|第七节|物质观察课

物质世界的观察是小学科学课最主要的观察学习内容,也是承担学生观察能力培养最核心的教学阵地。学生通过观察身边的典型物质运动变化现象,总结物质世界的内在规律性,发现自然界物质变化的原因。这一领域的观察活动有利于培养学生的好奇心和观察欲望。通过物质世界的观察活动,还能帮助学生养成乐于观察身边的自然现象、注重用事实说话、勇于探索的科学品质。

物质世界的科学观察活动主要包括物质材料的观察、水的观察、空气的观察、运动的观察、力的观察、声光电热磁和机械的观察。物质材料的观察主要从物质性质的角度来观察物体,例如从颜色、轻重、软硬、粗糙与光滑、是否透明等角度切入。这一部分的观察分布在各个年级,属于基础性观察。基础性观察旨在针对物质世界的简单、静态的观察,不涉及物体的运动变化观察。水的观察和空气的观察则是基础性观察的高级阶段,层次上从静态观察走向了动态观察,例如空气占据多少空间、空气的质量、空气可以被压缩等观察侧重于静态观察,空气的成分研究则属于动态观察。而运动和力的观察,则赋予了学生更多的思考空间。声光电热磁的观察则是更高层次的研究性观察,研究性观察活动强调对具体现象的运动变化过程的跟踪观察,在比较现象变化的过程中,建立观察现象变化之间的联系,从而得出结论、解释现象。当然,基础性观察和研究性观察的划分也不是绝对的,在基础性观察中也有研究的成分,研究性观察也是以基础性观察为起点的。

物质世界的观察活动数量是最大的,性质是最基础的,价值是最重要的。所以小学阶段的所有物质世界的观察活动要能和实验操作、探索活动结合起来,共同培养学生的观察素养。

案例1——观察水
【案例背景】水是学生日常生活中常见的物质之一,不过对水的物理性质,学生并不能够系统地、科学地认识。如何运用所掌握的科学方法辨别水和其他液体的异同之处,是认识水这一物质的重要内容。比较水的不同形态的特征,初步达成课程标准提出的认识标准——水是一种常见而重要的单一物质,也是小学科学课的重要内容。

【案例描述】

教学环节一:观察液体,辨别自来水

师:今天老师给大家带来了五杯液体——自来水、白醋、牛奶、盐水、未知液体。老师给大家的任务是,用自己的方法辨别出哪一杯是自来水,同时有个要求,不可以用嘴品尝液体,只有老师告诉你安全的时候才可以品尝。

生:(分小组观察液体,辨别自来水)

师:哪个小组来说说,几号杯是自来水呢?

生:我们认为3号杯是自来水。因为1号杯闻起来有酸味,我们认为是白醋;2号杯是牛奶,它的颜色是乳白色的;4号杯和5号杯比较浑浊,应该是盐水和未知液体。

生:我们认为3号、4号、5号杯都可能是自来水,具体是哪一杯不好说。

生:我们认为3号、5号都可能是自来水。

师:我们从颜色上可以判断2号杯不是自来水,因为自来水是没有颜色的,也称为无色液体。1号杯有酸酸的味道,而自来水是无味液体,所以1号杯里也不是自来水。那么,3号、4号、5号杯都可能是自来水。现在老师告诉你们,它们都是安全的,可以品尝,你们判断哪杯是自来水?

生:(品尝3、4、5号杯液体)3、5号都是自来水,4号是盐水。

师:水是一种无色、无味、透明的液体。自然界中的水是一种重要的资源,人类离开了水将无法生活。自然界中的水除了液体形态,还有固体形态、气体形态。我们一起来看大屏幕中水的不同形态。

生:(观察水的不同形态)

师:(介绍不同形态的水在自然界中的分布,水形态的变化与体积的变化之间的关系等)

教学环节二:观察变化,深化认识

师:这是老师带来的冰块。冰块的温度和水的温度一样吗?如何测量呢?

生:可以用温度计测量。

师:我们一起来测一测。

生:冰块是零下4摄氏度。

师:如果冰块融化了,温度会发生怎样的变化呢?我们一起来测量冰块溶解过程中的温度变化情况。在冰块变化成水的过程中,请每隔3分钟测量一次温度,并做好记录。

生:(分组测量)

生:(汇报数据)

师:冰块变成了水,温度会发生变化。如果将盐放入冰块中,温度又会发生什么变化呢?我们给每组提供了盐和勺子,用新的冰块来完成这个实验,做好记录。

生:(分组测量)

生:(汇报数据)我们发现将盐放入冰块,本来零下4摄氏度的冰块温度迅速变成了零下14摄氏度。

师:看来盐加入冰块中会降低温度,这是一个很有趣的发现。

案例2——观察金属的性质
【案例背景】观察金属材料的性质属于静态观察向动态观察的过渡阶段。一般学生对于金属的观察往往处于感性阶段,比如软硬和颜色的不同,很少想到用动态的方式研究金属材料的性质。而科学方法的特征之一就是用不同的方式发现物质之间的异同之处。

【案例描述】

教学环节一:观察金属的光泽

师:老师给大家提供了铜丝、铝丝、铁丝、铅丝,大家比较一下这几种金属的光泽,并说一说你们是用什么方法来比较的。

生:我们用眼睛来看。

师:你们认为金属表面的光泽和内部的光泽一样吗?

生:不一样。

师:那怎么样才能观察到金属的真正光泽呢?

生:我们可以将金属切开,观察它的横截面。

师:很好,新切开的面是最新鲜的光泽。我们还可以用砂纸打磨金属的表面,观察它的光泽特征。

生:(分组观察)

师:我们按照金属光泽的顺序一起来给这四种金属排个序。

教学环节二:观察金属的导热性

师:不同金属的导热性一样吗?

生:不一样。

师:不同金属的导热性能如何比较呢?

生:可以同时加热,然后测量它们的温度。

生:可以把它们放入热水中,看看哪根金属最烫手?

师:非常好的方法,我们一起来试一试这个方法。

教学环节三:观察金属的延展性

师:金属除了光泽、导热性能不一样外,还有一些其他的性能差异,如果要选择一种金属,制作不易变形的材料,你们会选择哪种材料呢?

生:选择铁。

师:为什么不选择铝呢?

生:因为铝比较软,容易变形。

师:哪种金属材料最容易变形呢?你们有什么方法可以知道?

生:可以用手弯一弯。

生:可以用老虎钳拉一拉。

师:科学家在比较哪种金属最容易变形的实验中,采用的是锤击的方法,将金属锤成薄薄的薄片,看哪种金属最容易变形,大家也可以来试一试这个方法。

生:(分组锤击不同的金属)

师:你们有什么发现?

生:我们发现铅丝最容易变形,铝丝其次,铁丝最不容易变形。

师:金属可以变形的特征叫做金属的延展性,延展性最好的金属是黄金。

案例3——观察纸
【案例背景】学生对于纸并不陌生,但对纸的观察一般不深入。如果给学生一张纸,很少有学生能够进行细致的观察,他们一般会将观察目标定位于纸的软硬、花纹、厚薄等特征,不能将观察目标从表面转移到本质的观察。教学过程中要不断聚焦观察目标,引导学生逐步学会围绕目标深入观察。

【案例描述】

教学环节一:观察纸的毛边

师:同样是纸,牛皮纸、描红纸、A4纸、皱纹纸究竟有哪些不一样呢?我们撕开每种纸的边缘,看看它们的毛边有什么不一样?

生:(撕开纸的边缘)

师:大家可以用放大镜辅助观察。

生:(用放大镜观察)

师:请大家注意,这次我们只观察纸的毛边,观察它是有毛的还是无毛的、是光滑的还是粗糙的、是长毛的还是短毛的。

生:(继续观察)

教学环节二:观察纸的结实程度

师:不同类型的纸张结实程度一样吗?

生:不一样。

师:同样的纸张,横着的纸条和竖着的纸条结实程度一样吗?

生:不一样。

师:如何比较纸条的结实程度呢?

生:我们可以用手来拉一拉。

生:可以用弹簧秤来拉一拉。

师:我们是否可以直接用两张纸条互相拉扯呢?

生:可以。

师:我们重点观察什么呢?

生:观察哪根纸条更结实。

生:观察谁先断掉。

师:对。我们可以观察哪根纸条先变形、先出现裂纹、先出现断掉的迹象。

生:(分组实验,观察现象)

案例4——观察纺织材料
【案例背景】在这个新材料辈出的时代,学生对于材料科学并没有特别的关注。通过科学的视角、用科学方法去观察不同纺织材料的不同特征,是科学课的教学任务。本课教学中一个典型的问题就是无法用科学的方法去检测不同的材料特征,比如检测纺织材料的结实程度,学生用手拉扯根本不能拉断,手上用力大小也会发生变化。如何寻找更加合理的方法,减少科学研究中的实验变量,教师需要做出思考,尽可能减少学生难以觉察到的、不便呈现的变量,以便于教学的组织和推进。

【案例描述】

教学环节一:观察纺织材料的结实程度

师:老师给大家带来的这些材料分别叫做棉布、羊毛、尼龙、丝绸,有什么办法知道哪种面料最结实呢?

生:我们可以用手来拉一拉。

师:用手拉是一种非常模糊的感觉。什么样的方法更科学合理呢?

生:我们两人互相拉一拉。

师:我们可以将纺织材料的纤维抽取出来进行比较。那么,怎么抽取纤维呢?(教师示范如何抽取纤维)

生:(分组抽取四种面料的纤维)

师:我们可以采取将纤维两两对拉的方法,观察哪种纤维最结实。

生:(分组操作)

教学环节二:观察纺织材料的燃烧特征

师:在第一个实验中,我们发现这四种纺织材料有的结实,有的不结实。现在,我们还可以用燃烧材料的方法观察它们的其他特征。

师:(老师演示)用镊子夹住四种纺织材料,分别用酒精灯燃烧。注意用眼睛、鼻子多种感官观察。

生:(分组观察)

师:你们有什么发现?

生:我们发现尼龙燃烧的时候有一股味道,尼龙会快速地缩成一个球;羊毛烧完的粉末是白色的,有一股臭味;棉布烧完没有味道。

师:现在我们知道了不同的纺织材料燃烧后不同的现象。老师这里有两种面料,你能根据它们的燃烧情况,判断它们是哪种面料吗?

生:(分组探究)

教学环节三:观察纺织材料的吸水性

师:现在我们来比较不同纺织材料的吸水性能。请大家想一想,什么样的实验方法最合理呢?

生:要求用同样大小的纺织材料。

生:要观察哪种纺织材料中水上升得多。

生:浸入水中的深度要一样。

生:浸入水中的宽度要一样。

师:为了让实验结果更有视觉冲击力,我们可以在水中加入红色的墨水。

生:(分组进行吸水实验)

案例5——观察土壤
【案例背景】大部分学生对土壤并不陌生,可是很少知道土壤有不同的类型。有些学生从常识角度对土壤的颜色做过观察,对土块的软硬有所认识,但是从未对土壤的内部特征做过思考。科学课需要让学生了解不同类型的土壤黏性有何区别、不同土壤的渗水性有何区别、不同土壤的颗粒大小是否一样、土壤的渗水性与土壤颗粒大小之间有何关联……这些实验的展开过程,是科学老师要关注的重点。

【案例描述】

教学环节一:观察土壤的黏性

师:今天老师给大家带来的这些土壤是一样的吗?我们首先来做一个小实验,用手来捏一捏三堆土壤,看看你有什么发现?

生:(分组进行捏土壤活动)

师:每组说说有什么发现?

生:我们发现1号土壤捏不起来,开始是什么样子,捏完还是什么样子。2号土壤捏起来很黏,3号土壤很疏松,捏起来后碎了。

师:我们在每堆土壤里面加点水,再来捏一捏,看看有什么变化。

生:(分组加水观察)

师:这次有什么发现?

生:1号土壤还是捏不起来,2号、3号土壤都可以捏成团了。

师:看来土壤的黏性是不一样的,大家观察比较一下,三堆土壤的黏性如何排序?

生:1号土壤的黏性是最差的,2号土壤的黏性是最好的,3号土壤黏性介于1号和2号土壤之间。

教学环节二:观察土壤的渗水性

师:土壤的黏性不一样,与它们的渗水性有没有关系?

生:有关系。

师:我们用实验来研究一下三堆土壤的渗水性。实验要求是这样的:将同样多的土壤放入渗水盘,再把同样多的水浇入土壤里,观察比较几号土壤渗出的水多。

生:(开始实验)

师:来汇报一下你们的发现。

生:我们发现1号土壤渗出的水最多,3号土壤其次,2号土壤渗出的水最少。

师:现在我们来讨论一下土壤黏性和土壤渗水性之间的关系。

教学环节三:观察土壤的颗粒

师:为什么土壤渗水会出现不同的现象呢?我们一起来观察一下土壤的颗粒大小。

生:(用肉眼观察)

师:老师给每组同学发放一个放大镜。

生:我们发现1号土壤的颗粒非常大,2号土壤的颗粒比较小,3号土壤的颗粒居中。

师:我们一起来看大屏幕上的土壤颗粒内部示意图,看看土壤颗粒大小与渗水性之间是否存在联系。

生:我们发现土壤的颗粒越大,渗水性越好;土壤颗粒越小,渗水性越差。

师:土壤的渗水性与颗粒大小之间确实存在联系。如果要种植植物,选择什么土壤好呢?

生:选择渗水少的土壤好。

师:为什么?

生:便于土壤保持水分。

案例评析
本节中的五个观察案例各有特色。

案例1凸显了多感官观察和工具支持观察的重要性。观察不仅仅局限于用眼睛观察,耳朵、鼻子、舌头、皮肤都是观察的感官。对水这一液体的观察,教师通过比较牛奶、白醋、盐水、自来水等液体的异同之处,激发学生利用眼睛、鼻子、舌头诸多感官来观察辨别,特别是观察盐水和自来水的区别。不能轻易品尝成为观察中的一道鸿沟,激励学生寻找更多的观察方法。对冰块与水的温度变化观察,则运用了温度计这一工具,从定性观察走向了定量观察,使观察更加精确和深刻。

案例2强调了观察方法的指导。对于金属的导热性和延展性,通过在日常生活中学生接触不到的科学方法,进行了重点介绍和实践。特别是对金属延展性的观察,从静态的观察向着动态的观察转换,让学生通过锤击的方法,比较金属横截面积大小来判断金属延展性,对于学生来说是一个新的尝试。

案例3针对的是聚焦观察目标。这一案例就是通过对纸的毛边的观察活动发现纸的基本特征,在实验过程中学生能体会到不要被无关的现象转移观察注意力的重要性。学生会知道,在观察纸的毛边时,不能被纸上的文字和图案所吸引,否则无法完成实验目标。在研究纸的吸水性的实验过程中,会形成不同的花纹图案,学生也容易转移注意力,教师需要提问学生,重点观察什么方面才能研究吸水性能。

案例4的观察活动启迪我们,对于小学生的观察活动,要提供适合的观察条件,尽可能减少观察的变量,减少学生观察中一些不必要的困难。比如对纺织材料的结实程度的观察,一般会考虑用同样大小的材料进行比较,但同样大小的材料不便于拉扯比较,教师就让学生抽取纺织材料纤维丝进行比较,减少了变量。

案例5强调科学观察活动要突出科学原理。观察不仅仅是为了获得知识,也不仅仅是为了获得技巧,更重要的是为了促进科学概念的形成。在比较土壤渗水性的实验过程中,学生发现土壤颗粒的大小与土壤的渗水性有关联,土壤颗粒大小不同造成土壤内部空隙的大小不同,从而形成水通过通道的量不同,这才是土壤观察活动所要达成的终极目标。而科学名词和科学实验观察活动只是达成这一目标的载体和路径。

在物质世界观察课的教学中,教师要特别关注观察本质之于教学的意义所在,不能主观地进行观察、指导、组织,而应充分理解科学的求真性质,使科学观察成为一种客观、理性的活动。在教学过程中,要充分关注以下几个问题:

1.重视观察的易错性
人们常说:耳听为虚,眼见为实。可恰恰是我们的眼睛会欺骗自己,最好的例子就是魔术表演。因此,训练学生观察得细致准确是非常重要的教学内容。要强调观察和质疑、观察和推理等科学思维方式的结合,强调多次观察的重要性。重视观察中出现的差异,将差异作为学习中的新资源,追求精益求精的科学精神,让学生通过物质世界的观察活动提高科学素养。
2.强调观察的客观性
在小学阶段的观察活动中,最常见的现象就是学生在观察中掺杂着自己主观的认识,比如观察蜗牛的时候,看到蜗牛缩进壳里,就认为蜗牛怕冷或者蜗牛害怕,赋予观察物体一定的感情色彩。不剔除“可爱”“恨”“喜欢”等情感判断,就不能达到客观观察的目标。
3.凸显观察和记录的准确性
小学生一般不太习惯在观察中进行记录,教师要培养学生的记录习惯,要求学生一边观察一边记录,还要求记录准确。小学生做观察记录,常见的问题就是记录的形式不恰当,记录的位置不准确,记录的数据不真实,记录的过程不完整,记录的分析和总结不连贯。教师要明确说明,科学观察和科学记录是一体两面的组成,只有观察没有记录的活动不能成为科学,只有记录没有如实观察的活动是虚假观察。
4.理解讨论对于观察的意义
一个人或者一个小组的观察是有限的。通过交流和分享,可以交换彼此的观察信息,弥补观察经验上的不足。科学课堂小组实验学习活动有一个重要的意义,就是以差异为中心展开讨论,丰富对规律认识的全面性和深刻性。