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    培养学生推理论证能力的“声音”单元概念教学

    时间：2023-01-09 09:05:49来源：百花范文网本文已影响人

    ◇周恩荣 张卫芳 夏 娟（湖南：长沙市岳麓区实验小学）

    在小学科学教学过程中，引导学生建构科学概念是一项重要的学习任务。在教学中，我们最期待的是科学概念与学生思维能力协调发展。因此，我们团队对“声音”单元进行了尝试与研究。本文以“声音是能量的一种表现形式”这一大概念为例，对如何精准把握大单元结构中的关联概念，基于推理能力培养的概念教学策略进行研究。

    研读2017年版课标，我们发现，建构“声音”单元的所有科学概念，声音的产生、声音的传播、我们是如何听到声音的、声音的强弱及声音的高低、应用迁移，都与声音的振动分不开。因此，让学生真正了解振动是这一单元学习的基础和关键，具体的关联概念的关系如图1 所示。“声音是能量的一种表现形式”这一大概念需要在每一课的教学中落实。从科学思维发展的角度看，学生在建构“声音是由物体的振动产生，通过物质传播”这一科学概念的过程中，要多次运用比较、抽象、概括等思维方法，集中体现为学生运用推理论证，建构概念模型。

    图1

    要让学生建构“声音”单元的相关概念，首先要了解学生之前的经验和认知，然后才能更有针对性地帮助学生建构新的概念，在建构概念的同时，培养学生的论证推理能力。为了探查学生的真实想法，我们采用线上线下相结合的方式。对于声音产生的原因，有69.57%的学生知道声音是由物体振动产生的，大部分学生认为打、弹、敲等方式能够产生声音。但他们关注的是什么动作使物体发出了声音，对于声音产生的根本原因是物体产生振动的认识明显不足。

    在对“声音可以在固体、液体和气体中向各个方向传播”这一科学概念的调查中，我们发现，小学生对声音在空气中传播有一定的了解，而对声音在固体和液体中传播的认识比较薄弱，很难用科学的语言表述清楚，而且大部分学生在传播方向的认识方面存在错误。

    在对“声音的高低、强弱与物体的振动有关”这一科学概念的调查中，我们发现，学生对声音的强弱与振动有关较为熟悉，他们习惯用声音的大小来形容声音的强弱，而对声音的高低与振动快慢的关系较为陌生。

    综合以上的前概念调查及小学中年级学生思维发展的特点（以形象思维为主，向抽象逻辑思维过渡），可知在思维发展的过程中，学生需要以观察为基础，在观察的基础上进行推理、想象，从而构建并发展抽象逻辑思维。在构建“声音因物体振动而产生”“声音通过不同介质进行传播”“声音的高低、强弱与物体的振动有关”这些具体的科学概念时，要多次经历比较、分析、抽象、概括的思维过程，运用归纳、演绎等思维方法，让学生经历推理论证，实现概念的建构。

    如何帮助学生建构“声音是由物体振动产生的”这一科学概念，我们课题组的丁彩梅老师精心选择了实验材料：皮筋、钢尺、音叉、鼓、铁架台、水、泡沫、乒乓球等。其中振动明显且持续发声的是皮筋和钢尺，振动不明显但持续发声的是音叉和鼓，水、泡沫、乒乓球是为了让音叉和鼓的振动变得明显而特意选择的。在教学过程中，让学生充分体验和观察皮筋、钢尺振动时会发声的现象，并让学生按发声前、发声时和发声后的顺序分别将两种材料的形态变化描述清楚，同时鼓励他们比较两种物体发声时的异同。学生推测物体振动时会发出声音，老师提出问题：“其他物体在发出声音时是否也在振动呢？”引发学生进一步思考。在老师的引导下，学生很快意识到有些物体发声时并没有看见它在振动，如鼓、音叉。老师顺势提问：“那怎样让振动看得见呢？”学生就这个问题提出自己的想法。在学生想法的基础上，老师出示精心准备的水、泡沫及悬挂在铁架台上的乒乓球，学生有序地分组观察实验。从学生的汇报中可以看出，他们从放在鼓面上的泡沫会起跳、用音叉靠近水面水花会溅起来等现象中，观察到了物体发声时振动不明显的现象。

    在建构“声音可以在气体、液体和固体中向各个方向传播”这一科学概念中，我们课题组的张卫芳老师巧妙地改进了土电话的材料，用橡皮筋代替土电话的棉线，让很多小组的学生听到了土电话传播的声音，同时他们还通过看和触摸的方法，观察到橡皮筋传播声音的时候在不停地振动，帮助学生看到声音在固体中的传播。

    在建构“声音的高低与物体振动快慢有关”这一科学概念的教学活动中，老师从学生最熟悉的铝片演奏入手，提出问题：铝片琴发出的高低不同的声音是怎样产生的？引导学生关注铝片琴的长短与声音的高低有关。紧接着，出示学生熟悉的口风琴，让学生按一定顺序吹奏口风琴，带领他们了解口风琴的内部结构，让他们主动发现口风琴发出的高低不同声音与其内部结构——簧片有关。再次聚焦声音的高低与发声物体的长短有关，自然而然地引导学生探究尺子发出声音的高低与物体长短的关系，在探究过程中进一步发现声音高低不同与发声物体振动快慢有关。利用铝片琴、口风琴、钢尺这三种典型的有梯度的材料，帮助学生更好地观察和分析。

    在《我们是怎样听到声音的》这一课中，我们将实验材料改为大矿泉水瓶、小矿泉水瓶、一次性橡胶手套、橡皮筋、泡沫、鼓、胶枪。根据学生的逻辑思维发展规律，用一大一小的塑料瓶模拟耳郭和外耳道，用轻质的染了颜色的泡沫模拟听小骨，代替碎纸屑。我们发现，用鼓代替音叉能够制造更大的声音，便将改进的实验模型固定在铁架台上，把鼓放在模型的下方，适当调整高度。把泡沫球染成红色，使观察到的现象更为明显（见图2）。

    图2

    纵观学生建构“声音是由物体的振动产生，通过物质传播”这一科学概念的过程，精选材料，让振动明显，是学生进行有效观察和推理论证的关键和保证。同时也让学生感受到振动带来了能量的产生、传递及大小的变化，进而上升到对“声是能量的一种表现形式”这一大概念的理解。

    在声音产生的实验中，播放水滴入水中的慢镜头；
    老师播放尺子、橡皮筋、音叉和鼓的慢动作视频，将振动放大，让学生看见。在《声音是怎么传播的》这一课中，张卫芳老师利用信息技术的声音分析技术，让学生发出声音，观察声音分析仪的反应。再通过播放视频：声音的形状——乐器发出声音时会让固体沙粒变化出各种形状。一系列的操作都是为了让“振动”这一不明显的现象变得更明显，助力学生思维的可视化。

    小学3～4 级学生思维发展的特点是以形象思维为主，向抽象逻辑思维过渡。在思维发展的过程中，学生需要以观察为基础，在观察的基础上进行推理、想象，从而构建并发展抽象逻辑思维。利用示意图（结构化的记录单及板书）能更好地帮助学生整理分析实验数据，在思维发展的过程中逐步建构概念。例如，在《声音是怎么传播的》这一课中，有结构的板书逐渐完善了学生所观察和描述的现象。在探究固体传声的过程中，学生去找生活中能传声的固体，在发现很多固体能传声的基础上总结出“固体能帮助传声”这一概念，实现了从演绎到归纳的过程。通过记录单让学生将声音的传播表达出来。

    我们通过以下策略，力求学生的推理论证能力与科学概念协调发展：精准研读单元内容，聚焦关键科学思维能力，梳理核心概念；
    依据学生元认知开展教学，促进学生概念转变；
    精选实验材料，引导学生观察；
    利用示意图法，助力学生对比整理分析实验信息；
    在实践与推理的过程中，让学生的思维发展得以最大程度显性化。

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