精心搭建学习支架助力科学概念建构

孙明国

摘要基于儿童的认知水平和年龄特征，将学习内容分解成具有逻辑性、结构性、进阶性、趣味性的实践活动，精心搭建学习支架，帮助学生在有限的课堂时空里，积累起丰富的直接经验，动态生成新的认知，助力学生高效建构科学概念。

关键词学习支架;概念建构;科学实践活动

中图分类号：G459文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.36.048

Carefully Build a Learning Support to Help the Construction of Scientific Concepts

——Reflection on the teaching of Karst Cave （Class 1）

SUN Mingguo

（Hubei Xuanen Ethnic Experimental Primary School，Enshi，Hubei 445500）

Abstract：Based on children，s cognitive level and age characteristics，the learning content is decomposed into logical，structural，advanced and interesting practical activities，and the learning support is carefully built to help students accumulate rich direct experience in limited classroom time and space，dynamically generate new cognition，and help students construct scientific concepts efficiently.

Keywords：learning support;concept construction;scientific practice

《溶洞》是“地面形态变化”单元的第二课。本单元教材选取了卵石、溶洞、升高的河床、沙尘暴、火山爆发、地震等内容，通过对这些内容的探究来认识地球表面的一些变化，认识各种自然力量对地球改变的作用，了解地球表面是在不断变化的。《溶洞》一课，围绕“溶洞是怎样形成的”“溶洞里的钟乳石、石笋、石柱是怎样形成的”两个问题，引导学生探究溶洞里的自然景观，从而认识地球表面是不断变化的。

我校地处喀斯特地貌地区，学生对溶洞、钟乳石、石笋、石柱或多或少有一些了解，但大都局限于名称、形状等表征，受其变化过程缓慢性、隐蔽性、复杂性的影响，学生对其成因了解甚少。溶洞的形成，实质就是石灰岩在酸性溶剂中的化学溶解变化，而钟乳石、石笋、石柱的形成，又是这种化学溶解变化的逆变过程。初中阶段的学生，将在化学课程中认知这种变化，而要让小学生来认知这种看不见、摸不着的化学溶解变化，则比较困难。所以，“溶洞是怎样形成的”“溶洞里的钟乳石、石笋、石柱是怎样形成的”一直是小学生学习认知的难点，也是小学科学教师“难啃的硬骨头”。而且，前一个问题是后一个问题的基础。因此，我围绕“溶洞是怎样形成的”这一教学内容（第一课时）反复研究尝试，基于小学生的认知水平和年龄特征，设计实验、推理、制造、拓展等一系列有结构的科学实践活动，精心搭建学习支架，帮助学生发现溶解、想象溶解、看见溶解、悟透溶解，助力学生高效建构科学概念。

1发现溶解

教学片段一

师：（手拿一块方糖、一杯水）我把这块方糖放进水里去，方糖会有什么变化？

生：方糖会溶解，会变得越来越小，最后就看不见了，而水就变甜了。

师：（放下方糖，拿起一块小石头）那如果我把这块小石头放进水里去，它会溶解吗？

生：（异口同声）不会！

师：溶洞究竟是怎么形成的，其实老师也不知道，因为我也从来没有亲眼看见过。面临这样的问题时，我们往往可以借助一些资料。（出示文字资料一：人们经过考察发现，溶洞大多位于石灰岩构成的山中）这个资料给我们研究溶洞的形成提供了怎样的思路？

（学生分组讨论。）

生：透过这个小资料，我们发现，溶洞的形成与石灰岩有着很大的关系。这样，我们就可以去重点研究石灰岩了。

师：为什么由石灰岩构成的山体中就容易形成溶洞呢？石灰岩有什么特点呢？我们先来做一个实验：把一颗小石灰岩慢慢地、小心翼翼地放进稀盐酸里，看看有什么现象发生。

（学生分组实验，教师巡回指导。）

生：石灰岩进入稀盐酸后剧烈地冒泡，被分解成小颗粒了，颗粒越来越小，最后都不见了。

生：稀鹽酸由清澈变得有些浑浊了。

生：石灰岩颗粒在稀盐酸里一边剧烈冒泡，一边快速跳跃，后来冒的泡泡就越来越少了。我们在烧杯上部还闻到了一股异味。

生：我们发现，石灰岩遇到稀盐酸后，会像方糖进入水中一样，变得无影无踪，它会溶解到稀盐酸里去。

师：不是说石头不会溶解吗？

生：但是石灰岩是可以溶解于稀盐酸的。

师：根据刚才我们的实验发现，谁能猜猜石灰岩山体中的溶洞可能是怎么形成的？

生：稀盐酸进入由石灰岩构成的山体中，就会把石灰岩溶解掉，这样就形成了溶洞。

1.1资料导向，走出迷茫

学生对神秘的溶洞、奇特的钟乳石有着强烈的好奇心和求知欲，最后将探究的问题聚焦到它们的成因上，这是很自然的事情。但是，学生就其成因进行自主探究，其难度很大，因为溶洞的形成过程非常缓慢，又远离学生的日常生活，类似于解暗箱。这显然需要教师对探究活动进行适当的建构，给学生提供必要的帮助和支持。在学生不知所措之际，我巧妙出示文字小资料，并告诉学生“面临这样的问题时，我们往往可以借助一些资料，，，既给学生提供了学习帮助，也教给了他们合理利用已有科研成果的学习方法。文字小资料恰到好处的呈现，可以帮助学生将探究的对象由溶洞转移到石灰岩，这样缩小了探究领域，明确了探究方向，让学生对石灰岩产生了强烈的好奇心，自然将注意力转移到对石灰岩的研究中，为探究溶洞的形成找到突破口，帮助学生走出迷茫，提升信心，指明方向。

1.2改进实验，发现溶解

往石灰岩上滴盐酸，是多个版本教材都有的设计，可见这是一个非常经典的科学实验。这个实验一般用于认识石灰岩的特点，辨别岩石的种类，以及探究溶洞的形成。结合自己的教学经验和数次观摩公开课，我发现在探究溶洞的形成时，用滴管往石灰岩上滴几滴稀盐酸，石灰岩上冒一些气泡，冒的气泡越来越少，一会儿就不冒泡了，滴过稀盐酸的地方是湿漉漉的。仅凭搜集的这些证据，是难以甚至没有办法让学生发现“石灰岩可以溶解于稀盐酸”这个事实的，更别说建构溶洞如何形成的科学概念了。在这个实验中，石灰岩冒泡和变湿不是学生后期用于推理概括、形成结论的重要证据，而让学生亲眼发现石灰岩在稀盐酸中溶解才是关键。为了达成这个目标，我经过反复实验，最后选择长约5毫米的长条形或薄片状的石灰岩，给每组一杯20毫升的稀盐酸，将石灰岩轻轻放进稀盐酸中，认真观察石灰岩的变化。在大约7分钟后，学生清楚无误地观察到石灰岩在稀盐酸中剧烈冒泡、慢慢分解、几近消失的变化过程，帮助学生牢固建立起石灰岩溶解于稀盐酸的科学认知，为下一步推理、想象酸雨对岩石的侵蚀作用打下坚实的基础。

1.3前置情境，埋下冲突

在学生甚至我们一些成人的认知中，岩石都是顽固不化的象征，要改变学生的这种既有认知，是有一定难度的。但是，如前文所述，要让学生建构起“地下水长期侵蚀石灰岩形成溶洞”的认知，就必须要用事实说话。我在课前花不到一分钟的时间，设置了“把小石头放进水里会溶解吗”这个活动情境，一是引起学生对溶解概念的回忆，二是埋下岩石会被侵蚀的伏笔。当学生通过实验探究，发现稀盐酸中的石灰岩慢慢分解、几近消失的事实后，形成了强烈的认知冲突，学生在自己的认知体系中，自觉调整、修正科学前概念，同化认知，既解疑也生疑，石灰岩为什么可以溶解于稀盐酸？石灰岩还可以溶解于什么？这些新生的疑问，恰恰助推了学生科学探究活动的深入开展，也培养了学生类比、推理、演绎、想象等高阶思维的发展。

2想象溶解

教学片段二

师：（出示中国喀斯特地貌分布图）在我国广西、云南、贵州、四川等省区，有着100多万平方千米的溶洞分布，难道都是稀盐酸所致？

生：应该不是。

师：那是什么呢？

（学生犯难。）

师：我只见天上时常下雨，从来没见下过稀盐酸。

生：我知道了，天上下的雨是酸雨。

师：哦？真是这样吗？酸雨是个什么东西呀？小组里讨论一下。

（小组讨论。）

生：空气和土壤中含有不少的二氧化碳、二氧化硫气体，雨水落下来的时候，就会吸收它们，形成酸雨。

师：当酸雨渗到地下石灰岩裂缝里时，会对石灰岩产生什么影响？天长日久，由石灰岩构成的岩层会有什么变化？

（学生讨论。）

生：酸雨滲透到石灰岩缝隙里后，会像稀盐酸那样，把缝隙里的石灰岩溶解，溶解后的石灰岩就跟着雨水一起流走了，石灰岩的缝隙就变大了。年复一年，石灰岩不断被侵蚀，石灰岩里的缝隙就会越来越大，这样经过成千上万年，在由石灰岩构成的山体中就形成了巨大的溶洞。

在课堂上仅仅发现石灰岩可以溶解是不够的，需要将学生的目光从实验引向真实的大自然“在我国广西、云南、贵州、四川等省区，有着100多万平方千米的溶洞分布，难道都是稀盐酸所致”这个问题又将学生困住，凭借他们的生活经验和已有认知，是难以解答的，而且我们也没有办法让学生在课堂上亲眼见到石灰岩溶解于酸雨。因此，只能就酸雨长期对石灰岩的侵蚀作用进行推理和想象，而这种推理的有效性在很大程度上取决于学生对酸雨的了解和认识。于是，我强化对学生生活经验的引导，通过小组讨论深化对酸雨的认识，在确定这些地区地下水呈酸性这个事实的基础上，引导学生大胆想象、理性分析、谨慎推理、勇于表达。

3看见溶解

教学片段三

师：溶洞究竟是不是这样形成的呢？我们来制造一个“小溶洞”吧！（手拿一个矿泉水瓶）将一个剪掉瓶底、盖子打孔的矿泉水瓶倒过来，在里面依次装进几颗石子、5厘米高的细沙、两层方糖块、5厘米高的细沙，然后往瓶里倒水，观察瓶子里发生的变化。

（学生实验。）

师：在瓶子里看见“小溶洞”了吗？这说明了什么？生：这其实是个模拟实验。方糖代表石灰岩，往瓶子里倒的水代表酸性雨水，方糖遇水溶解后，糖水就流走了，这样就形成了“小溶洞”。这个实验说明我们之前关于溶洞形成的想象和推理是有科学道理的。

地下石灰岩受地下水长期侵蚀，慢慢形成溶洞，几乎每个学生都会这么表达，说明学生基本上都掌握了“溶洞是怎样形成的”这个知识点。但我总觉得还差点什么——“溶洞真的就是这么形成的吗？溶洞形成的动态是个什么样子？”我感觉为了体现“一英寸宽、一英里深”的教学理念，还可以做点什么。于是，我给各组准备了成品实验材料，学生在制造一个“小溶洞”的实践活动中，亲手制造了一个“溶洞”，真切地经历“溶洞”的形成过程，印证了前期的猜想和推理，巩固了学生的概念建构，也培养了学生实事求是的科学态度，提升了科学素养。

4悟透溶解

教学片段四

师：这节课，同学们积极开动脑筋，发现了溶洞的形成。老师有一份大礼要送给你们（出示一瓶食醋、一颗石灰岩），把石灰岩放进这瓶食醋里，盖上瓶盖，每天观察石灰岩的变化，坚持一周时间，会有怎样的惊奇发现呢？期待大家的好消息！

下课铃声不是学生科学探究的终点，课外有学生自主进行科学探究更为广阔的空间。课堂内，学生虽然通过实验亲自体验并全程观察了石灰岩在稀盐酸中的溶解事实和溶解过程，但是大自然中的溶洞与课堂中的实验不一样，酸雨对石灰岩的侵蚀作用非常缓慢，在时空极为有限的课堂内是难以让学生获得最直接的感性经验和最有效的事实证据的。尽管学生基于石灰岩溶解于稀盐酸的科学事实，对石灰岩溶解于酸雨的情况进行了大胆的推理和想象，但是纸上得来终觉浅，学生获得的仍然是肤浅的认识。我执意想让学生亲眼看到或者亲身感受到这种发生在地下的“慢动作”，经过反复尝试，最后我发现，把1厘米见方大小的石灰岩块关进一瓶食醋里，石灰岩块一天比一天变小，一个星期后，石灰岩块几乎不见了踪影。我欣喜若狂，便将酸性适中而且学生非常熟悉的食醋作为探究材料，引导学生课外进一步拓展探究，促进学生深度学习，让学生基于石灰岩在稀盐酸中快速溶解、食醋中缓慢溶解的科学事实，充分想象、感悟石灰岩在酸雨长年累月侵蚀下的微妙变化过程，从而全面、深刻了解溶洞的形成原因，牢固建构“地球表面是在不断变化的”核心概念。

5结语

学习支架犹如一条引导学生通往山顶的“盘山公路”，需要教师在备课时，精心研读课程标准与教材，认真分析具体学情，将条款式的教学目标转化成符合儿童认知特点的科学实践活动，既着眼于“到什么地方去”（教学目标），更着力于“路该怎么走”（学习活动），做到眼中有人、心中有路，为学生科学素养的培养切实扮演好组织者、引导者、促进者的角色。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[M].北京师范大学出版社，2017.