在小學(xué)階段，許多相對抽象的概念對學(xué)生來說理解起來有一定的難度，“能量”就是其一。能量與運(yùn)動(dòng)密不可分，科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)這樣描述：在物質(zhì)的一切屬性中，運(yùn)動(dòng)是最基本的屬性；對應(yīng)物質(zhì)的各種運(yùn)動(dòng)形式，能有各種不同的形式；能量是一切運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的共同特性，也是各種運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一量度；能的形式是多樣的?？茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)旨在從跨學(xué)科概念“物質(zhì)與能量”的角度，引導(dǎo)學(xué)生建立對“能量”的認(rèn)識(shí)，幫助他們建構(gòu)“能量”概念。

一、基于大量事實(shí)，感受能量存在

在小學(xué)階段，能量的學(xué)習(xí)一定要同“力”和“運(yùn)動(dòng)”建立聯(lián)系，需要借助對一定數(shù)量的事實(shí)進(jìn)行分析，探其本質(zhì)。能量每時(shí)每刻都真實(shí)地存在于我們的日常生活中，但也正因如此，它往往容易被學(xué)生忽略?；诖?，教師要使用大量案例作為開展相應(yīng)學(xué)習(xí)的材料，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注到大量物體在力的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)的事實(shí)，進(jìn)而感受到能量并不陌生。

教師可提供大量事實(shí)資料。比如，課前出示大量生活中物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的作用效果的圖片；課中引導(dǎo)學(xué)生觀察小車從不同坡度面上滑下來后對小木塊的撞擊情況；課后出示不同形式能量的相關(guān)圖片，并對校門口的交通標(biāo)識(shí)牌進(jìn)行分析。教師以圖片和實(shí)物模型還原生活中的大量事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生課前收集整理生活現(xiàn)象，課中深入探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，課后對能量概念進(jìn)行拓展延伸。整個(gè)教學(xué)過程緊密聯(lián)系學(xué)生的生活實(shí)際，分析大量的事實(shí)，幫助學(xué)生理解能量。相比直接進(jìn)行概念講解，這樣的教學(xué)更透徹，有利于學(xué)生理解抽象概念。

二、通過歸納推理，感知能量概念

教學(xué)片段：分析生活中的常見現(xiàn)象

（教師在黑板一側(cè)列出“子彈—槍靶，足球—玻璃，風(fēng)—大樹，水—水輪”四組物體。）

師：每一組中的兩樣物體之間有關(guān)系嗎？你為什么這樣認(rèn)為？

生：有關(guān)系但并不明顯。

生：子彈從槍膛里發(fā)射出來，可以擊中槍靶，這樣就有關(guān)系了。

師：那后面的幾組之間呢？

生：足球踢飛后，會(huì)把玻璃撞破，風(fēng)能吹動(dòng)大樹，水能推動(dòng)水輪。

教師將表示物體運(yùn)動(dòng)的詞按照學(xué)生的描述記錄在黑板上，引導(dǎo)學(xué)生通過分析比較，找到它們的共同點(diǎn)：都是前一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)起來后，產(chǎn)生力量，作用到后一個(gè)物體上，使后一個(gè)物體發(fā)生變化。此時(shí)，學(xué)生也許不能準(zhǔn)確地表達(dá)出什么是能量，但是基于這些事實(shí)，可以感知到能量與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系：運(yùn)動(dòng)的物體具有能量。引導(dǎo)學(xué)生初步感知能量與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系后，教師組織學(xué)生圍繞“為什么這樣認(rèn)為”進(jìn)行交流，目的是調(diào)動(dòng)他們的生活經(jīng)驗(yàn)，將生活中的事實(shí)與他們對問題的初步判斷建立聯(lián)系，也是為他們的初步判斷找到依據(jù)。

教學(xué)片段：比較發(fā)聲的音叉與運(yùn)動(dòng)的小車

（教師揮動(dòng)木槌，用不同的力度各敲擊一下發(fā)聲音叉，使其振動(dòng)發(fā)聲，然后讓學(xué)生觸摸發(fā)聲音叉，感知兩次的區(qū)別。）

生：輕敲音叉時(shí)，用手摸感到有點(diǎn)麻；重敲音叉時(shí)，用手摸感到麻的感覺增強(qiáng)了。

（教師組織學(xué)生觀察從不同坡度上運(yùn)動(dòng)下來的小車撞擊小木塊的情況。）

生：小車運(yùn)動(dòng)的速度快時(shí)，小木塊被撞得較遠(yuǎn)；小車運(yùn)動(dòng)的速度慢時(shí)，小木塊被撞后的運(yùn)動(dòng)距離近一些。

師：以上兩個(gè)現(xiàn)象有什么共同之處嗎？這些說明什么呢？

生：用力敲音叉時(shí)，木槌運(yùn)動(dòng)的速度快，音叉振動(dòng)明顯，手能感覺到更麻一些；小車撞木塊時(shí)，小車運(yùn)動(dòng)的速度快，小木塊被撞得更遠(yuǎn)一些。音叉和小車在運(yùn)動(dòng)后都產(chǎn)生了能量，能量有大有小，能量大小和物體的運(yùn)動(dòng)狀況有關(guān)。

師：能量大小和物體的運(yùn)動(dòng)狀況有關(guān)，能具體說說嗎？

生：比如，我揮動(dòng)小木槌的能量大一些，木槌運(yùn)動(dòng)得就更快一點(diǎn)；小車下滑時(shí)運(yùn)動(dòng)得快一些，能量也大。（學(xué)生初步感受能量是各種運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一量度）

教師組織學(xué)生運(yùn)用了求同歸納的思維方法，將木槌敲擊音叉發(fā)聲和行駛的小車撞擊木塊兩個(gè)探究活動(dòng)進(jìn)行比較，找出它們在效果上的共同之處。學(xué)生在比較活動(dòng)中，發(fā)現(xiàn)了這兩項(xiàng)活動(dòng)之間存在的普遍規(guī)律，認(rèn)識(shí)能量大小與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系，進(jìn)而了解能量是一切運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的共同特征。在進(jìn)一步的師生對話中，學(xué)生不斷加深對能量與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)，初步感受到能量也是各種運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一量度。

三、全面數(shù)據(jù)分析，體會(huì)能量變化

數(shù)據(jù)作為科學(xué)證據(jù)，必須保證準(zhǔn)確性。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生通過測量、計(jì)時(shí)如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師則要有意放慢進(jìn)度，允許學(xué)生經(jīng)歷從簡單復(fù)述數(shù)據(jù)到深入分析數(shù)據(jù)的過程，重視過程性的表達(dá)，使他們通過橫向、縱向比較逐漸全面完整地得出能量變化的特點(diǎn)，理解“能量是運(yùn)動(dòng)的量度”。

教學(xué)片段：推測小車運(yùn)動(dòng)速度與能量大小的關(guān)系

師：怎樣證明你們的想法是合理的呢？你們準(zhǔn)備怎么做。

（學(xué)生設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)方案：選擇三種不同坡度的等長斜面，將小車設(shè)置在統(tǒng)一的起點(diǎn)位置，在坡下相同的位置放置木塊。自然釋放小車，使小車通過三種不同坡度的斜面下滑后撞擊木塊。觀察、測量并記錄木塊移動(dòng)的距離。以上活動(dòng)反復(fù)做三次，取平均值。第一組學(xué)生記錄數(shù)據(jù)見表1。）

師：這是同學(xué)們在實(shí)驗(yàn)后得出的數(shù)據(jù)，我們一起看一看，他們所得出的這些數(shù)據(jù)是否可用？

生：我們認(rèn)為可以，因?yàn)樗麄兠拷M測試都至少經(jīng)過了三次實(shí)驗(yàn)和測量，而且求出了平均值，這樣能使數(shù)據(jù)盡可能準(zhǔn)確。

師：對比本組的三次數(shù)據(jù)，你發(fā)現(xiàn)了什么？

生：從不同坡度滑下來的小車運(yùn)動(dòng)速度不同，小車運(yùn)動(dòng)速度越快，能量越大。

（教師再展示幾組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生縱向比較：對比其他組的數(shù)據(jù)，你有什么發(fā)現(xiàn)？）

生：雖然我們每個(gè)組測量的數(shù)據(jù)不一樣，但是規(guī)律一樣，都是小車運(yùn)動(dòng)速度越快，木塊被撞擊得越遠(yuǎn)，說明小車攜帶的能量越大。

當(dāng)?shù)玫綄?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，教師沒有急于組織學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而是帶領(lǐng)他們對每個(gè)組實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)行認(rèn)定，這一行為反映了科學(xué)探究過程中一種重要的品質(zhì)——實(shí)事求是，只有有效的數(shù)據(jù)才可以作為證據(jù)材料進(jìn)行分析。在對有效數(shù)據(jù)的分析過程中，教師前后兩次的提問對學(xué)生思維的促進(jìn)作用也是不同的。第一次“對比本組的三次數(shù)據(jù)，你有什么發(fā)現(xiàn)？”是讓學(xué)生對本組三種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的小車具有能量的變化進(jìn)行前后比較。在嚴(yán)格控制變量進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)的前提下，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)中木塊被撞后運(yùn)動(dòng)的不同距離，初步認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)與能量的關(guān)系，訓(xùn)練了運(yùn)用比較思維分析數(shù)據(jù)的能力。第二次“對比其他組的數(shù)據(jù)，你有什么發(fā)現(xiàn)？”從內(nèi)容上看，這個(gè)問題與上一個(gè)問題區(qū)別不大，但對學(xué)生思維活動(dòng)來說卻是一個(gè)新的高度。學(xué)生通過比較大量數(shù)據(jù)，歸納推理出了運(yùn)動(dòng)速度與能量大小的關(guān)系，驗(yàn)證了之前的猜測，得出了科學(xué)結(jié)論。大量可靠的數(shù)據(jù)有力地證明了結(jié)論的可靠性。

四、強(qiáng)化思維訓(xùn)練，建構(gòu)能量概念

學(xué)生在完成不同任務(wù)的過程中，對力、運(yùn)動(dòng)、能量三者之間的關(guān)系會(huì)有不同程度的認(rèn)識(shí)。每一個(gè)任務(wù)的完成都體現(xiàn)了科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的“立足素養(yǎng)發(fā)展”理念，其中很多都指向了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的高階認(rèn)知能力。在探究小車運(yùn)動(dòng)速度與能量大小之間的關(guān)系時(shí)，不少教學(xué)案例中容易出現(xiàn)一種情形，教師在組織學(xué)生猜一猜后，以“這是你們的想法，怎樣證明你們的想法呢？讓我們來做下面的實(shí)驗(yàn)吧”匆匆進(jìn)入下一個(gè)實(shí)踐探究的環(huán)節(jié)。在這個(gè)匆忙的過程中，教師可能會(huì)錯(cuò)失什么？我們所提供的下述案例，在學(xué)習(xí)者科學(xué)思維訓(xùn)練方面，顯示出了優(yōu)勢，教學(xué)活動(dòng)指向了高階認(rèn)知。高階認(rèn)知能力的訓(xùn)練與培養(yǎng)，需要教師增加教學(xué)中問題的“含金量”，多一些可以調(diào)動(dòng)學(xué)生分析、綜合等思維活動(dòng)的交流。

教學(xué)片段：比較小車從不同坡度下滑撞擊木塊的情況

師：通過比較從不同坡度下滑的小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，你發(fā)現(xiàn)有什么區(qū)別嗎？

生：下滑時(shí)小車的運(yùn)動(dòng)速度不一樣。坡度越大，小車運(yùn)動(dòng)的速度越快。坡度越平緩，小車的運(yùn)動(dòng)速度越慢。

師：從不同的坡度運(yùn)動(dòng)下來后，小車的速度不同，撞擊小木塊后，又有什么不同？

生：小木塊被撞擊后的運(yùn)動(dòng)距離不同，運(yùn)動(dòng)速度快的小車將木塊撞得較遠(yuǎn)，運(yùn)動(dòng)速度慢的小車撞擊木塊后，木塊被撞的距離短一些。

師：小車以不同的速度運(yùn)動(dòng)起來后，能量如何呢？

生：小車速度快，能量大；速度慢，能量小。

師：你們?yōu)槭裁催@樣認(rèn)為？

生：因?yàn)樗俣瓤斓男≤嚢研∧緣K撞得更遠(yuǎn)了，這就說明能量更大了。

生：我在生活中看到過速度快的車不容易停下來的現(xiàn)象，需要用更大的力量來阻止它繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，這也可以說明運(yùn)動(dòng)速度快的車的能量更大。

再來看上面這個(gè)案例，教師帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷了從分析到綜合的思維過程。首先，將學(xué)生對“小車的運(yùn)動(dòng)速度與能量之間的關(guān)系”的認(rèn)識(shí)，從探究活動(dòng)現(xiàn)象中拆解，拆分出不同的斜面坡度、不同的下滑運(yùn)動(dòng)速度和木塊被撞擊后不同的運(yùn)動(dòng)距離等方面，指導(dǎo)學(xué)生分別對這幾個(gè)方面進(jìn)行具體的描述，目的是引導(dǎo)學(xué)生清晰地抓住這幾種現(xiàn)象的特征，并構(gòu)建起這幾種現(xiàn)象間的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)也正是運(yùn)動(dòng)與能量的關(guān)系——能量是一切運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)的共同特征。然后，組織學(xué)生經(jīng)歷多次交流研討，對自己的認(rèn)識(shí)作出合理的解釋，建立對小車運(yùn)動(dòng)速度與小車具有能量的整體認(rèn)識(shí)。

科學(xué)是人類應(yīng)用理性思維構(gòu)建的對客觀世界的認(rèn)識(shí)，而學(xué)生主動(dòng)調(diào)取個(gè)人的生活經(jīng)驗(yàn)來對自己的判斷進(jìn)行合理的解釋，這就是高階認(rèn)知的表現(xiàn)。這個(gè)分析與綜合的過程著重體現(xiàn)了以下兩個(gè)目的：其一，學(xué)生的回答是經(jīng)過分析、綜合、比較等思維過程（也可能有類比思維推理）后表達(dá)出來的，是思維的一種外化形式，這些問題是對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練；其二，教師要無聲地滲透對科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是、認(rèn)真細(xì)致的科學(xué)態(tài)度的教育。

除此之外，在課堂教學(xué)過程中，教師可以在很多地方培養(yǎng)學(xué)生的高階認(rèn)知能力，讓科學(xué)探究課堂真正成為深度學(xué)習(xí)的過程。關(guān)于“能量”的學(xué)習(xí)，不再僅僅是單純字面上的知道、了解和明白，而是學(xué)生能夠?qū)⑦@些已經(jīng)理解的知識(shí)應(yīng)用于生活。這里所說的理解是解釋、思辨、推理、驗(yàn)證、應(yīng)用等更有難度、更加復(fù)雜和更具綜合性的學(xué)習(xí)結(jié)果，是學(xué)生靈活運(yùn)用所知進(jìn)行思考和行動(dòng)的能力。

“能量”概念的建構(gòu)需要依據(jù)大量客觀事實(shí)作為基礎(chǔ)，在此過程中還需要教師借助有效的教學(xué)策略引導(dǎo)學(xué)生通過各種思維方法將認(rèn)識(shí)與事實(shí)現(xiàn)象建立關(guān)聯(lián)，讓他們保持對自然現(xiàn)象的好奇心，從親近自然走向親近科學(xué)。學(xué)生在有思維活動(dòng)參與的深度學(xué)習(xí)的過程中，發(fā)展了基本的科學(xué)能力，逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。

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