用证据支持假设，以实验推进教学
用证据支持假设，以实验推进教学
——以《金属的特性》为例的设计说明
上海市第二初级中学 王颖
【背景】
《金属的特性》是教材第十三章《地球、矿物与材料》中第三节“材料及其应用”的第二课时，是在学生对“金属的应用历史”和“金属的提炼方法”有了一定认识的基础上，对金属的特性及其应用的进一步研究。因此我选择从演示石制用品和金属用品的演化图片作为切入点，让学生了解金属材料是从矿石中提取出来的，同时又得以更广泛的应用，大大改变了人们的生活方式，促进了人类社会的进步与发展。既延续了教材前面所学过的内容，又为本节课金属特性的研究开展作了铺垫。
学生在小学已经学过了金属有导电性等性质，如何在学习金属的特性的过程中形成科学的探究方法和建立科学的思维方式是我在上课过程中要解决的难题。因此我在教学设计中先通过分析金属在日常使用过程中的优点，了解学生对金属的认知程度，再利用学生已有的探究方法和实验基础，用观察、实验方案设计、视频信息提取等方式，从感官、操作、论证等层面上对金属具有光泽、导电性、良好的传热性和延展性展开研究。
【活动一】：金属光泽性的研究
活动目标：通过打磨金属活动中所观察到的现象，知道金属都是有光泽的；
活动器材：砂纸、铜片、铁片、锌片、铅片等
师:从外观上看，金属制品都是亮的吗？
生:不一定
师:你能举说明一下吗？
生:比如说电线、桌腿等，外面都有包裹或者涂层
师:我们为什么要将金属包裹起来？
生:金属会导电，还可能会被氧化
师:那么我们如何才能观察到它们的本来面貌？
生:将外层剥除
师:在每组同学面前的实验盒中，我都放置了四片金属片和一些实验材料，动脑想一下，你打算怎么做才能看到金属的本来面貌呢？
生:用砂纸打磨，里面的金属就暴露出来了
师：接下来请每位同学用砂纸打磨一片金属片，然后将四片金属片放在一起观察一下，看看经过打磨后它们有什么共同特点？
(学生实验)
生:都有特殊的光泽
师:好的，科学家通过研究和观察也发现，大部分金属都有特殊的金属光泽，这就是金属的第一个特性，金属有特有光泽。
【评析】
关于 “什么是金属光泽”这个问题,我在课前纠结了很久，查阅过大量资料，还请教了物理老师，归根结底这是一种金属本身所固有的物理属性。
那么我该如何对学生解释“金属光泽”呢？经过反复的思考与研讨，我将问题化繁为简，摆脱复杂的理论性解读，将实验设置的目标定位在“关注金属材质本事，了解研究对象的本来面貌”这一层面上，通过学生简单的打磨活动，直观的看到实验现象，形成直接体会。实现了实验在课堂上的一个重要作用——给学生以直观的现象感受。
【活动二】：金属导电性的研究
活动目标：在验证金属导电性的的过程中，知道可以利用实验方案验证物质的某种特性
活动器材：砂纸、铜片、铁片、锌片、铅片、木片、玻璃片、粉笔、塑料勺、干电池、导线、小灯泡、多媒体课件、学习纸等
师：刚刚同学说电线外面要包裹一层塑料，是因为里面的金属能导电。那么你是怎么知道金属能导电的呢？
生：小学里学过、灯泡会发光……
师：那么你能设计一个小实验，通过什么现象来判断金属能否导电呢？请大家根据PPT上的提示，思考一下，然后我们来交流一下你的想法。
生：如果金属能导电，那么当把金属连接入电路时，小灯泡会发光
师：接下来就请同学们根据刚刚所述的实验方案，进行实验操作。
（学生实验）
师：哪组同学能描述一下你所观察到的实验现象？
生：金属连接进电路后小灯泡都能发光
师：很好，那么你们得到的实验结论是？
生：金属能导电
师：可是我在大家刚刚实验操作的过程中发现了一个问题，就是有个别同学将导线连接在了没有打磨过的部位，从现象上看小灯泡都发光了，但是当你将导线连接在没打磨过的地方时，你验证的对象是金属吗？
生：不是，是金属覆盖物
师：所以我们在连接时要注意什么？
生：将导线连接在打磨过的地方
师：很好，所以我们在进行实验设计时要思考的全面仔细一些。我们通过电路连接，验证了金属的第二个特性——能够导电。
【评析】
金属能够导电这是学生在小学时已有所了解的，对学生已有知识再通过实验来验证是否有必要呢？这是我在这个教学环节要思考的问题。科学学科核心能力的培养中包含了科学探究能力和问题解决能力这两种通用能力，而这两种能力往往是在实验设计过程中得以体现和培养的。因此这一实验环节设计的目的就是让学生学习如何设计实验，如何通过恰当的实验操作获取支持假设的证据。
尤其是在学生已经观察到实验现象后，还就导线是否连接在了打磨后的部位组织学生进行思考交流，那么学生就会在今后设计实验时考虑的更仔细、更全面、更科学。
【活动三】：金属导热性的研究
活动目标：通过不同材质导热性的比较，设计多个实验方案，认识到金属具有良好的导热性；
活动器材：铜片、铁片、锌片、铅片、木片、玻璃片、粉笔、塑料勺、酒精灯、火柴、比热装置、烧杯、金属杯、量筒、氯化钴试纸、多媒体课件、学习纸等
师：你们认为金属是能导热的，是吗？
生：是的
师：那玻璃、陶瓷能不能导热呢？
生：也可以
师：那么为什么大多数情况下我们炒菜的锅子都是用金属制的呢？
生：热的快
师：所以金属和玻璃陶瓷相比具有更好的。。。。。。？
生：导热性
师：你能用什么方法来说明金属的导热性比其他材质的导热性能好呢？请结合我们刚刚探究金属导电性的方法，以小组为单位，设计验证方案。
（学生活动）
师：哪个小组先来交流一下你们的实验方案？
生（方案一）：将不同的材质放入热水中，用氯化钴试纸来检验
师：为什么金属棒上的氯化钴试纸会先变色？
生：温度越高，蒸发越快，说明金属导热快
师：其他同学觉得这个方案可行吗？有什么需要改进的地方吗？
（同学各抒己见）
师：还有其他方案吗？
生（方案二）：在金属杯和玻璃杯中放入等量的水后加热，哪杯水温度升高的快？
师：其他同学觉得这个方案可行吗？有什么需要改进的地方吗？
（同学各抒己见）
…………
师：很好，大家通过积极的动脑思考，想到了这么多验证金属具有良好导热性的实验方案，通过多种现象，说明了金属具有良好的导热性，所以金属的第三个特性就是——良好的导热性
【评析】
金属具有良好的导热性同样是六年级的旧知识，实验操作的意义不大，我设计这个环节的关键是想让学生将上个环节中学习到的实验设计方法加以应用，尽可能多的设计实验方案。通过多种方法和现象来说明金属具有良好的导热性。
而不同实验方案的出现，也让学生在彼此交流与评价的过程中，碰撞出更多思维的火花，探索的兴趣更浓，对实验——这一探究过程中的重要方法也有了更深刻的理解和认识，可以说是整节课的精华所在。
【活动四】：金属延展性的研究
活动目标：通过观看视频的活动，从结果的变化，理解金属的延展性；
活动器材：多媒体课件、学习纸等
师：那么金属是通过什么方式发生了形状的改变的呢？它的形状可以发生怎样的改变呢？带着这些问题，我们来观看下面这两段视频。
（演示视频一）
师：谁来描述一下视频里告诉了我们什么？
生：金属在外力的挤压之下开始变形
师：金属的外形发生了怎样的变化？
生：变得扁平，面积变大
（演示视频二）
师：在这段视频中，金属的又发生了怎样的变化？
生：在外力的作用下被拉长
师：你怎么知道它被拉长了？
生：指针原本的数据是
师：由这两段视频，我们可以发现，金属在外力的作用下，其形状可以发生怎样的变化？
生：面积变大、长度变长
师：很好，金属的面积变大说明金属具有展性，而长度延长，说明金属具有延性，金属的展性和延性统称为金属的延展性，金属在外力的作用下，可以展开变得很薄很大，也可以变得很细很长，这就是金属的第四个特性——较强的延展性。
【评析】
关于延展性，学生理解起来是比较困难的，而且在有限的课堂时间中，这样繁杂的实验学生也来不及完成。所以在这里我并没有让学生设计实验加以验证，而是通过了两段视频演示实验，让学生在实验现象中，体会延展性的具体含义，而这种在间接证据中寻找所需信息的方式，也能帮助学生体会到证据的多样性。
【结果与评析】
“探究”活动是科学这门学科的主要特征，它包含了“提出问题→形成假设→设计实验→进行实验→收集证据→得出结论”这样六个基本要素。也就是说想要对提出的疑问得出一个科学的结论，需要借助方方面面的证据来验证最初的假设是否正确，即“证据支持假设”。如何获取证据？获取了证据又将如何使用？这些都离不开一个载体——实验。因此老师在教学设计前，应该想清楚“为什么要设计这个实验环节？”、“通过实验要达到的目的是什么？”、“在层次上如何来安排多个实验？”……
本节课一共涉及了四个实验，对于四十分钟的一节课来说，实验的量是很大的。因此，有目的的组织实验，注重不同实验的侧重点是我在推进教学时要考虑的很重要的因素。这四个实验围绕着金属的四个特性，从体会实验、操作实验、设计实验、观察实验四个方面由浅入深的展开，阶梯式的引导学生获取直接或间接的证据并合理使用，符合学生的认知特点，学生在学习过程中由浅入深的对金属的特性有了直观和间接的体验，形成了用科学的方法和表述来解释问题的科学的思维方式。最后将金属的特性与金属的应用联系起来，用科学指导生活，知识体系的建立更加科学和顺畅,取得了良好的教学效果。
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