基于科學(xué)探究 建構(gòu)科學(xué)概念

許飛

【設(shè)計理念】

韋鈺院士曾針對當(dāng)下小學(xué)科學(xué)教育的弊端提出“小學(xué)科學(xué)應(yīng)該圍繞一定的科學(xué)概念組織教學(xué)”的觀點。2017年2月新頒布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“課標(biāo)”），分別在物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、工程與技術(shù)等領(lǐng)域選取了18個“主要概念”，并多次明確指出“應(yīng)幫助學(xué)生形成這些主要概念”。筆者認(rèn)為，這是對過去一段時間內(nèi)小學(xué)科學(xué)教育“探究活動主義”的價值澄清，是小學(xué)科學(xué)教育的一次理性回歸。然而，重提科學(xué)概念，并不意味著拋棄“科學(xué)探究”。學(xué)生的科學(xué)概念并不是教師所能教授的，而是學(xué)習(xí)者通過探究進行自我建構(gòu)的。課標(biāo)也再次明確強調(diào)“倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)”，指出“探究式學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式”。因此，基于科學(xué)探究，幫助學(xué)生自主建構(gòu)相關(guān)科學(xué)概念才是今后小學(xué)科學(xué)教育的主流方向。

有關(guān)簡單電路的知識一直是小學(xué)科學(xué)（自然）學(xué)科的傳統(tǒng)內(nèi)容。大多數(shù)教師在執(zhí)教《簡單電路》一課時，總是止步于指導(dǎo)學(xué)生把電路連接成功，而忽視了學(xué)生對電路原理的進一步探究和理解。筆者曾經(jīng)觀摩某大市同題賽課，結(jié)果13節(jié)課有11節(jié)沒有提及“閉合回路”；另有兩節(jié)雖然提到“閉合回路”，卻是以教師講解的方式教授給學(xué)生的。能否讓學(xué)生自己探索發(fā)現(xiàn)簡單電路的原理，自主建構(gòu)“閉合回路”等電路概念呢？基于此，筆者對《簡單電路教學(xué)》一課展開了教學(xué)研究。

為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，筆者在這節(jié)課中努力做到以下幾點：

1.突出主體地位，開展自主探究。

課標(biāo)強調(diào)教學(xué)要突出學(xué)生的主體地位，這再次闡明了小學(xué)科學(xué)課程必須堅守的原則。本課將為學(xué)生提供充足的自主探究空間，通過觀察鋪墊、嘗試實驗（邊想邊做）、整理分析、得出結(jié)論等探究過程，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，完成“閉合回路”“短路”“斷路”等電路概念的自主建構(gòu)。

2.突破探究模式，重視探究方法學(xué)習(xí)。

“思維五步法”是杜威提出的探究式教學(xué)法，之后，杜威又將其改成“五個階段”，強調(diào)“這五個階段并無定序”。我國現(xiàn)在流行的科學(xué)探究“六步法”或“七步法”等探究模式正是對杜威的“思維五步法”的借鑒和發(fā)展，但在實際教學(xué)中卻存在嚴(yán)重的模式化問題。為了改變這種狀況，課標(biāo)刪除了舊課標(biāo)中關(guān)于探究流程的內(nèi)容，把原來的探究環(huán)節(jié)微調(diào)為“探究要素”，同時明確指出“要避免程式化、表面化的科學(xué)探究”?？梢?，突破探究模式，根據(jù)實際情況靈活運用科學(xué)方法進行科學(xué)探究，才是探究式教學(xué)行之有效的途徑。

本節(jié)課力求突破舊課標(biāo)提出的探究模式，主張根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容特點和研究需要引領(lǐng)學(xué)生進行自主探究。在教學(xué)中，將根據(jù)學(xué)生探究實際，適時出示科學(xué)研究方法，引領(lǐng)學(xué)生完成探究活動。最后，教學(xué)結(jié)束時，再次引導(dǎo)學(xué)生“對探究過程、方法和結(jié)果進行反思、評價”，以此引導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)習(xí)反思，突破思維定式。

3.精選教學(xué)內(nèi)容，突出訓(xùn)練重點。

40分鐘是我國小學(xué)階段一節(jié)課的通常時長，這也決定了教師必須學(xué)會取舍。經(jīng)過多次嘗試，為了能讓學(xué)生充分體驗探索和發(fā)現(xiàn)的過程，筆者在教學(xué)時精減了教學(xué)內(nèi)容，把更多的時間留給學(xué)生，讓其進行自主嘗試?；诖?，《簡單電路》可分為兩個課時：本節(jié)課將重點引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)“閉合回路”等電路概念；第二課時將重點研究開關(guān)的構(gòu)造以及如何連接一個可以控制的電路。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.了解一個基本電路的組成要素；了解開關(guān)的功能；了解常用電器和閉合回路的關(guān)系。

2.通過體驗“嘗試—發(fā)現(xiàn)”的探究過程，培養(yǎng)學(xué)生敢于嘗試，肯于實踐，樂于思考的科學(xué)精神。

3.通過經(jīng)歷對實驗數(shù)據(jù)進行整理分析的過程，提升學(xué)生處理信息、分析概括、得出結(jié)論的研究能力。培養(yǎng)學(xué)生樂于合作和交流的態(tài)度。

【教學(xué)過程及意圖】

一、游戲?qū)耄岢鰡栴}

1.游戲（頭腦風(fēng)暴）。

師：根據(jù)描述猜猜今天將要研究的內(nèi)容。（課件逐句出現(xiàn)以下語句）

它無影無形，卻能給人們帶來光明；它不用車載船運，卻能在金屬里飛奔……

2.提出問題。

師：同學(xué)們真聰明，很快就猜出來了，的確是電！電已成為我們現(xiàn)代生活不可缺少的一種能源。只要輕輕一按開關(guān)，各種電器就工作起來，非常方便！這里面到底藏著怎樣的奧秘呢？今天我們就一起來揭開這個謎底。

【游戲引入，以最快的速度抓住學(xué)生的心。緊扣主題，明確提出本課探究的問題?！?/p>

二、研究電路器材，為概念建構(gòu)鋪墊基礎(chǔ)

1.觀察燈泡結(jié)構(gòu)。

師（取出一枚小燈泡）：看，老師給大家?guī)砹耸裁矗?/p>

師：觀察一下它的外部構(gòu)造，看看它有哪幾部分組成？分別是什么材料做成的？（出示板書：觀察）

師：就這么簡單的小東西也能發(fā)光？再來看看它肚子里有什么？它們是怎樣相連的？（出示燈泡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，見圖1）

師：知道這些后，如果讓你把它連到電路中，你準(zhǔn)備連在它的什么部位？

【認(rèn)識燈泡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是后續(xù)學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)和理解閉合回路的關(guān)鍵。】

2.觀察電池。

師（拿出一節(jié)電池）：知道電池有什么用嗎？你覺得它有什么特殊的地方嗎？

師：知道正極和負(fù)極有什么作用嗎？

生：是向電路輸送電的連接點。

師：請在電池上找出正極和負(fù)極。

三、嘗試連接電路，為概念建構(gòu)搜集例證

1.布置實驗任務(wù)。

師：有了電池、小燈泡，再加上一根導(dǎo)線，你能讓小燈泡亮起來嗎？

師：老師也相信你們一定能，不過動手之前，老師還有三點溫馨提示。（課件出示下列文字）

（1）不斷嘗試：想一想，做一做，更多地嘗試不同的連接方式；（板書：嘗試）

（2）及時記錄：把自己嘗試過的連接方式都記錄下來，并在能亮的燈泡上畫上光芒；把能亮的畫到展示紙上然后貼到黑板上來展示；endprint

（3）小組合作，共同完成。

【嘗試的過程也是思考的過程。筆者突破傳統(tǒng)探究式教學(xué)中的“猜想環(huán)節(jié)”，直接讓學(xué)生動手試驗，體驗探究的過程。在此過程中，他們會遭遇問題和失敗，自然會思考換一種連接方式。只有經(jīng)歷過失敗，成功才會更加令人激動。這種嘗試可能會花費更多的時間，但這樣做會給學(xué)生留下更多自主探索的時間和空間，同時，在嘗試中探索也是科學(xué)研究的一種方式，我們有必要讓學(xué)生經(jīng)歷之。】

2.分組實驗，自主嘗試連接電路。

教師巡視，適時提醒連接成功的小組把連接圖貼到黑板上。提醒學(xué)生無論有沒有成功，都盡可能多地去嘗試更多的連接方式。

【把成功的連接圖貼到黑板上，其實是整理實驗數(shù)據(jù)的開始。】

四、整理分析數(shù)據(jù)，建構(gòu)電路概念

1.基于正例，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

師：幾乎所有的小組都成功了，下面請大家把實驗器材放回原處，然后用身體語言告訴我，你們已經(jīng)完成了。

師：用30秒鐘觀察一下你們的研究成果。（示意看黑板上的連接圖）

師：有補充嗎？有補充的請把實驗記錄繼續(xù)貼到前面來。

師：有沒有不能亮的連接方案混在里面？（有爭議的挑出來，待會兒再專題討論）

師：再看一看這些所有能亮的連接，你們有什么發(fā)現(xiàn)嗎？

師：為了能更好地發(fā)現(xiàn)其中的奧秘，我們一起把記錄單整理一下吧?。ò鍟赫恚?/p>

師：為了表達起來更方便一些，我們把小燈泡金屬外殼所在的連接點用字母A來表示，底部金屬觸點用字母B來表示。

集體逐一觀察后，學(xué)生會驚奇地發(fā)現(xiàn)，所有成功的連接其實只有兩種連接方法：+A＼-B；+B＼-A。

【此處重點培養(yǎng)學(xué)生整理數(shù)據(jù)、處理信息的能力。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)用數(shù)學(xué)符號來處理信息，然后再對數(shù)據(jù)進行分類整理?！?/p>

2.描畫電路，發(fā)現(xiàn)“閉合回路”。

師：為什么這樣連就能亮呢？這樣連接到底形成了一個怎樣的電路呢？看來我們有必要把燈泡打開，做進一步的分析。（板書：分析，出示圖2）

師：電經(jīng)過了一個怎樣的路線？我們一起伸出手指，描摹一下。

師：你們有什么新的發(fā)現(xiàn)？

師：同學(xué)們真聰明。原來這樣連接在電池正、負(fù)極之間形成了一個從電池正極出發(fā)，經(jīng)過用電器，再回到電池負(fù)極的閉合電路，科學(xué)上把它稱作“閉合回路”。正是有了這樣的閉合回路，電才有了流動的通路，從而產(chǎn)生電流，當(dāng)電流通過用電器時，電器就開始工作了。

教師與學(xué)生共同討論、總結(jié)，逐步把討論結(jié)果表達成如下板書，見圖3。

師：下面，我們再來看一下完整過程。（播放電路電流動畫，感悟電流概念）

【先用成功的案例來發(fā)現(xiàn)規(guī)律，然后再用失敗的案例來反證，這是這節(jié)課探究思路的核心，也是本節(jié)課教學(xué)設(shè)計的創(chuàng)新之處。此處重點培養(yǎng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力?！?/p>

3.利用反例，反證概念。

師：通過剛才的研究我們發(fā)現(xiàn)，所有成功的連接里都形成了閉合回路，那么其他連接方式，特別是沒有成功的連接里是否也存在“閉合回路”呢？下面，我們再回過來看一下我們剛才實驗中還嘗試過的其他的一些連接方法，來看一看它們有沒有形成閉合回路？

師生共同選取幾個不同的連接方式，進行逐一分析，最終確認(rèn)：只有連成閉合回路的燈泡才能亮。

【此處其實是對剛剛建立的“閉合回路”概念的“證偽”的過程。即利用實驗中的其他連接方案，特別是沒有點亮小燈泡的失敗連接方案作反例來試圖推翻（反證）剛剛建立的關(guān)于“閉合回路”的結(jié)論。若無法推翻，則進一步證實了該結(jié)論?！?/p>

五、運用概念解決問題，檢測學(xué)習(xí)成果

1.了解開關(guān)作用，解答課堂開始提出的問題。

師：通過剛才的研究，我們進一步確認(rèn)：只有把電器連接在電池的正負(fù)極上，形成閉合回路，電器才能工作起來。但是，在實際生活中，我們卻很少讓電器永遠(yuǎn)處于工作狀態(tài)，而是根據(jù)需要，時而工作，時而停止，我們有什么辦法來控制電路呢？

生：裝開關(guān)。

師：同學(xué)們真聰明，老師這里就有一個開關(guān)模型，你們能分析一下它是怎樣控制電路的嗎？

2.分析電路故障，檢測概念掌握情況。

師：同學(xué)們都很棒，這么快就掌握了電路的基本原理。下面老師就請大家來當(dāng)一回小電工，幫助小明看看它的臺燈出了什么故障？（出示下面的文字）

天黑了，小明準(zhǔn)備做作業(yè)，可是臺燈不亮了，這是怎么回事？你能利用今天所學(xué)的知識來推測一下可能發(fā)生了什么故障嗎？

【學(xué)以致用，這是一道開放的情境分析題，答案不唯一，但都利用了本課所學(xué)的電路概念和知識，所以也是對本課學(xué)習(xí)效果的檢測?！?/p>

六、反思學(xué)習(xí)成果，梳理探究歷程

師：時間過得真快，馬上就要下課了，我們一起來回顧一下所學(xué)的內(nèi)容。我們今天學(xué)習(xí)了哪些知識？

師：我們今天是怎樣學(xué)到這些知識的？（引導(dǎo)學(xué)生回顧本課的研究過程：觀察、嘗試、整理、分析、總結(jié)、應(yīng)用……）

在課的最后，筆者提醒：家用交流電電壓超過人體所能承受的安全電壓，不可直接拿來做實驗，請注意安全！

【課標(biāo)明確要求學(xué)生要“能在教師指導(dǎo)下對自己的探究過程、方法和結(jié)論進行反思”。此處引導(dǎo)學(xué)生進行反思，不僅是落實課標(biāo)要求，更是學(xué)生梳理探究思路，學(xué)會自主探究的必要環(huán)節(jié)。】■

（作者單位：江蘇省南通高新區(qū)小學(xué)）endprint