应用结构性材料，促进科学概念的构建

周沃涛

在小学科学教学课堂中，学生进行探究的载体就是结构性材料了，通过对结构性材料进行观察、操作，从而记录、研讨，得出科学概念，培养学生思维、培养学生科学素养。什么是结构性材料呢？美国哈佛大学教授兰本达说：“科学教学材料的结构，指的是通过操作材料揭示自然现象间的某种关系，这种关系的模式即是描述现象的概念”。简单来说就是反映科学概念的材料。由于科学课堂上的材料比较多，那么如何选择、设计和运用结构性材料呢？下面笔者以《气球驱动小车》为例，说明结构性材料的选择、设计和运用。

1通过对比突出材料的结构性

在上课的开始我先让学生进行观察气球。分别是一个没有充气的气球，一个是充满气的气球，这两个都是气球，教师引导问：这个没有充气的气球能不能动起来。学生回答：不能。那么这个充满气的气球呢？学生回答：能动起来。然后我放飞手中的充了气的气球，气球作不规则的乱飞。为什么充了气的气球能动起来呢？原因是充满了气的气球具有内能。这种内能当放出气时，会产生一种力，这种力叫反推力。通过材料的对比就知道了，有气的气球才能动起来，这种动起来是由于有一种力在作用。不是由外面给它的力。也通过这个对比，为后面第6课运动的小车具有能量作一个铺垫。

2应用结构性的材料忌产生歧义

在对反冲力的方向进行探究，首先我让学生自己打涨一个气球，让气球在手掌里飞，让学生感受反冲力。感受完后进行反冲力的认识时，在磨课时，我按照教材的方式，让学生仍然在手掌里感受反冲力的方向，但是在实验过程中，气球会到处乱飞，根本不能显示出气球喷出气体与反冲力相反的原理。因为气球会作无规则的运动受到几个因素：一是气嘴的气流喷出的方向无规则，二是周围的空气密度不一样，三是气球的体积在反冲时受到的阻力不一样。气球到处乱飞导致学生究竟是以在手掌时的方向还是以飞出来的方向为准，歧义非常大。于是我就想着要对材料进行改变，让学生观察时不会产生歧义。于是我把材料改为用气球黏在一根吸管上，然后吸管里穿入一条绳子，然后绳子两端让两个学生拉住。改变气球的方向，观察气球喷气与气球运动的方向。改进后，充满气的气球沿着绳子作定向的运动。学生很明显的看到气球沿着绳子飞行2米长，效果非常明显。学生就能很快的知道了气球与喷气方向相反，自然而然就知道了反冲力的方向。在应用的结构性材料时，一定要指向科学概念，防止產生歧义，让学生误解材料及现象背后的科学概念。

3结构性材料要指向数量化

在使用结构性材料时，我们设计的实验要指向数量化。在探究气球大小与小车距离的实验时，笔者设计了了一个对比实验，要求每个小组做两组实验，一组是给气球打30筒的小车，一组是给气球打气60筒的小车，两组小车各做3次，每次都要记下小车行驶的距离多少厘米。这样通过一个数量化的对比实验，学生容易得出打气60筒的比打气30筒的行驶的距离远了多少厘米。科学是不允许大概、估计等不确定性的描述，应用数量化能使让人更加信服。

4应用结构性材料要着力于培养学生的思维

应用结构性材料虽然具有内在的结构，但仍然需要教学者精心组织才能发挥结构性材料发展学生思维的作用。在探究反冲力与气体喷出的方向相反时，我是先让学生猜一猜这个力的方向与喷气方向是怎样的关系的？然后在学生做气嘴朝左、气嘴朝右、气嘴朝上、气嘴朝下的气球的运动方向，然后让学生出来汇报总结出喷气方向与气球运动方向是相反的，从而顺利成章地认识了反冲力。这样经历了一个猜想——实验——内化——总结的过程。学生就在实验过程中深刻地认识了反冲力。美国有句谚语：告诉我，我会忘记，做给我看，我会记得，让我亲自做，我才懂得。通过做和思结合发挥了结构性材料的发展思维的作用。在教学中，教学不仅仅是引导学生进行做，用结构性材料操作一遍，而是要引导学生进行边操作边思考，在思考中发展学生的思维，培养学生的科学素养。

5结构性材料选择前要多进行尝试操作

虽然材料具有结构性，但是要让材料显示出来的现象能验证科学原理，也并不是一帆风顺，需要教学者提前多进行尝试操作，只要亲身操作后才能评估材料是否能达到效果，如果要达到效果需要控制哪些不利因素。这些都需要教着在课前进行多次操作才能看出来的。

在进行气球气量与小车行驶距离的实验时，我就一直在思考如果按照课本那样分别用大气球和小气球进行对比实验，但是比较难于控制，有些学生可能打的气球可能接近，导致了行驶距离差别比较小，甚至会因为地面光滑程度、空气的密度干扰导致气球小的反而会比气球大的会远，有时，学生也会因为把气球打得太大了，导致气球爆裂。因此，经过反复研究后，联想到三年级《空气具有质量》的实验，于是改为给气球打30筒和60筒进行对比。实验效果就比较明显了。

总之，学生科学概念建构是一个循序渐进的过程，在教学实践中，教师要善于运用结构性的材料，让学生从探究中构建科学的概念，提高学生思维能力，培养学生的科学素养。

参考文献

[1]姚晓春.小学科学课的建构：探究式教学设计的理论与实践，华东师范大学出版社，2018年9月，P213-P277.

[2]季旭.小学科学课堂中结构性实验材料的有效应用，启迪与智慧，2020，（9）P67.

备注：本文是广州教育学会课题《基于科学核心素养培养的小学科学概念教学策略研究》 （课题编号∶ KTLX1202030261）的研究成果。