【单元课例】小学科学 | 基于学习进阶的小学科学概念转变教学研究——以“热传递”单元教学为例

【摘要】：本文围绕苏教版小学科学五年级上册“热传递”单元展开研究，选取某小学五年级42名学生作为研究对象，聚焦学习进阶视角下小学科学概念转变的教学实践开展探索。首先调研分析学生在热传递单元中面临的概念转变困境，结合学习进阶理论设计针对性教学策略，通过教学实践落实策略并验证实际效果，推动学生科学概念的有效转变，同时，为小学科学概念教学提供实践参考与借鉴。

【关键词】：小学科学；学习进阶；概念转变教学；“热传递”单元

小学科学是培养学生科学素养的核心学科，而概念转变则是科学学习的关键环节。“热传递”是苏教版五年级上册科学的重点单元，里面包含热传导、热对流、热辐射等抽象概念。小学生很容易受前概念影响，出现认知上的偏差。学习进阶理论重点是强调认知的梯度发展，为解决概念转变的教学难题提供了新的思路。本研究选取42名五年级学生作为研究对象，探究基于学习进阶的概念转变教学策略，帮助学生搭建起科学的热传递概念体系。

本次研究以某小学五年级42名学生为调研对象，结合苏教版五年级上册“热传导”课程内容开展课前测试，结果显示学生对热传导存在明显的概念认知偏差。其中，35名学生认为热只能在金属物质中传递，并未认识到热传导可以发生在所有固体当中;28名学生对热传导的传递方向存在混淆，错误认为热只会从物体顶部向底部传递；31名学生无法区分热传导与其他热传递形式[1]。这类错误的概念主要源于生活经验的局限，日常仅能观察到金属传热的现象，使得科学概念与生活认知脱节，这也是热传导概念转变过程中面临的首要困境[2]。

围绕苏教版中“热对流”课程的核心概念展开课前调研，42名学生中有33名存在热对流概念模糊的问题[3]。29名学生将热对流与热传导混为一谈，认为液体和气体的传热方式属于热传导；27名学生无法描述热对流的循环过程，错误地认为“热水只会停留在容器上部，不会形成循环流动”；30名学生不了解热对流的产生条件，不清楚冷热液体或气体的温度差异是热对流产生的关键。由于热对流过程较为抽象，难以通过直观观察来感知，导致学生对概念理解不够透彻，无法顺利完成正确的概念转变。

结合苏教版“热辐射”课程内容，对42名学生进行课前认知调研，结果显示，其中34名学生存在热辐射认知不足的问题。32名学生认为热辐射的传递必须依靠介质，错误地认为太阳的热量是通过空气传递到地球的；26名学生无法区分热辐射与热传导、热对流的差异，将3种热传递方式混为一谈;28名学生不了解热辐射的特点，不清楚“热辐射可以向各个方向传递，且传递过程无需与物体接触”。由于热辐射具有无形性的特征，无法通过直观观察使学生形成正确认知，使得相关错误概念难以得到纠正。

根据苏教版小学科学五年级上册第二单元“热传递”课程内容，以学习进阶理论为指导，设计出直观感知、实验探究、概念建构、应用巩固4个阶段的教学策略，使42名学生对热传导概念有较好的理解。教学开始时创设情境，用“厨房里的秘密”来创设情境，将金属勺、塑料勺、木勺同时放入热水杯中，让学生触摸勺柄，直接感受到传热的不同，打破学生原有的错误认识，激发学生的探究欲望。

1.实验设计及准备意图

将全班42人分成6组，确定组长、实验员、记录员等。创新材料包含金属棒、木棒、塑料棒、可逆感温变色贴片（变色阈值约为40℃）、酒精灯、试管夹、秒表和隔热垫。用感温变色贴片代替传统的火柴，把抽象的热传导路径变成色彩推进的可视信号，既提高安全性，又可以探究不同的固体导热差异和传导方向。

创新实验步骤有以下几点：①实验员在3根棒上等距(2cm)粘贴5枚感温贴片，保证平整牢固；②组长用试管夹夹住金属棒的一端，把另一端放在酒精灯的外焰上加热，同时启动秒表，观察“变色波浪”的推进情况；③记录员依次记下每枚贴片变色顺序和时间，然后用同样的方法测试木棒和塑料棒，如实对比记录：4教师巡视各个小组，及时纠正加热位置偏移，强调酒精灯使用的规范操作和防烫措施。

2.实验现象与总结

实验结果显示金属棒上贴片从近火端到远端迅速变色，像热浪接力一样；木棒、塑料棒只在靠近加热端有微弱变色或者基本不变。学生交流之后得出结论，热能够在所有的固体中进行传导，方向是从高温处向低温处，且不同材料的导热能力不同，由此学生修正了其原有的前概念认知。

3.小组讨论和概念建构

各组分享发现，教师追问：“为什么金属棒变色快且有序？”引导学生归纳热传导的内涵。接着，教师出示热传导、热对流、热辐射对比表，梳理热传导沿物体传递、物质本身不流动的特点，完成概念建构。

4.应用巩固

开展“安全小厨师”活动，要求学生根据导热性能，选择不烫手的勺柄材质，并说出理由，加深迁移。

从课后测和课堂观察的统计数据可知，42名学生中有32名完全实现了概念转变，8名基本转变，2名需要个别辅导，总体概念转变率为76.2%，很好地解决了学生的认知偏差问题，使学生深刻理解非金属也能导热，但是速度较慢，完全符合学习进阶规律。

针对学生对热对流概念理解不深的问题，以热传递单元的热对流课程内容为依托，按照学习进阶理论的要求，设计出“情境激趣、双色探秘、数字追踪、总结应用”这4个环节的教学策略，使42名学生完成概念的转变。教学伊始创设生活情境，提出“烧水时锅底气泡为什么向上运动”“暖气怎样使房间升温”等问题来激发学生正确认知，点燃探究的热情。

随后开展创新模拟实验，步骤如下：