查莉琳

【摘 要】我們把有組織的科學知識和模型結(jié)構(gòu)稱為科學大概念。本文以教科版科學四年級上冊“聲音”單元的第六課《聲音的高與低》為例，立足科學大概念，力求找到幫助學生建構(gòu)完整科學概念的有效課程實施途徑。

【關(guān)鍵詞】大概念教學 科學大概念 聲音 課程實施策略

教科版科學四年級上冊“聲音”單元的第六課是《聲音的高與低》，本課在學生學習了第五課研究聲音的強弱等內(nèi)容后，繼續(xù)研究聲音的另一個重要屬性——音高。教學內(nèi)容主要有以下兩個方面：第一，通過敲擊鋼片琴發(fā)出高低不同的聲音、觀察口琴簧片并吹奏口琴，猜測并驗證音高可能跟物體的長短、薄厚有關(guān)。第二，改變鋼尺的長度，撥彈鋼尺讓它發(fā)出不同的高低聲音，通過觀察音高與振動快慢的關(guān)系，逐步發(fā)現(xiàn)聲音高低的秘密。因為學生在前面五節(jié)課里已經(jīng)知道了聲音是怎樣產(chǎn)生的，如何傳播的，聲音的強弱與振動幅度大小有什么關(guān)系等科學知識，所以這節(jié)課是在前面幾課的基礎上開展的深入研究。這節(jié)課有以下三個難點：第一，聲音的高低與強弱的區(qū)別; 第二，撥動鋼尺力度不好統(tǒng)一控制;第三，物體振動的快慢難以用肉眼辨識。為了給學生搭建自主探究平臺，使教學目標有效達成，筆者認為做關(guān)聯(lián)化概念演進、選擇合適有結(jié)構(gòu)的材料，借助信息化科技手段，建立可視化思維方式，創(chuàng)設有效的科學實踐活動，可以逐步幫助學生建構(gòu)一個全面完整的科學大概念。

一、做關(guān)聯(lián)化學習演進概念

大概念是指適用于一定范圍內(nèi)物體和現(xiàn)象的概念，與此相對應，觀察和實驗為一個特定的概念，被稱為小概念。專家學者在大量測量實驗數(shù)據(jù)的基礎上提出了學生的認知思維發(fā)展過程具有“進階”的特點，大概念教學順應了學生的這一認知發(fā)展特點，以核心概念為主線，在教學內(nèi)容之間逐漸演進，最終實現(xiàn)概念構(gòu)建的模式。《義務教育科學課程標準（2017年版）》將小學階段的課程內(nèi)容分為物質(zhì)科學、生命科學、地球與宇宙科學和技術(shù)與工程四個領域，在四個不同的領域中都分別整理了 18 個大概念，又將 18個大概念分成了若干個下位概念。大概念的提出就是為了避免在科學教育中傳授給學生支離破碎、脫離生活的抽象理論。因此教師應該用恰當、生動的教育方法將零散的概念整合起來，系統(tǒng)化地幫助學生掌握科學知識，建立一個完整的科學概念體系，使學生初步形成科學態(tài)度，掌握科學方法，不斷提高思考、創(chuàng)新和探究能力。

《聲音的高與低》是在“機械能、聲、光、熱、電、磁是能量的不同表現(xiàn)形式”的這一大概念背景下展開的。教師可以通過分析由“大概念”到“基本”的分級來整理本節(jié)課的概念體系，由大到小逐漸深入，幫助學生掌握本單元的核心概念“聲音因物體振動而產(chǎn)生，通過物質(zhì)傳播”。這一概念是學生學習本課基本概念“聲音的高低與物體振動的關(guān)系”的一個主前奏。通過概念體系的明確，教師能夠更加清晰地掌握授課的方向，學生也對聲音產(chǎn)生和變化的本質(zhì)原因更為明確。在理清了本課的概念體系之后，根據(jù)其與大概念的關(guān)系，明確本節(jié)課需要解決的基本問題，幫助學生找到本節(jié)課思考的重點：聲音的高低變化是什么？聲音的高低變化與發(fā)聲物體的結(jié)構(gòu)有關(guān)系嗎？聲音在高低變化時，發(fā)聲物體的振動也有相關(guān)變化嗎？通過這些思考點形成傾向大概念的、連續(xù)相關(guān)聯(lián)的、有思想的學習過程。

在具體的實施過程中，如在導入環(huán)節(jié)中，教師用鋁片琴演奏或用尤克里里彈奏歌曲喚醒學生對聲音的概念化記憶，使學生懂得聲音是由振動產(chǎn)生的，能通過空氣傳播。教師通過用不同的力量連續(xù)敲擊同一個鋁片或彈奏同一根琴弦，能生動的將聲音的強弱變化體現(xiàn)出來，而一些樂感比較強的學生還會發(fā)現(xiàn)當敲打在不同的鋁片上或當老師的手在琴弦上移動時聲音就有了“哆、來、咪、發(fā)、唆”的變化，教師既可以告知學生這其實就是音的高低變化，幫助學生區(qū)分了聲音的強弱和高低的區(qū)別，使學生建立了音高的概念。

二、用結(jié)構(gòu)性材料形成概念

材料是科學探究的基礎和關(guān)鍵，有結(jié)構(gòu)的材料能更好地幫助學生完成科學探究實驗，形成科學概念。

教材中的主要實驗材料有鋁片琴、口琴和鋼尺。敲擊鋁片琴和吹奏口琴實驗對學生來說比較容易，但全班分小組同時做，聲音很嘈雜，效果不明顯。在分小組動手操作前，教師可以先讓2個學生上臺用擴音方式演示一遍，這樣既能激發(fā)更多學生的動手操作興趣，又使學生明確了在安靜的狀態(tài)下操作的基本要求。學生們通過體驗敲擊鋁片琴和吹奏口琴，很快就發(fā)現(xiàn)了發(fā)聲物體的長短與音高的關(guān)系。

本課的重點實驗，即揭秘聲音的高低與振動快慢的關(guān)系，教材安排的實驗是改變鋼尺伸出桌面的長度，撥動鋼尺觀察振動的速度和音高的關(guān)系。然而，學生在實驗過程中很難控制用相同的力撥動伸出桌面不同長度的鋼尺。為了保證每次施加的力相同，可以改手撥為在鋼條上掛相同重量的鉤碼，然后快速剪斷繩子，從而利用重力來撥動鋼條。當然這樣操作起來有點煩瑣，卻有效地控制了用力的大小，確保了這個實驗只有長短這一個變量。通過改進實驗材料，采用有結(jié)構(gòu)的材料提高實驗的準確性和可操作性，是學生建立正確的科學概念的重要前提。

三、借信息化手段優(yōu)化概念

很多實驗操作現(xiàn)象并不明顯，只能憑借感官無法量化容易模糊概念。在本課的實際操作中也一樣，學生在學習中很難觀察到鋼尺振動的快慢。當鋼尺伸出桌面較短時，由于視覺停留效應，學生根本辨別不出撥動鋼尺后振動的速度;反之，鋼尺伸出桌面較長時，則撥動時振動速度就較慢，此時學生就能觀察清楚。學生由此形成了“鋼尺伸出桌面較長時振動得快”的錯誤概念認識，導致產(chǎn)生完全相反的實驗現(xiàn)象。

如何將微觀的振動放大，將模糊的現(xiàn)象清晰化呢？其實可以將鋼尺改為鋼條，從而使鋼條伸出桌面的間隔長度增大，同時采用反光條和紅外轉(zhuǎn)速儀。將反光條貼在鋼條的頂端，用轉(zhuǎn)速儀對準反光條，撥動鋼條，轉(zhuǎn)速儀就能測出反光條的振動，并顯示相應的數(shù)據(jù)。經(jīng)這樣處理后，就能用精準的數(shù)據(jù)代替了模糊的感官體驗，實驗更加準確，解決了物體振動快慢不易觀察的難題，降低了實驗教學的難度，提高了實驗可操作性。學生能更便捷地整理、分析、思考實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，能更好地認識科學本質(zhì)。

同時，教師可以在課前利用手機慢節(jié)奏功能拍攝鋼尺的振動。課上學生在觀看完手機慢動作功能拍攝下鋼尺振動的情況后，會發(fā)現(xiàn)快慢對比明顯而清晰。學生在成功突破“物體振動的快慢難以用肉眼辨識”的難點后，對“物體振動的快慢與音高關(guān)系”的概念更為清晰。同時，學生也能體驗到高科技給教學帶來的直觀、便捷。

四、建可視化思維完善概念

在學完《聲音的高與低》一課后，學生的一些思考方法、概念的聯(lián)系還是模糊孤立的，教師可以將一些零散的科學概念，通過思維導圖建立理性聯(lián)系，幫助學生回憶“聲音的產(chǎn)生”“聲音的傳播”等概念，分析鞏固“音高與振動頻率的關(guān)系”“音量與振動幅度的關(guān)系”的區(qū)別（見下圖）。

通過建立可視化思維導圖，幫助學生整理并形成“聲音變化與振動的關(guān)系”的完整知識體系，有效促進學生的學習，使學生建構(gòu)清晰的知識網(wǎng)，加深對聲音單元科學概念體系的完整認識。

學生在參與自主探究的過程中充分地對探究的現(xiàn)象開展深入的思考與研究，建立概念化系統(tǒng)聯(lián)系，從根本上理解事物之間的科學原理，從而建立“大概念”學習模型，有效構(gòu)建知識體系，從而真正成為一個具有創(chuàng)造力、樂于合作交流、深度學習的問題解決者。