人教鄂教版《科學》四年級上冊教材設計思路與主要內容

王海英

人教鄂教版小學《科學》教材以兒童生活經驗圈為線索，按照生活經驗圈由近及遠的原則，依據概念進階理論，分低、中、高三個年段編排教學內容?！犊茖W》四年級上冊的內容屬于“家鄉與祖國”經驗圈的范疇。根據學生的生活經驗，本冊共設計了6個單元，即《多樣的動物》《動植物的繁殖》《加熱與冷卻》《地球上的水》《聲音》《制作樂器》，共計17課，涉及生命科學、物質科學、地球與宇宙科學、技術與工程四個學習領域。各課的編寫從學生的生活經驗和原有認知出發，創設生活情境引出探究問題，開展科學實踐活動，體現“引入—探究—搜集證據解釋—形成概念—遷移和評價”等教學環節和步驟。在概念進階上，低年段主要側重對現象的觀察和比較，中年段在低年段學習的基礎上側重于對科學現象、變化規律的研究，并探尋它們的內在規律。本冊教材的具體學習內容和對應的學習目標見右表。

各單元內容介紹

1.《多樣的動物》

本單元引導學生識別常見的動物，描述某一類動物（如鳥類、哺乳類、昆蟲等）的共同特征，能根據某些特征對動物分類，能列舉我國的珍稀動物。本單元共有3課。

第1課《鳥和哺乳動物》，主要內容是認識鳥和哺乳動物的特征。首先，觀察各種鳥的身體形態結構，尋找鳥在身體結構方面的共同特征，發現鳥的身體表面都覆蓋羽毛，羽毛與鳥的飛行能力有密切的關系。接著，觀察鳥身體的局部特征，發現鳥都有喙，喙的結構與它們的取食方式有關;足都有鱗片，足的結構與鳥的生活環境有關。最后，綜合對各種鳥從整體到局部的觀察，歸納鳥的共同特征。本課還將觀察綿羊、梅花鹿等動物的身體形態特征和喂養后代的方式，并與以前學過的貓和兔等動物進行比較，歸納出哺乳動物的共同特征。拓展與應用部分介紹了一些似鳥但非鳥、似魚但非魚的奇特動物，讓學生利用所學知識進行判斷，實現知識的遷移和應用，達到評價的目的。

第2課《動物的分類》，主要內容是根據身體結構特征給動物分類。首先，將身體結構相似的動物分為一類。例如，與鳥、哺乳動物的身體結構相似的動物，分別分入鳥類和哺乳類;與金魚的身體結構相似的動物，分入魚類。學生通過觀察、比較還發現，一些動物的身體有頭、胸、腹3部分，胸部有3對足，這樣的動物叫作昆蟲，將這些動物分入一類。然后，進一步找這些不同類別的動物是否有共同特征，學生發現，根據體內是否有脊柱，可以將動物分成脊椎動物和無脊椎動物。拓展與應用部分介紹了兩棲動物和爬行動物。

第3課《我國的珍稀動物》，主要內容是了解我國的一些珍稀動物及其分布、生活習性、生存狀況;認識到人類的一些行為影響了動物的生存，了解為保護動物可以采取哪些措施。拓展與應用部分介紹了保護普氏原羚的資料。

本單元3課內容具有一定的遞進關系，從認識不同動物的特征，到動物的分類，最后到認識我國的一些珍稀動物和動物的保護，層層遞進，逐步提升?？茖W思維上，主要運用觀察、比較和歸納的方法，從具體到抽象，逐步認識幾類動物的主要特征，并依據這些特征對動物進行分類，建構鳥、哺乳動物、昆蟲的概念，再運用這種方法認識兩棲動物、爬行動物，幫助學生認識到動物世界的豐富多彩，增強他們保護動物的意識。

2.《動植物的繁殖》

本單元主要研究動物和植物的繁殖方式，知道植物和動物都能繁殖后代，世代相傳。本單元共有3課。

第4課《用種子繁殖》，是在大多數學生已經知道許多植物用種子繁殖后代的基礎上，通過科學實踐活動，觀察植物種子的外部特征，認識種子的內部結構，探究種子萌發需要的外部條件和萌發時的變化，知道種子萌發需要空氣、適量的水和適宜的溫度;知道種子的產生要經歷開花、傳粉、結果和種子成熟的過程;知道種子的傳播方式與果實的形態結構相關。拓展與應用部分介紹了望天樹的果實，并要求學生制作一種能“飛”的果實，引導他們進一步了解果實的結構與種子傳播的關系。

第5課《不用種子怎樣繁殖》，主要內容是嘗試用根、莖、葉進行繁殖實驗，發現有的植物可以通過根、莖或葉等營養器官繁殖后代。拓展與應用部分介紹了植物的組織培養技術，引導學生認識科學技術可以改變植物繁殖的方式。

第6課《動物的繁殖》，主要研究動物的繁殖方式，認識動物有卵生和胎生兩種繁殖方式。首先，通過觀察雞蛋和其他動物的卵，了解卵的外部特征和內部結構，了解卵孵化的條件與過程，初步建構卵生與卵生動物的概念;然后，了解黃牛等動物的繁殖方式與過程，初步建構胎生與胎生動物的概念。拓展與應用部分介紹了雞蛋的孵化過程，使學生感受到生命誕生的奇妙。

本單元3課屬于并列關系，通過種子繁殖、植物的營養繁殖以及動物的繁殖方式，讓學生認識到生物繁殖方式的多樣性?？茖W思維上，本單元主要通過觀察、實驗、分析、比較等方式，認識動植物繁殖方式的特點和規律。

3.《加熱與冷卻》

本單元主要引導學生認識一般物體具有熱脹冷縮的性質，熱空氣有上升的現象，空氣的流動是風形成的原因，進而認識和解釋生產和生活中的現象。本單元共有3課。

第7課《水受熱遇冷會怎樣》，探究水受熱遇冷的變化。通過實驗，認識到在一般條件下，水受熱時體積膨脹、遇冷時體積縮小，這種變化就是熱脹冷縮。在拓展與應用環節，通過實驗進一步認識其他液體也有熱脹冷縮的性質，從而建構一般液體都有熱脹冷縮的性質這一概念，了解生活中經常用到的溫度計就是利用液體熱脹冷縮性質制作的。

第8課《固體也熱脹冷縮嗎》，探究固體受熱遇冷的變化。通過多個實驗，探究銅、鐵、鋁等金屬受熱遇冷時的變化，歸納出金屬一般都有熱脹冷縮的性質。拓展與應用環節結合生活中的一些現象，如夏季時高壓線下垂、立交橋橋面上每隔一段留有縫隙、用冷水沖泡剛煮熟的雞蛋等，使學生認識到這些都與固體熱脹冷縮的性質有關，從而建構一般固體都有熱脹冷縮的性質這一概念。

第9課《空氣的熱脹冷縮》，進一步研究空氣受熱遇冷的變化。通過多種形式的實驗，認識氣體也有熱脹冷縮的性質。之后，綜合本單元3課的學習，建構一般物體都有熱脹冷縮性質的概念。本課還有一項研究內容——探究“風是怎樣形成的”。首先通過實驗觀察熱空氣上升的現象，然后利用實驗箱做風的形成模擬實驗，最后綜合運用空氣占據空間、空氣有熱脹冷縮的性質、熱空氣上升等已形成的認識，解釋實驗現象，得出結論：空氣流動是風形成的原因。拓展與應用部分通過海濱地區晝夜風向的變化，引導學生認識氣溫與風向變化的關系，這既是用獲得的概念解釋生活現象，也是進一步認識風的成因。

本單元3課內容也是并列關系，分別認識固體、液體、氣體隨溫度變化而出現的熱脹冷縮現象?？茖W思維上，主要運用實驗搜集證據，通過對這些證據的分析、推理、歸納和概括，探究物質變化的規律，認識物質的多樣性和統一性。

4.《地球上的水》

本單元主要涉及課程標準“14.2 地球表面有由各種水體組成的水圈”的中年段學習目標，同時，在達成課程標準“2.1 水在自然狀態下有三種存在狀態”中年段學習目標的基礎上，與第三單元共同達成課程標準“6.3.2 加熱或冷卻時物體的體積會發生變化;加熱和冷卻也可以改變某些物質的狀態”中年段的學習目標。本單元共有3課。

第10課《水的分布》，主要內容是通過用地球儀進行估算等活動，認識地球表面海陸分布的情況;認識地球上除了海洋，陸地表面有河流、湖泊、冰川、地下水等各種類型的水體，大氣中也有水，初步認識水有三種存在狀態。拓展與應用部分介紹了地球上水資源的情況，幫助學生樹立節約用水的意識。

第11課《水結冰了》，主要內容是探究水結冰時的溫度。通過做水結冰的實驗，描述水在冷卻過程中發生的溫度變化和狀態變化，認識水從液態向固態轉化的條件，建構水的冰點、水結冰時體積會膨脹等概念。拓展與應用部分讓學生了解怎樣測固體的體積，這是一個拓展思維的實踐活動。

第12課《水的沸騰》，主要內容是探究水在什么溫度時沸騰。通過做加熱水的實驗，描述水在加熱過程中發生的溫度變化和狀態變化，認識水從液態向氣態轉化的條件，認識水的蒸發、沸騰以及水蒸氣的凝結等現象，建構水的沸點等概念。

在拓展與應用部分綜合本單元3課的學習，引導學生結合觀察到的一些生活現象和自然現象，描述水在自然條件下存在的三種狀態及其相互轉化的現象和條件?？茖W思維上，主要通過觀察和實驗搜集一些信息，并對這些信息進行分析、比較和推理，探尋水的狀態變化的規律。

5.《聲音》

本單元引導學生對熟知的聲音現象進行研究，探究聲音是怎樣產生與傳播的、聲音為什么會有強弱與高低等變化。本單元共有3課。

第13課《聲音的產生》，有兩個科學實踐活動：一是感知聲音，通過觀察周圍的聲音現象，體會聲音的美妙以及帶給我們的信息;二是探究聲音的產生，通過觀察音叉、鼓、鑼、喉嚨等發聲時出現的現象，發現物體發聲時都會產生振動現象，從而得出聲音是物體振動產生的結論。拓展與應用部分介紹樂器是怎樣發聲的，為后面制作樂器的活動奠定基礎。

第14課《聲音的傳播》，通過形式多樣的實驗活動，探究聲音在空氣、液體和固體中的傳播，以及聲音傳播的方向有什么特點，最后得出聲音可以在氣體、液體和固體中向各個方向傳播的結論。拓展與應用部分是制作“土電話”，學生通過這個充滿趣味的實踐活動進一步認識聲音是如何傳播的。

第15課《聲音的變化》，通過制作能產生不同強弱、高低聲音的簡易裝置，研究使物體發出的聲音產生變化的因素。通過實驗，發現物體發出聲音的強弱、高低與物體振動的變化（振幅和快慢）有關，并了解噪聲的危害、防治方法以及保護聽力的方法。

本單元的3課屬于遞進關系，逐步認識聲音產生到聲音傳播，再到聲音的變化規律?？茖W思維上，主要側重利用實驗搜集信息，通過觀察、比較、分析和歸納，認識聲音世界的多樣性與統一性的變化規律。

6.《制作樂器》

本單元主要圍繞技術與工程任務——制作一種至少能發出4個音調的樂器，開展設計和制作活動。本單元共有2課。

第16課《認識與設計樂器》，設計了兩個科學實踐活動：一是研究樂器的發聲，根據樂器發聲方式給樂器分類，并探索影響不同樂器發出不同音調的因素;二是嘗試設計一種樂器，明確技術與工程任務——制作一個能至少發出4個音調的樂器，選擇自己打算制作的樂器，觀察它的外形結構、制作材料，研究它的發聲原理，然后畫出樂器設計圖，并規劃制作步驟。前一個活動是后一個活動的基礎，只有在充分了解樂器的發聲原理之后，才能更好地進行設計。拓展與應用部分介紹了我國的民族樂器，引導學生體會樂器的外形與聲音之美。

第17課《制作與演奏》，主要內容是根據設計方案制作樂器。在此過程中，引導學生對自己或他人的想法、草圖和制作的樂器提出改進建議，并說明理由;在制作過程中及完成后進行相應的測試和調整，最后用自制的樂器演奏一首樂曲。拓展與應用部分展現了一些利用身邊的材料自制的樂器，供學生制作時參考。

本單元是一個STEM教育模塊，通過一個具體的制作樂器的任務，將科學、技術、工程和數學有機融合在一起，培養學生的工程思維和創新能力?？茖W思維上，重點培養學生的工程思維和解決問題的能力。在工程實踐中，先要明確任務、進行設計，尋找解決問題的方法，然后是產品制作和展示，最后通過評價和改進來完善自己的產品。在這些環節中，學生要動腦設計和改進，要思考材料的成本和對產品進行綜合評價，以此培養學生的工程思維。

各單元教學注意事項

1.生命科學領域

第一單元《多樣的動物》和第二單元《動植物的繁殖》是生命科學領域的內容，這兩個單元的教學應著重把握以下幾點：

一是引導學生從整體到局部進行有序觀察。在觀察的基礎上比較，在比較的基礎上歸納。小學階段生命科學領域最基本的學習方法就是觀察法、比較法。對動物的觀察不能是無序的，要著重引導學生由整體到局部進行有序觀察，重點觀察并認識某一動物的身體外部結構的顯著特征，在觀察的基礎上，比較一些動物在形態特征上的相同點，歸納同類動物的共同特征，形成概念，從而把觀察到的感性認識上升為理性認識，培養學生的科學思維能力。

二是用思維導圖進行分析、歸納。思維導圖以圖文并重的方式，把相互隸屬的關系與相關的層級關系表現出來，有利于記憶、閱讀、思維。在這兩個生物單元的教學中，可以充分利用思維導圖，引導學生將同類動物進行比較，發現、歸納鳥、哺乳動物和昆蟲等身體結構的共同特征，建立關于鳥、哺乳動物和昆蟲等動物種類的概念。

三是初步建立動物分類標準。動物分類的知識是學習和研究動物學必需的基礎。在小學階段，對動物分類的認識只是到“亞門”（如脊椎動物亞門）或“綱”（如哺乳綱）的級別。本冊教材中，引導學生初步學習用二歧分類方法對動物進行分類，在分出昆蟲類、魚類、鳥類、哺乳類等動物類別的基礎上，知道這些類別的動物還能進一步分為脊椎動物和無脊椎動物兩大類。教材中的單元回顧，進一步用概念圖的形式呈現了給動物分類的結果。整理動物分類結果，能更清晰地認識動物的類別。在教學中，要注重引導學生學習分類的方法，認識給動物分類的意義，初步建立動物分類標準，這些過程是培養學生思維能力的有效途徑。

2.物質科學領域

第三單元《加熱與冷卻》、第四單元《地球上的水》大部分內容和第五單元《聲音》是物質科學領域的內容，涉及探究液體、固體和氣體的熱脹冷縮性質以及風的成因的實驗，探究水在什么溫度時結冰（水結冰）或沸騰（水加熱）的實驗，探究聲音的產生、傳播和變化的實驗等，對這些實驗的教學應著重把握以下幾點：

一是引導學生準備實驗材料、探討實驗方法。學生參與本冊教材中的較為復雜的實驗操作是培養他們實驗能力的重要過程，其中，準備實驗材料和組裝實驗裝置就是重要的實驗能力之一。教學中，教師應引導學生積極參與到組裝實驗裝置的活動中，學生能做的務必讓他們親自完成。例如，在探究物體熱脹冷縮性質的實驗中，引導學生利用提供的實驗器材設計實驗方法;在探究水結冰和加熱變化的實驗中，引導學生動手組裝實驗裝置;在探究聲音的實驗中，讓學生動手制作能產生不同強弱、高低聲音的簡單裝置。這些環節都有利于學生更好地理解實驗內容，了解實驗的基本過程，清楚實驗操作的要領和注意事項，明確實驗中觀察什么、記錄什么。

二是引導學生對實驗現象進行預測。本冊教材設計的實驗都很注重實驗前的預測。例如，在探究水、金屬和空氣受熱或遇冷時的變化的實驗中，都需要學生首先對實驗現象進行預測，然后再實驗。在預測環節，要注重引導學生基于已有經驗和所學知識，從現象和事件發生的條件、過程、原因等方面，對實驗中可能觀察到的現象提出推測或猜想。要讓學生明白，預測或假設要以一定的科學知識（科學原理）為依據，預測既需要大膽想象，更需要嚴謹推理，然后再通過觀察和實驗去驗證和完善。

三是強調實驗觀察和記錄。本冊教材設計的各項實驗對收集數據的要求比較多。例如，水結冰實驗中收集的數據，既包括實驗前試管內水的溫度和水量（體積）、燒杯里冰與鹽混合后的溫度這些初始數據，又包括實驗過程中的溫度變化數據以及結冰后的體積數據等;水加熱實驗中收集的數據，既包括實驗前試管內水的溫度和水量（體積），又包括實驗過程中的溫度變化數據以及沸騰后的水量數據和現象等。在實驗環節，教師要引導學生既要規范操作每一項實驗步驟，又要同步搜集實驗過程中的現象，觀測實驗中的各項數據，并做好記錄。要向學生強調，要樹立尊重實驗事實，實事求是記錄實驗數據和現象的意識。

四是引導學生分析實驗數據和現象。本冊教材中，在探究水在什么溫度時結冰或沸騰的實驗中，都采取了根據水溫數據繪制折線統計圖，再根據折線統計圖描述水溫的變化，得出冰點和沸點概念的方式。這種繪制統計圖表的方式有利于學生整理實驗數據，對水結冰和加熱過程中的現象和溫度變化形成一個整體的認識。在探究聲音變化的實驗中，需要學生結合實驗數據和現象的記錄，將物體振動的變化（幅度與頻率）與聲音的變化（強弱與高低）之間的關系建立關聯，歸納出影響聲音變化的因素。在這些分析實驗數據和現象的環節，教師要注重引導學生將實驗數據和實驗現象之間建立關聯，并用科學的語言描述、表達實驗結論。

3.地球與宇宙科學領域

本冊教材中地球與宇宙科學領域的一項學習內容是了解地球上的海陸分布概況，知道地球上大約70%的表面被海洋覆蓋。為了讓學生對此有一個比較具體的認識，教材設計了兩個估算活動：一個是用拋接地球儀的游戲進行概率估算，另一個是用在地球儀的陸地部分粘貼橡皮泥的方式進行估算。

地球與宇宙科學領域的另一項學習內容是認識地球上的水資源狀況。教材用直觀的圖片呈現了地球上的總水量、淡水量和人類可利用的淡水量的對比。在教學中，教師可采用實物演示的方式，引導學生觀察、比較，認識人類能夠利用的淡水量僅占地球上總水量很少的一部分。

上述探究活動使學生能通過親歷活動或實驗的方式，獲得數據，進行統計，從統計結果中分析得出結論，這種方式既讓學生對地球上海陸面積的對比和水資源的狀況形成更具體和深刻的認識，又有助于培養他們的科學興趣和探究精神。

在實際教學中，教師在深刻理解教材內容的情況下，可以根據學生的特點和現有實驗材料，在教學目標的指引下，創造條件，優化探究活動方案，盡可能設計以學生參與為主的能激發學習興趣的豐富多彩的活動，幫助學生更好地完成科學探究，更有效地形成科學認知。

4.技術與工程領域

《制作樂器》是本冊教材的技術與工程單元，教學中應把握以下幾點：

一是重視原型觀察。教學中，要圍繞制作任務提出觀察和思考的要求。觀察：自己打算制作的樂器是什么樣的？它分為幾個部分？它的發聲部位在哪兒？影響它發出不同音調的因素是什么？思考：如果制作這種樂器，各個部分可以用什么材料？各個部分之間如何連接？可以用哪些連接材料？可以用哪些材料美化它？引導學生帶著這些觀察的方向和思考的問題，有針對性地觀察打算制作的某種樂器的外形、結構等，為設計與制作做好準備。

二是重視設計。在低年段，技術與工程設計的要求是在給定材料的基礎上，學生用口述、草圖、簡筆畫等形式進行簡單設計。學生經過之前三年6個技術與工程單元的學習，進入本課學習，要嘗試提出更高的設計要求：不僅要求畫出樂器的設計圖，還要求確定制作所需的材料、數量以及工具，并規劃制作步驟，這需要學生根據任務進行整體思考。這個設計過程不僅是運用所學知識的過程，也是逐步培養控制成本和時間意識的過程，更是提升設計思維的過程。

三是做好材料準備工作。在低年段，基本上是教師給定制作材料，提供制作工具。到中年段，應逐步讓學生結合設計草圖和制作方案，自己收集制作所需的材料和工具。一些常見的材料和工具完全可以讓學生自己搜集帶來，教師可以幫助準備一些不常見的材料和工具，或者讓學生思考有沒有可以替換的材料和工具。

四是引導學生有效制作。在低年段，常常因為設計圖紙時過于簡單和隨意，導致制作時無法實現，很多學生會丟掉圖紙“另起爐灶”，顯示出對設計的不尊重。進入中年段，要注重培養學生依據設計圖紙進行制作的意識，強調應根據擬訂的設計方案進行制作，制作過程中如果發現原來的設計有不合理的地方，可以在原先的設計圖上加以標注和修改。在制作過程中，還應注重培養學生的合作意識，引導小組成員按照制作步驟合理分工，使學生意識到只有合理分工、相互配合，才能在規定時間內更好地完成制作任務。

五是培養產品迭代意識。在制作過程中及完成后，對自制的樂器作品進行相應的測試和調整，學生會不斷地發現問題。如設計得不夠合理，音調不夠準確，琴體做得不夠牢固，有些部位連接得不夠穩定，形狀不夠美觀等。在展示與交流的過程中，學生經過觀察、思考，針對他人的想法、草圖、作品等提出改進建議，他人的作品對自制的作品也會產生一些啟發和借鑒。然后，針對發現的問題，改進設計，進行調整，甚至重新制作，這樣就自然而然地完成了迭代升級。這些測試、調整、改進和完善產品的過程絕不是可有可無的環節，這個過程能非常好地提升學生解決問題的能力，是技術與工程單元的重要環節。

人民教育出版社課程教材研究所（100081）