小学科学《物体在水中是沉还是浮》教学案例

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材料是科学探究的基石

──《物体在水中是沉还是浮》一课的教学

浙江省温州市鹿城区教师培训与科研中心　王邦银



　　《物体在水中是沉还是浮》是《沉与浮》单元的第一课时。《沉与浮》单元共有四课，分别是《物体在水中是沉还是浮》、《改变物体在水中的沉浮》、《马铃薯在水中是沉还是浮》、《造一艘小船》。四篇课文相对独立又相互关联，以学生的认知发展为线索，层层推进，环环相扣，具有很强的结构性。因此，第一课时教学的成败将直接影响到这一个单元的教学。

　　《物体在水中是沉还是浮》一课由四项活动组成，分别是：观察物体的沉浮，观察更多物体是沉还是浮，物体的沉浮和它的大小、轻重有关吗，思考和讨论。沉浮是生活中常见的现象，学生有着丰富的生活经验和学习基础，但在教师创设的特定的情景中，他们又无法解释沉浮与大小、轻重的关系，在又一组材料实验的观察中，学生逐步清晰沉浮与大小、轻重的关系。学生的认知在不断的矛盾冲突中向前发展，教师在这个过程中，充分展示促进者、引领者的角色。因此，从教材的编排和理想中的教学来说，这是一堂非常经典的科学课，是学生经历典型的探究过程得到充分发展的科学课，是最能体现科学活动的结构与意义的科学课。

　　我听这课教学十多次，也帮助老师一起设计过这节课。现在，就以缪旭春老师的执教为例，穿插其他老师课例的片段，谈谈材料在探究中的重要作用以及一些相关的思考。

　　活动一：观察物体的沉浮

师：（出示一木块）这是木块，我把他放到水里，你们猜会沉还是会浮？
生：浮。
师：（演示）猜对了，（出示弹珠）那这个呢？
生：沉。
师：（演示）也猜对了，（出示瓶盖）那这个呢？
生：会浮。
师：（把瓶盖放在水底，瓶盖沉了）结果如何？
生：沉了。
师：（把瓶盖放在水面上，瓶盖浮了）是沉了吗？
生：咦，浮了。
师：为什么会这样？
生：因为你把瓶盖放到水底的时候水把瓶盖压下去了。
生：因为瓶盖边上向上凹，放到水中，水会把瓶盖压下去。
师：也就是说我放的方法不同才造成两种结果，是吗？
生：是。
师：那我们统一用一种方法来观察，得出的结果才会统一，选哪一种呢？
生：放到水底。
师：好，我们就选择放到水底的方法来观察其他物体的沉浮，往上的就是浮，不动的就是沉。那你们认为物体的沉浮和什么有关呢？
生：和水的重力有关。
生：和空气有关。
生：和物体的重量有关，重一点的会沉下去，轻一点的会浮在水面。
生：和物体的大小有关，面积大的会浮，面积小的会沉。
生：平的会上浮，圆的会下沉。
生：我有不同意见，木块比瓶盖重，也浮在水面。
（老师对学生的质疑不置可否，马上进入下一个环节，让学生拿出一号材料袋，猜测哪些物体沉，哪些物体浮。可能是老师设计时没有预料到这个时候学生会质疑。）

　　思考一：这个活动该选择什么材料？

　　选择的材料应该能够准确地表达教材的意图。我们先来看看教材编排的意图是什么。

　　这个活动的目的之一是要选择一种观察物体在水中是沉还是浮的方法。像瓶盖、纸，不同的方法会有不同的结果。因此，教师往往统一用把物体放到水底的方法观察物体是沉还是浮。但这种方法对这个单元后面几课的教学却带来了麻烦。第二课《改变物体在水中的沉浮》，改变了橡皮泥的体积，改变了橡皮泥在水中的沉浮。如果也用这种方法来观察，橡皮泥能浮的起来吗？《科学》较《常识》不同的一点，是非常重视以单元的形式出现，注重内在的结构。我们总不能让学生第一节课用一种方法，第二节课用另一种方法吧。如果把这种方法再运用到生活中，那学生还能说：轮船是浮在水面上吗？有哪一艘轮船按到水底还能自己浮上来吗？很多老师在上这节课时省略了这个环节，我认为不无道理。

　　如何解决这个矛盾呢？我想其一是在课堂中不要出现这类有争议的材料。其二统一用第一种方法，放在水面观察。其实瓶盖下沉，那是改变了瓶盖的重量，里面进水了。

　　这个活动还应该有另一层意义，那就是展示学生熟悉的沉浮现象，回顾学生的原有认知水平，通过这一组材料的演示让学生说说，物体的沉浮和什么有关，为后面的教学，为学生认知上的矛盾冲突埋下伏笔。

　　教学中，老师为了节约时间，省去了课文中的纸片，选用了弹珠、瓶盖和木块。从教学的情况来看，这三样材料的选择还存在问题。教师的意图之一是统一观察的方法，这个目的在教学中很顺利地完成了。教师在统一了方法之后紧接着的问题是：那你们认为物体的沉浮和什么有关？学生在思考这个问题时是离不开这三样材料给他们的启示，那么我们就要考虑这三样材料给了学生怎样的启示，我们就要考虑我们期待的是学生怎样的回答。这时候学生的认知应该是最原始的，最本色的。他们原有的认知可能是：沉浮和大小有关，大的沉小的浮，小的沉大的浮，重的沉轻的浮——那么我们提供的这三样材料也应该是最接近、最符合学生这种认知的。“重的沉轻的浮，木块比瓶盖重，为什么也能浮？”学生的认知过早地进入了矛盾冲突之中，这显然是教师事先没有预料到的，究其原因，都是材料惹的祸。材料是达成活动目的的重要因素，选择的材料应该能促进活动目的的达成。

　　活动二：观察更多物体是沉还是浮

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片段一：
师：（提供泡沫块、橡皮擦、西红柿、铁螺帽、大头针、纽扣、蜡烛七样物品）我们先来猜猜这些物体在水中是沉还是浮？（生开始活动，3分钟后学生开始汇报）
师：请同学来汇报一下猜测的结果，并说明为什么。
生：西红柿是沉的，因为它很重；蜡烛是沉的，因为蜡烛很大；橡皮擦沉，因为有重量；铁螺帽沉的，因为它很重；泡沫浮的，很轻；纽扣浮的，也很轻；大头针浮的，又细又小又轻。
师：大家都同意吗？
生：我觉得大头针是沉的，因为大头针是铁做的。
生：我觉得蜡烛是浮的，因为面积很大。
生：橡皮擦是浮的，因为很轻。
生：纽扣应该沉，虽然小还是有点点重。
……
师：大家把材料放到水中试一试，观察一下结果如何？
（生动手实验）
师：你们都猜对了吗？
生：没有。
师：哪些没猜对？
生：西红柿是浮的。
生：大头针是沉的。
生：蜡烛是浮的。
生：橡皮擦是沉的。
生：纽扣是沉的。
师：起先你们认为沉浮和轻重、大小有关，现在你怎么看？
生：和轻重有关系，因为铁螺帽虽然很小，可是它很重所以会沉。
生：我认为和大小有关，因为西红柿虽然重但是很大，所以会浮。
生：大头针虽然没有西红柿重，但很小，所以沉了。
生：我认为和轻重大小都有关系，西红柿很大浮，大头针很小沉，泡沫轻的浮，橡皮擦重的沉。
生：我认为和大小没关系，因为泡沫不管大小都会浮，因为很轻，所以只和轻重有关。
……
片段二：
我想起了在调研中听到的另外一位老师上的这节课，观察更多的物体是沉还是浮这一活动她是这样设计的：
师：把身边的材料放进水里，在放进去之前先猜测是沉还是浮，边填写报告单，边实验观察。

附：
　　科学报告单

实验材料  
猜测哪些会浮？  
猜测哪些会沉？  
猜错了哪些物体？  
你觉得沉浮和什么有关？  
在实验中发现了什么问题？  

　　在老师布置任务之后，学生开始动手实验。铅笔盒与铅笔盒里面的东西成了学生实验的首选材料，学生们纷纷把各种各样的笔、还有橡皮擦、直尺、铅笔盒等物体放到水中，观察它们的沉浮情况。

6分20秒之后，学生开始汇报。
生：铅笔盒不会下沉。
生：笔头会沉而笔身会浮。
生：手表放到水里会下沉。
……
师：你觉得沉浮和什么有关系？
生：跟物体的重量有关系。
生：跟空气的压力有关系。
生：跟水的浮力有关系。
生：跟水的多少有关。
……
　　老师把学生汇报的一一板书在黑板上，用了8分钟。接下去老师带领学生研究了沉浮与轻重的关系（15分钟），第34分钟的时候，出示科学计划表，要求学生选择板书中的一个问题课后继续研究。计划表中包括这样的一些问题：你研究哪一项？需要的材料要具备什么条件？你打算带什么材料来做实验？你还需要收集哪方面的资料？你们打算怎样分配工作？你们打算怎样实验？
　　这是一位很有个性的老师，她不想重复别人的设计，力求能有自己的特色。在材料的运用上，我们明显看出她的意图，那就是利用身边的物体进行研究。

　　思考二：材料来自学生身边的生活还是来自教师精心的准备？

　　那么，科学课中实验的材料应该是来自学生的生活还是要教师精心准备呢？我想正确的答案应该是后者。“科学课是由一个个观察、研究、认识周围事物和周围环境的探究活动组成的。学习科学，就是去参加、去经历一个个的观察、研究、认识活动。”并不是所有的活动都可以成为科学探究活动，并不是所有的科学探究活动都可以成为科学课的活动。科学课和科学教材的活动，应该是学习主体层面上具有足够的发展意义，教学活动层面上具有足够的效率的科学探究活动。同样，科学课活动的材料来源于生活，但并不是所有的材料都可以作为科学课活动的材料。科学课活动的材料，应该是有典型性、有结构性、有启发性的材料，是能够引发学生思考、促进学生发展的材料。

　　我们通常所说的材料要生活化，要把学生的探究从课内延伸到课外。这里并不是说生活中的材料都可以作为我们科学课中的材料。是不是可以理解为我们在保证材料具有典型性、结构性、启发性的同时，仅可能让它接近生活。

　　教师应该怎样挑选材料呢？

　　去掉有争议的材料。片段一提供的材料，把书上的红萝卜变成了西红柿。原因是红萝卜在水中有时是沉有时是浮的。原来浮的萝卜在水中浸久了就变沉了，有的老师试教时红萝卜是浮的，到了正式上课时变沉了。还有的红萝卜原来就是沉的。因此改成西红柿会去掉许多不确定的因素。书中的牙签也是这样，有时候沉有时候浮。

　　选择会猜错的材料。片段一除了泡沫和铁螺帽学生的意见比较统一之外，其他的都有可能猜错，或者会有两种不同的意见。学生猜错了，说明他们原有的认知跟事实之间有矛盾，矛盾越激烈，越能激起他们探究的欲望。

　　提供有结构的材料。泡沫是大的，浮，铁螺帽小，沉。西红柿是重的，却浮了，大头针是轻的，却沉了。在矛盾中，学生的思维会更加精细，认知会不断深入。但这组材料中还有一点问题，找不到大的沉小的浮的物体。西红柿、泡沫、蜡烛能浮，都是大的，大头针、铁螺帽、橡皮擦、纽扣会沉，都是小的。书上的牙签想说明小的物体也有浮的，但它有时会沉，顾此失彼，去掉了它应该有一个同类的物体来代替。如果在这里选用较大的橡皮擦，选用较小的蜡烛，如那种生日蜡烛，效果可能会好些。

　　材料有时候会成为学生探究的垫脚石，也有的时候会成为学生探究的绊脚石。如何把这块绊脚石变成垫脚石呢？教师除了精心挑选材料之外，还要充分利用材料。

　　学生实验观察这一组材料之后，书上提示：分别按大小、轻重顺序排列，再标出它们在水中是沉还是浮，想一想，物体的沉浮和它的大小、轻重有关系吗？片段一中老师没有要求学生这样去做，我认为是可行的，学生在观察这一组物体的沉浮之后，不需要排列，就能够认识到物体的沉浮和它的大小无关，和它的轻重无关。教学中，在学生汇报之后，老师问：起先你们认为沉浮和轻重、大小有关，现在你怎么看？学生的回答显然不是我们预料中的答案。通过这一组材料的观察，我们的目的是让学生明白沉浮和大小无关，和轻重无关。上课时学生之所以这样回答，原因在哪里？我想首先是教师的提问不明确，没有紧密地围绕所提供的材料展开，把材料的作用充分地发挥出来。如先问学生：原来我们认为轻的浮，重的沉，看了这组材料之后，你怎么认为？物体的沉浮和轻重有关系吗？这样，材料的作用可能会更多地发挥出来。其次是学生的认知可能已超出了我们的预料。从学生的回答可以看出，他们并没有就大小或就轻重来论沉浮，很多学生已经能够把两个变量都考虑进去了。就这一个环节，应该怎样做更有利于学生的发展？每个人都可以有自己的思考。

　　活动三：物体的沉浮和大小有关吗？

师：我们要研究沉浮与大小是否有关，要选用怎样的材料呢？
生：选用大小不同的材料。
生：轻重要相同。
教师让学生拿出第三组材料：三个大小不同的圆柱体，颜色相同，来源于《科学》配套工具箱。三个圆柱体的接口处都用胶带纸贴着，里面放了同样多、同样大的螺帽，在圆柱体的外面老师都注明了：25克。
师：猜测一下，这三个圆柱体放到水里去之后的沉浮情况。
生：……

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思考三：有没有现成的材料？

　　在还没有工具箱的时候，我见过老师上这一课时，用《常识》课中沉浮实验盒里的木块、铁块、铝块和塑料块来表示大小相等，轻重不等的物体，而要找轻重相等大小不同的物体就难了，有老师找来大大小小的玻璃瓶子，里面装上不等的水，让每个瓶子的重量相等。我想，老师在上公开课或研讨课时可能这样去做，而在平时上课时，有可能这样去做吗？老师哪有这么多的精力啊！而没有为学生提供重量相等大小不等的物体，这部分的教学又该怎么展开呢？

　　工具箱为我们提供了很好的材料，为科学课的老师节省了大量的准备材料的时间。它为科学课的顺利开展创造了非常有利的条件。

　　但是我们在课堂中对材料的选择并不能局限于工具箱，更不能迷信工具箱。工具箱里面这组材料的安排意图也许是这样的：每组四个颜色不同的圆柱体，若干弹珠，把同样多的弹珠放入圆柱体内，拉动圆柱体，实验结果，大的浮，小的沉，中间还有两个，大一点的浮上面一点，小一点的偏下一点。在试教中我们发现问题了：圆柱体内放进弹珠它沉不下去，如果多放几个，就要拉开大些，同样还是沉不下去。拉开之后，水容易从缝隙里进去，大的圆柱体慢慢地沉下去了。用四个圆柱体时，中间两个的现象区别不大，很难控制。四种颜色也会给学生带来不必要的干扰，沉浮是不是和颜色有关呢？因此在使用时，做了些变动。

　　没有现成的材料。每个老师对教材的不同理解，对教学过程的不同设计，选择的材料也不仅相同。很多老师，尤其是兼职的老师都抱怨，科学课的材料准备太麻烦了。其实，准备材料才是科学课老师最需要做的一件事。