优化课程内容 建构“能量”概念

在小学阶段，许多相对抽象的概念对学生来说理解起来有一定的难度，“能量”就是其一。能量与运动密不可分，科学课程标准这样描述：在物质的一切属性中，运动是最基本的属性；对应物质的各种运动形式，能有各种不同的形式；能量是一切运动着的物质的共同特性，也是各种运动的统一量度；能的形式是多样的。科学课程标准旨在从跨学科概念“物质与能量”的角度，引导学生建立对“能量”的认识，帮助他们建构“能量”概念。

一、基于大量事实，感受能量存在

在小学阶段，能量的学习一定要同“力”和“运动”建立联系，需要借助对一定数量的事实进行分析，探其本质。能量每时每刻都真实地存在于我们的日常生活中，但也正因如此，它往往容易被学生忽略。基于此，教师要使用大量案例作为开展相应学习的材料，引导学生关注到大量物体在力的驱动下运动的事实，进而感受到能量并不陌生。

教师可提供大量事实资料。比如，课前出示大量生活中物体运动产生的作用效果的图片；课中引导学生观察小车从不同坡度面上滑下来后对小木块的撞击情况；课后出示不同形式能量的相关图片，并对校门口的交通标识牌进行分析。教师以图片和实物模型还原生活中的大量事实，引导学生课前收集整理生活现象，课中深入探究实验现象，课后对能量概念进行拓展延伸。整个教学过程紧密联系学生的生活实际，分析大量的事实，帮助学生理解能量。相比直接进行概念讲解，这样的教学更透彻，有利于学生理解抽象概念。

二、通过归纳推理，感知能量概念

教学片段：分析生活中的常见现象

（教师在黑板一侧列出“子弹—枪靶，足球—玻璃，风—大树，水—水轮”四组物体。）

师：每一组中的两样物体之间有关系吗？你为什么这样认为？

生：有关系但并不明显。

生：子弹从枪膛里发射出来，可以击中枪靶，这样就有关系了。

师：那后面的几组之间呢？

生：足球踢飞后，会把玻璃撞破，风能吹动大树，水能推动水轮。

教师将表示物体运动的词按照学生的描述记录在黑板上，引导学生通过分析比较，找到它们的共同点：都是前一个物体运动起来后，产生力量，作用到后一个物体上，使后一个物体发生变化。此时，学生也许不能准确地表达出什么是能量，但是基于这些事实，可以感知到能量与运动的关系：运动的物体具有能量。引导学生初步感知能量与运动的关系后，教师组织学生围绕“为什么这样认为”进行交流，目的是调动他们的生活经验，将生活中的事实与他们对问题的初步判断建立联系，也是为他们的初步判断找到依据。

教学片段：比较发声的音叉与运动的小车

（教师挥动木槌，用不同的力度各敲击一下发声音叉，使其振动发声，然后让学生触摸发声音叉，感知两次的区别。）

生：轻敲音叉时，用手摸感到有点麻；重敲音叉时，用手摸感到麻的感觉增强了。

（教师组织学生观察从不同坡度上运动下来的小车撞击小木块的情况。）

生：小车运动的速度快时，小木块被撞得较远；小车运动的速度慢时，小木块被撞后的运动距离近一些。

师：以上两个现象有什么共同之处吗？这些说明什么呢？

生：用力敲音叉时，木槌运动的速度快，音叉振动明显，手能感觉到更麻一些；小车撞木块时，小车运动的速度快，小木块被撞得更远一些。音叉和小车在运动后都产生了能量，能量有大有小，能量大小和物体的运动状况有关。

师：能量大小和物体的运动状况有关，能具体说说吗？

生：比如，我挥动小木槌的能量大一些，木槌运动得就更快一点；小车下滑时运动得快一些，能量也大。（学生初步感受能量是各种运动的统一量度）

教师组织学生运用了求同归纳的思维方法，将木槌敲击音叉发声和行驶的小车撞击木块两个探究活动进行比较，找出它们在效果上的共同之处。学生在比较活动中，发现了这两项活动之间存在的普遍规律，认识能量大小与物体运动状态之间的关系，进而了解能量是一切运动着的物质的共同特征。在进一步的师生对话中，学生不断加深对能量与运动关系的认识，初步感受到能量也是各种运动的统一量度。

三、全面数据分析，体会能量变化

数据作为科学证据，必须保证准确性。在实验过程中，学生通过测量、计时如实记录实验数据，教师则要有意放慢进度，允许学生经历从简单复述数据到深入分析数据的过程，重视过程性的表达，使他们通过横向、纵向比较逐渐全面完整地得出能量变化的特点，理解“能量是运动的量度”。

教学片段：推测小车运动速度与能量大小的关系

师：怎样证明你们的想法是合理的呢？你们准备怎么做。

（学生设计模拟实验方案：选择三种不同坡度的等长斜面，将小车设置在统一的起点位置，在坡下相同的位置放置木块。自然释放小车，使小车通过三种不同坡度的斜面下滑后撞击木块。观察、测量并记录木块移动的距离。以上活动反复做三次，取平均值。第一组学生记录数据见表1。）

师：这是同学们在实验后得出的数据，我们一起看一看，他们所得出的这些数据是否可用？

生：我们认为可以，因为他们每组测试都至少经过了三次实验和测量，而且求出了平均值，这样能使数据尽可能准确。

师：对比本组的三次数据，你发现了什么？

生：从不同坡度滑下来的小车运动速度不同，小车运动速度越快，能量越大。

（教师再展示几组的实验数据，指导学生纵向比较：对比其他组的数据，你有什么发现？）

生：虽然我们每个组测量的数据不一样，但是规律一样，都是小车运动速度越快，木块被撞击得越远，说明小车携带的能量越大。

当得到实验数据后，教师没有急于组织学生对数据进行分析，而是带领他们对每个组实验后的数据的可靠性进行认定，这一行为反映了科学探究过程中一种重要的品质——实事求是，只有有效的数据才可以作为证据材料进行分析。在对有效数据的分析过程中，教师前后两次的提问对学生思维的促进作用也是不同的。第一次“对比本组的三次数据，你有什么发现？”是让学生对本组三种不同运动状态的小车具有能量的变化进行前后比较。在严格控制变量进行对比实验的前提下，学生根据实验中木块被撞后运动的不同距离，初步认识运动与能量的关系，训练了运用比较思维分析数据的能力。第二次“对比其他组的数据，你有什么发现？”从内容上看，这个问题与上一个问题区别不大，但对学生思维活动来说却是一个新的高度。学生通过比较大量数据，归纳推理出了运动速度与能量大小的关系，验证了之前的猜测，得出了科学结论。大量可靠的数据有力地证明了结论的可靠性。

四、强化思维训练，建构能量概念

学生在完成不同任务的过程中，对力、运动、能量三者之间的关系会有不同程度的认识。每一个任务的完成都体现了科学课程标准倡导的“立足素养发展”理念，其中很多都指向了学生在学习过程中的高阶认知能力。在探究小车运动速度与能量大小之间的关系时，不少教学案例中容易出现一种情形，教师在组织学生猜一猜后，以“这是你们的想法，怎样证明你们的想法呢？让我们来做下面的实验吧”匆匆进入下一个实践探究的环节。在这个匆忙的过程中，教师可能会错失什么？我们所提供的下述案例，在学习者科学思维训练方面，显示出了优势，教学活动指向了高阶认知。高阶认知能力的训练与培养，需要教师增加教学中问题的“含金量”，多一些可以调动学生分析、综合等思维活动的交流。

教学片段：比较小车从不同坡度下滑撞击木块的情况

师：通过比较从不同坡度下滑的小车的运动状态，你发现有什么区别吗？

生：下滑时小车的运动速度不一样。坡度越大，小车运动的速度越快。坡度越平缓，小车的运动速度越慢。

师：从不同的坡度运动下来后，小车的速度不同，撞击小木块后，又有什么不同？

生：小木块被撞击后的运动距离不同，运动速度快的小车将木块撞得较远，运动速度慢的小车撞击木块后，木块被撞的距离短一些。

师：小车以不同的速度运动起来后，能量如何呢？

生：小车速度快，能量大；速度慢，能量小。

师：你们为什么这样认为？

生：因为速度快的小车把小木块撞得更远了，这就说明能量更大了。

生：我在生活中看到过速度快的车不容易停下来的现象，需要用更大的力量来阻止它继续运动，这也可以说明运动速度快的车的能量更大。

再来看上面这个案例，教师带领学生经历了从分析到综合的思维过程。首先，将学生对“小车的运动速度与能量之间的关系”的认识，从探究活动现象中拆解，拆分出不同的斜面坡度、不同的下滑运动速度和木块被撞击后不同的运动距离等方面，指导学生分别对这几个方面进行具体的描述，目的是引导学生清晰地抓住这几种现象的特征，并构建起这几种现象间的关联，这种关联也正是运动与能量的关系——能量是一切运动着的物质的共同特征。然后，组织学生经历多次交流研讨，对自己的认识作出合理的解释，建立对小车运动速度与小车具有能量的整体认识。

科学是人类应用理性思维构建的对客观世界的认识，而学生主动调取个人的生活经验来对自己的判断进行合理的解释，这就是高阶认知的表现。这个分析与综合的过程着重体现了以下两个目的：其一，学生的回答是经过分析、综合、比较等思维过程（也可能有类比思维推理）后表达出来的，是思维的一种外化形式，这些问题是对学生思维能力的培养与训练；其二，教师要无声地渗透对科学严谨、实事求是、认真细致的科学态度的教育。

除此之外，在课堂教学过程中，教师可以在很多地方培养学生的高阶认知能力，让科学探究课堂真正成为深度学习的过程。关于“能量”的学习，不再仅仅是单纯字面上的知道、了解和明白，而是学生能够将这些已经理解的知识应用于生活。这里所说的理解是解释、思辨、推理、验证、应用等更有难度、更加复杂和更具综合性的学习结果，是学生灵活运用所知进行思考和行动的能力。

“能量”概念的建构需要依据大量客观事实作为基础，在此过程中还需要教师借助有效的教学策略引导学生通过各种思维方法将认识与事实现象建立关联，让他们保持对自然现象的好奇心，从亲近自然走向亲近科学。学生在有思维活动参与的深度学习的过程中，发展了基本的科学能力，逐步形成适应个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力。

参考文献

[1]周建武.科学推理：逻辑与科学思维方法（第二版）[M].北京：化学工业出版社，2020.

[2]叶宝生.小学生科学学习心理学[M].长沙：湖南科学技术出版社，2022.

[3]刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养[M].北京：教育科学出版社，2021.