每隔一段留有缝隙、用冷水冲泡刚煮熟的鸡蛋等，使学生认识到这些都与固体热胀冷缩的性质有关，从而建构一般固体都有热胀冷缩的性质这一概念。

第9课《空气的热胀冷缩》，进一步研究空气受热遇冷的变化。通过多种形式的实验，认识气体也有热胀冷缩的性质。之后，综合本单元3课的学习，建构一般物体都有热胀冷缩性质的概念。本课还有一项研究内容——探究“风是怎样形成的”。首先通过实验观察热空气上升的现象，然后利用实验箱做风的形成模拟实验，最后综合运用空气占据空间、空气有热胀冷缩的性质、热空气上升等已形成的认识，解释实验现象，得出结论：空气流动是风形成的原因。拓展与应用部分通过海滨地区昼夜风向的变化，引导学生认识气温与风向变化的关系，这既是用获得的概念解释生活现象，也是进一步认识风的成因。

本单元3课内容也是并列关系，分别认识固体、液体、气体随温度变化而出现的热胀冷缩现象。科学思维上，主要运用实验搜集证据，通过对这些证据的分析、推理、归纳和概括，探究物质变化的规律，认识物质的多样性和统一性。

4.《地球上的水》

本单元主要涉及课程标准“14.2 地球表面有由各种水體组成的水圈”的中年段学习目标，同时，在达成课程标准“2.1 水在自然状态下有三种存在状态”中年段学习目标的基础上，与第三单元共同达成课程标准“6.3.2 加热或冷却时物体的体积会发生变化;加热和冷却也可以改变某些物质的状态”中年段的学习目标。本单元共有3课。

第10课《水的分布》，主要内容是通过用地球仪进行估算等活动，认识地球表面海陆分布的情况;认识地球上除了海洋，陆地表面有河流、湖泊、冰川、地下水等各种类型的水体，大气中也有水，初步认识水有三种存在状态。拓展与应用部分介绍了地球上水资源的情况，帮助学生树立节约用水的意识。

第11课《水结冰了》，主要内容是探究水结冰时的温度。通过做水结冰的实验，描述水在冷却过程中发生的温度变化和状态变化，认识水从液态向固态转化的条件，建构水的冰点、水结冰时体积会膨胀等概念。拓展与应用部分让学生了解怎样测固体的体积，这是一个拓展思维的实践活动。

第12课《水的沸腾》，主要内容是探究水在什么温度时沸腾。通过做加热水的实验，描述水在加热过程中发生的温度变化和状态变化，认识水从液态向气态转化的条件，认识水的蒸发、沸腾以及水蒸气的凝结等现象，建构水的沸点等概念。

在拓展与应用部分综合本单元3课的学习，引导学生结合观察到的一些生活现象和自然现象，描述水在自然条件下存在的三种状态及其相互转化的现象和条件。科学思维上，主要通过观察和实验搜集一些信息，并对这些信息进行分析、比较和推理，探寻水的状态变化的规律。

5.《声音》

本单元引导学生对熟知的声音现象进行研究，探究声音是怎样产生与传播的、声音为什么会有强弱与高低等变化。本单元共有3课。

第13课《声音的产生》，有两个科学实践活动：一是感知声音，通过观察周围的声音现象，体会声音的美妙以及带给我们的信息;二是探究声音的产生，通过观察音叉、鼓、锣、喉咙等发声时出现的现象，发现物体发声时都会产生振动现象，从而得出声音是物体振动产生的结论。拓展与应用部分介绍乐器是怎样发声的，为后面制作乐器的活动奠定基础。

第14课《声音的传播》，通过形式多样的实验活动，探究声音在空气、液体和固体中的传播，以及声音传播的方向有什么特点，最后得出声音可以在气体、液体和固体中向各个方向传播的结论。拓展与应用部分是制作“土电话”，学生通过这个充满趣味的实践活动进一步认识声音是如何传播的。

第15课《声音的变化》，通过制作能产生不同强弱、高低声音的简易装置，研究使物体发出的声音产生变化的因素。通过实验，发现物体发出声音的强弱、高低与物体振动的变化（振幅和快慢）有关，并了解噪声的危害、防治方法以及保护听力的方法。

本单元的3课属于递进关系，逐步认识声音产生到声音传播，再到声音的变化规律。科学思维上，主要侧重利用实验搜集信息，通过观察、比较、分析和归纳，认识声音世界的多样性与统一性的变化规律。

6.《制作乐器》

本单元主要围绕技术与工程任务——制作一种至少能发出4个音调的乐器，开展设计和制作活动。本单元共有2课。

第16课《认识与设计乐器》，设计了两个科学实践活动：一是研究乐器的发声，根据乐器发声方式给乐器分类，并探索影响不同乐器发出不同音调的因素;二是尝试设计一种乐器，明确技术与工程任务——制作一个能至少发出4个音调的乐器，选择自己打算制作的乐器，观察它的外形结构、制作材料，研究它的发声原理，然后画出乐器设计图，并规划制作步骤。前一个活动是后一个活动的基础，只有在充分了解乐器的发声原理之后，才能更好地进行设计。拓展与应用部分介绍了我国的民族乐器，引导学生体会乐器的外形与声音之美。

第17课《制作与演奏》，主要内容是根据设计方案制作乐器。在此过程中，引导学生对自己或他人的想法、草图和制作的乐器提出改进建议，并说明理由;在制作过程中及完成后进行相应的测试和调整，最后用自制的乐器演奏一首乐曲。拓展与应用部分展现了一些利用身边的材料自制的乐器，供学生制作时参考。

本单元是一个STEM教育模块，通过一个具体的制作乐器的任务，将科学、技术、工程和数学有机融合在一起，培养学生的工程思维和创新能力。科学思维上，重点培养学生的工程思维和解决问题的能力。在工程实践中，先要明确任务、进行设计，寻找解决问题的方法，然后是产品制作和展示，最后通过评价和改进来完善自己的产品。在这些环节中，学生要动脑设计和改进，要思考材料的成本和对产品进行综合评价，以此培养学生的工程思维。

各单元教学注意事项

1.生命科学领域

第一单元《多样的动物》和第二单元《动植物的繁殖》是生命科学领域的内容，这两个单元的教学应着重把握以下几点：

一是引导学生从整体到局部进行有序观察。在观察的基础上比较，在比较的基础上归纳。小学阶段生命科学领域最基本的学习方法就是观察法、比较法。对动物的观察不能是无序的，要着重引导学生由整体到局部进行有序观察，重点观察并认识某一动物的身体外部结构的显著特征，在观察的基础上，比较一些动物在形态特征上的相同点，归纳同类动物的共同特征，形成概念，从而把观察到的感性认识上升为理性认识，培养学生的科学思维能力。

二是用思维导图进行分析、归纳。思维导图以图文并重的方式，把相互隶属的关系与相关的层级关系表现出来，有利于记忆、阅读、思维。在这两个生物单元的教学中，可以充分利用思维导图，引导学生将同类动物进行比较，发现、归纳鸟、哺乳动物和昆虫等身体结构的共同特征，建立关于鸟、哺乳动物和昆虫等动物种类的概念。

三是初步建立动物分类标准。动物分类的知识是学习和研究动物学必需的基础。在小学阶段，对动物分类的认识只是到“亚门”（如脊椎动物亚门）或“纲”（如哺乳纲）的级别。本册教材中，引导学生初步学习用二歧分类方法对动物进行分类，在分出昆虫类、鱼类、鸟类、哺乳类等动物类别的基础上，知道这些类别的动物还能进一步分为脊椎动物和无脊椎动物两大类。教材中的单元回顾，进一步用概念图的形式呈现了给动物分类的结果。整理动物分类结果，能更清晰地认识动物的类别。在教学中，要注重引导学生学习分类的方法，认识给动物分类的意义，初步建立动物分类标准，这些过程是培养学生思维能力的有效途径。

2.物质科学领域

第三单元《加热与冷却》、第四单元《地球上的水》大部分内容和第五单元《声音》是物质科学领域的内容，涉及探究液体、固体和气体的热胀冷缩性质以及风的成因的实验，探究水在什么温度时结冰（水结冰）或沸腾（水加热）的实验，探究声音的产生、传播和变化的实验等，对这些实验的教学应着重把握以下几点：

一是引导学生准备实验材料、探讨实验方法。学生参与本册教材中的较为复杂的实验操作是培养他们实验能力的重要过程，其中，准备实验材料和组装实验装置就是重要的实验能力之一。教学中，教师应引导学生积极参与到组装实验装置的活动中，学生能做的务必让他们亲自完成。例如，在探究物体热胀冷缩性质的实验中，引导学生利用提供的实验器材设计实验方法;在探究水结冰和加热变化的实验中，引导学生动手组装实验装置;在探究声音的实验中，让学生动手制作能产生不同强弱、高低声音的简单装置。这些环节都有利于学生更好地理解实验内容，了解实验的基本过程，清楚实验操作的要领和注意事项，明確实验中观察什么、记录什么。

二是引导学生对实验现象进行预测。本册教材设计的实验都很注重实验前的预测。例如，在探究水、金属和空气受热或遇冷时的变化的实验中，都需要学生首先对实验现象进行预测，然后再实验。在预测环节，要注重引导学生基于已有经验和所学知识，从现象和事件发生的条件、过程、原因等方面，对实验中可能观察到的现象提出推测或猜想。要让学生明白，预测或假设要以一定的科学知识（科学原理）为依据，预测既需要大胆想象，更需要严谨推理，然后再通过观察和实验去验证和完善。

三是强调实验观察和记录。本册教材设计的各项实验对收集数据的要求比较多。例如，水结冰实验中收集的数据，既包括实验前试管内水的温度和水量（体积）、烧杯里冰与盐混合后的温度这些初始数据，又包括实验过程中的温度变化数据以及结冰后的体积数据等;水加热实验中收集的数据，既包括实验前试管内水的温度和水量（体积），又包括实验过程中的温度变化数据以及沸腾后的水量数据和现象等。在实验环节，教师要引导学生既要规范操作每一项实验步骤，又要同步搜集实验过程中的现象，观测实验中的各项数据，并做好记录。要向学生强调，要树立尊重实验事实，实事求是记录实验数据和现象的意识。

四是引导学生分析实验数据和现象。本册教材中，在探究水在什么温度时结冰或沸腾的实验中，都采取了根据水温数据绘制折线统计图，再根据折线统计图描述水温的变化，得出冰点和沸点概念的方式。这种绘制统计图表的方式有利于学生整理实验数据，对水结冰和加热过程中的现象和温度变化形成一个整体的认识。在探究声音变化的实验中，需要学生结合实验数据和现象的记录，将物体振动的变化（幅度与频率）与声音的变化（强弱与高低）之间的关系建立关联，归纳出影响声音变化的因素。在这些分析实验数据和现象的环节，教师要注重引导学生将实验数据和实验现象之间建立关联，并用科学的语言描述、表达实验结论。

3.地球与宇宙科学领域

本册教材中地球与宇宙科学领域的一项学习内容是了解地球上的海陆分布概况，知道地球上大约70%的表面被海洋覆盖。为了让学生对此有一个比较具体的认识，教材设计了两个估算活动：一个是用抛接地球仪的游戏进行概率估算，另一个是用在地球仪的陆地部分粘贴橡皮泥的方式进行估算。

地球与宇宙科学领域的另一项学习内容是认识地球上的水资源状况。教材用直观的图片呈现了地球上的总水量、淡水量和人类可利用的淡水量的对比。在教学中，教师可采用实物演示的方式，引导学生观察、比较，认识人类能够利用的淡水量仅占地球上总水量很少的一部分。

上述探究活动使学生能通过亲历活动或实验的方式，获得数据，进行统计，从统计结果中分析得出结论，这种方式既让学生对地球上海陆面积的对比和水资源的状况形成更具体和深刻的认识，又有助于培养他们的科学兴趣和探究精神。

在实际教学中，教师在深刻理解教材内容的情况下，可以根据学生的特点和现有实验材料，在教学目标的指引下，创造条件，优化探究活动方案，尽可能设计以学生参与为主的能激发学习兴趣的丰富多彩的活动，帮助学生更好地完成科学探究，更有效地形成科学认知。

4.技术与工程领域

《制作乐器》是本册教材的技术与工程单元，教学中应把握以下几点：

一是重视原型观察。教学中，要围绕制作任务提出观察和思考的要求。观察：自己打算制作的乐器是什么样的？它分为几个部分？它的发声部位在哪儿？影响它发出不同音调的因素是什么？思考：如果制作这种乐器，各个部分可以用什么材料？各个部分之间如何连接？可以用哪些连接材料？可以用哪些材料美化它？引导学生带着这些观察的方向和思考的问题，有针对性地观察打算制作的某种乐器的外形、结构等，为设计与制作做好准备。

二是重视设计。在低年段，技术与工程设计的要求是在给定材料的基础上，学生用口述、草图、简笔画等形式进行简单设计。学生经过之前三年6个技术与工程单元的学习，进入本课学习，要尝试提出更高的设计要求：不仅要求画出乐器的设计图，还要求确定制作所需的材料、数量以及工具，并规划制作步骤，这需要学生根据任务进行整体思考。这个设计过程不仅是运用所学知识的过程，也是逐步培养控制成本和时间意识的过程，更是提升设计思维的过程。

三是做好材料准备工作。在低年段，基本上是教师给定制作材料，提供制作工具。到中年段，应逐步让学生结合设计草图和制作方案，自己收集制作所需的材料和工具。一些常见的材料和工具完全可以让学生自己搜集带来，教师可以帮助准备一些不常见的材料和工具，或者让学生思考有没有可以替换的材料和工具。

四是引导学生有效制作。在低年段，常常因为设计图纸时过于简单和随意，导致制作时无法实现，很多学生会丢掉图纸“另起炉灶”，显示出对设计的不尊重。进入中年段，要注重培养学生依据设计图纸进行制作的意识，强调应根据拟订的设计方案进行制作，制作过程中如果发现原来的设计有不合理的地方，可以在原先的设计图上加以标注和修改。在制作过程中，还应注重培养学生的合作意识，引导小组成员按照制作步骤合理分工，使学生意识到只有合理分工、相互配合，才能在规定时间内更好地完成制作任务。

五是培养产品迭代意识。在制作过程中及完成后，对自制的乐器作品进行相应的测试和调整，学生会不断地发现问题。如设计得不够合理，音调不够准确，琴体做得不够牢固，有些部位连接得不够稳定，形状不够美观等。在展示与交流的过程中，学生经过观察、思考，针对他人的想法、草图、作品等提出改进建议，他人的作品对自制的作品也会产生一些启发和借鉴。然后，针对发现的问题，改进设计，进行调整，甚至重新制作，这样就自然而然地完成了迭代升级。这些测试、调整、改进和完善产品的过程绝不是可有可无的环节，这个过程能非常好地提升学生解决问题的能力，是技术与工程单元的重要环节。

人民教育出版社课程教材研究所（100081）