促进小学科学深度学习的教学——以三年级上册“热空气和冷空气”为例

文| 周舒婉

科学课程的难度会随着年级逐渐增加，这就要求教师在教学时仔细做好科学课的准备工作，并且要有针对性地去研究哪一种体验活动课堂才是最吸引学生的。在此过程中，教师利用深度学习开展科学实验，可以在一定程度上提高学生的科学核心素养，同时为将来的科学学习奠定良好的基础。

深度学习是一种建立在学生积极参与的基础上，让学生在学习过程中深刻体验、深刻思考，从而加深对所学内容理解的一种学习方式。在深度学习的指导下，学生对科学学习的积极性越来越高，问题意识也越来越强，合作探究和科学讨论已成为课堂教学的新常态。但是，因为有些教师缺少可操作的、系统化的教学模式，所以有些科学课的教学流于表面，学生仍存在学习动机浅层、探究过程浅化、结果浅化等问题。想要克服这一难题，还有待广大教育工作者在实践中不断摸索和总结。实验结果表明：5E教学模式是科学教学中深度学习的有效途径。

5E 是美国生物学学科研究中心为解决问题、构建概念和创新实践而提出的一种新的教学方式。这一模式由“参与”“探究”“解释”“迁移”和“评价”五个环节组成。以深度学习为导向的小学科学5E 教学模式，注重把学生作为学习的主体，以解决科学问题为动力，以培养科学思维能力为中心，使学生在积极发现、主动体验和解决问题的过程中真正达到深度学习。“热空气和冷空气”是所有小学科学教科书中的经典知识点。文章结合这部分内容，论述了5E 教学模式在小学科学教学中的应用。

一、学情分析

在科学学习中，学生是主体，要根据他们的身体、心理和学习特征，将他们的积极性和主动性充分地调动起来。经过两年的教学，三年级的学生已初步掌握了科学课程的基本知识，并掌握了一些科学研究的方法。然而，“热空气比冷空气轻，会上升”的特点，对学生来说，是一个比较笼统的概念，无法凭借直观感觉去理解，因此，在该节的教学过程中，教师应按照学生的认知规律，通过实验法带领学生进行探究性学习，通过实践帮助学生理解概念，提高学生的认知层次。

二、教学目标

1．了解热空气会上升是因为它比冷空气轻。

2．知道空气是有温度的，当空气存在冷热之分时，空气是具有流动性的。

3．了解怎样进行热空气上升的实验，能细心地观察，真实地纪录与描述，并合理地分析实验现象。

三、教学重难点

教学重点：热空气上升和冷空气下降的原理。教学难点：对冷、热空气的流动进行实验探究。

四、教学准备

教师材料：教学课件、冷热空气对流视频、集气瓶、毛玻璃片、热水、凉水、熏香、打火机等。

学生材料：蜡烛、火柴、纸蛇、塑料袋、纸筒。

五、探究学习实验的设计与实施

（一）前置作业内容

1.调查类

（1）冬季若使用暖气片供暖，暖气片应安装在哪里？

（2）冷藏柜可以不盖盖子吗？

2.实践类

当蜡烛被点燃时，围绕在蜡烛周围的空气将如何流动？如何通过实验来证实我们的猜想？请同学们看教材第7 页，分组讨论，看哪组的办法更好。

实验时请注意：（1）在不点蜡烛的情况下，先把实验物品放在蜡烛的上面，然后做好记录。（2）小组成员分工要明确。（3）仔细观察，以个人喜好或擅长的方法，如实地把实验现象写下来。（4）注意安全，带上一条湿毛巾，一旦有突发情况，立即用湿毛巾覆盖住火苗，或者把着火的东西扔到地上，然后离开易燃物，切勿伤到自己或点燃其他物品。

（二）教学过程

1.新课导入

师：经过前面的学习，我们已经知道了气体会占用一定的空间、有一定的质量等基本性质，大家知道气体还有哪些特征吗？

生：气体还会流动。

师：老师给每组发了一根蜡烛，当蜡烛没有被点燃的时候，这根蜡烛的四周有什么？

生：空气。

师：点燃蜡烛，大家观察一下蜡烛周围的情况。

生：变热了。

师：当围绕着蜡烛的空气受热后，它就会变成一股热气，热气将如何流动？这就是“热空气和冷空气”，我们今天一起来学习。（板书课题）

2.前置作业汇报

师：当蜡烛被点燃后，围绕着蜡烛的空气将如何流动？

（学生分组讨论，并分享自己的发现。）

师：在这个实验中，大家有什么发现？

生1：不点蜡烛的情况下，纸蛇是不旋转的，但点燃蜡烛以后，纸蛇开始旋转，这是热空气上升的表现。

生2：我们观察到，不点蜡烛时，塑胶袋是扁平的，而当蜡烛被点燃后，塑胶袋会慢慢膨胀，最后会飘起，这表示热空气在向上流动。

生3：不点蜡烛时，把手放在蜡烛四周，没有任何感觉，但点燃蜡烛以后，却有一种灼热的气流，这是热空气向上流动的表现。

师：刚才我们从纸蛇与塑料袋的移动中推断出热空气会向上流动，那么，我们是不是可以用肉眼看见热空气向上流动呢？

生：不能。

师：为什么？

生：因为空气是透明的。

3.探究热空气上升

师：这里有两个玻璃杯，杯子是不是空的？

生：不是，里面有空气。

师：这里有两只同样容量并装满空气的玻璃杯，里面的气体是同样多的吗？

生：一样多。

师：是的，它们的体积是一样大的。

教师出示PPT，并让学生调整木棍中心的连线，使仪器保持平衡，再用一根火柴对一端进行加热，看看会有什么变化。

（学生自主实验，各组就实验现象做报告。）

师：在实验中，杯子加热的那端会向上翘起，这是什么原理呢？

生：相同体积空气中热空气的重量小于冷空气，因此加热那端会翘起。

小结：相同体积下，冷空气要比热空气重，冷空气向下流动，使热空气向上流动，从而对杯子产生力的作用。

4.观察冷热空气的对流

师：同学们，如果热空气遇到冷空气，将会发生什么？请大家观察教材第8 页中的实验并思考：（1）把已冷却的瓶子倒扣在装有烟雾的热瓶上，取出玻璃碎片，烟雾将以何种方式流动？这意味着什么？（2）将冷热瓶调换一下位置，会有什么效果？

（教师实验，学生观察）

师：大家发现了什么样的现象？

生：在热的瓶子里，烟是向上的，而在冷的瓶子里，烟是向下的。

师：大家观察得很仔细，如果把热瓶置于冷瓶之上会有什么现象？

生：热瓶中的烟雾纹丝不动。

师：谁能告诉老师这是怎么回事？

生：热空气是向上的，而不是向下的。

5.实验探究冷热空气的循环流动特点

师：大家都知道，空气是占有空间的，如果空气流动，热空气向上流动，那么原本被热空气占据的空间，又会变成什么样子？

老师这儿有一台仪器，是用来研究气流的，大家能讲一讲，当一根蜡烛被点燃后，什么地方会变成热空气，什么地方会变成冷空气呢？

提问：热空气、冷空气如何移动？为了让大家看得更清楚，老师用薄薄的塑料袋盖住瓶子的顶端和底部的小孔，以便于大家观察。

在实验中教师应强调注意事项：安全，不要让蜡烛靠近塑料瓶的内壁而灼伤塑料瓶；在做实验的时候，轻轻地呼吸，以免呼出的气体污染了胶袋；在实验中要细心地观察；当实验结束时，要用橡皮泥圆球填满底座侧面的小孔。

学生运用自己的实验用品，点燃蜡烛，盖上塑料瓶子，仔细地观察。

提示：时间到后，学生可以互相交流，并分享自己在实验中发现的现象。

两个塑胶袋圆片上端稍稍朝上，底部侧边的微微向内，这说明什么？

（热空气上升，冷空气便会涌入瓶子，将热空气原有的空间填满，如果冷空气不能及时补充，烛火便会渐渐熄灭。）

（意图解析：在实验中，首先确定蜡烛被点燃后热空气、冷空气的分布状况，这有利于学生进一步观察两种气体的运动。虽然学生看不见冷、热空气的流动，但有了这些圆片，他们就能清楚地看到实验中的现象，对实验有了具体的认识。）

（教师出示暖气片、保鲜柜的图片。）

提问：大家能不能解释一下，为什么暖气片要放在房间较低的地方，食堂的水果保鲜柜也可以不盖上盖子？

（意图解析：学以致用，让学生从封闭的空间到开阔的空间，感受冷、热空气的流向，运用所学知识诠释生活中的各种设计，感悟和认知大气特性在提高人们生活质量方面的作用。）

6.拓展提升

教师可以让学生根据教材第10 页做一个简单的气流观测装置，思考这个实验告诉我们什么。

六、教学反思

研究性学习可以减少不必要的作业时间，把有价值的教学时间用于概念的建构、提高和深入学习上，使学生对概念有一个完整的认识，从而实现概念上的升华。“4+X”素质教育的研究笔者虽然经过了几次的实践，但仍有许多不足之处，首先，最重要的就是“4+X”素质课堂探究式学习模式的构建，还有待进一步改进。其次，这一实验的限制：（1）实验设备需事先准备。（2）实验设备均为高温或低温，操作时要求教师注意温度是否到位。（3）实验指导痕迹比较明显，有待在课堂设计中加以强化。（4）拓宽视野，从其他学科中汲取思想和方法，多要素交叉，实现深度学习。

在了解了空气的热胀冷缩特性之后，教师可以引导学生对三年级所学的“热气上升”进行说明。这样可以帮助学生在新旧知识之间建立一座桥梁，使他们能够从总体上掌握所学的知识，从而更深刻地理解所学知识。然后，通过创设生活情境，将所学内容导入实际问题情境。通过对所学知识的深刻体会，学生能够迅速地运用气体的膨胀与收缩特性来解决现实生活中的实际问题。从中可以看到，学生在实际情境中运用所学知识，获得了对新知识的深刻认识，体会到了成功的喜悦，体会到了学习的意义，从而获得了自我效能的提高。在此基础上，教师可以带领学生去课外寻找和解释更多关于气体热胀冷缩的现象。

在实际教学过程中，教师应始终坚持“探究式学习”的原则，使用深度学习教学法丰富学生的学习体验，调动学生参与课堂活动的自主性。在科学实践教学中，教师应加强与学生的沟通，并与其他教师进行交流，多维度提升学生的科学素养。这种实践性教学方法，对学生来说，能够起到事半功倍的效果。通过这样的实践操作，不仅能反映出学生对科学知识理解上的不足，还能使教师有针对性地制订教学方案。