改進(jìn)器材，讓學(xué)生的科學(xué)思維更明晰

葉軍

【摘? ?要】推理與實(shí)證是科學(xué)精神的重要特質(zhì)，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要途徑。當(dāng)教材中的器材與學(xué)生的觀察、探究活動(dòng)不適應(yīng)時(shí)，教師可以尋找更具代表性的器材，體現(xiàn)用教材的思想。以《神奇的小電動(dòng)機(jī)》一課為例，教師可以通過(guò)換一換、推一推、測(cè)一測(cè)、比一比等策略，讓學(xué)生的科學(xué)思維過(guò)程更明晰。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué);器材;科學(xué)思維;神奇的小電動(dòng)機(jī)

思維是學(xué)習(xí)者核心學(xué)習(xí)能力的體現(xiàn)，也是其適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的核心力量?？茖W(xué)思維能力是科學(xué)課程核心素養(yǎng)的重要組成部分，不僅能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)及生活產(chǎn)生重要作用，還能遷移到其他領(lǐng)域。小學(xué)科學(xué)課程以活動(dòng)引領(lǐng)學(xué)生探究，一個(gè)好的活動(dòng)設(shè)計(jì)，一套有結(jié)構(gòu)的探究器材，不僅能讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，還能讓他們?cè)谔骄窟^(guò)程中獲得科學(xué)思維與探究能力的雙螺旋發(fā)展。以教科版《科學(xué)》六年級(jí)上冊(cè)《神奇的小電動(dòng)機(jī)》一課為例，教師應(yīng)基于教材、改進(jìn)器材與設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在探究活動(dòng)中明晰科學(xué)思維，提升核心素養(yǎng)。

一、分析教材，讓教學(xué)更有針對(duì)性

《神奇的小電動(dòng)機(jī)》一課是教科版《科學(xué)》六年級(jí)上冊(cè)“能量”單元的內(nèi)容。學(xué)生在研究了電能和磁能以及電磁鐵的基礎(chǔ)上，通過(guò)拆解真實(shí)的小電動(dòng)機(jī)認(rèn)識(shí)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，證實(shí)轉(zhuǎn)子是電磁鐵。同時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)單模型研究磁鐵與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以了解電動(dòng)機(jī)的工作原理，感受奇妙的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。

小電動(dòng)機(jī)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)比較熟悉，在玩具小車中十分常見，不少學(xué)生（尤其是男生）也有拆解小電動(dòng)機(jī)的經(jīng)歷。學(xué)生知道只要給小電動(dòng)機(jī)通上電，它就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。拆解小電動(dòng)機(jī)后，學(xué)生通過(guò)觀察能夠發(fā)現(xiàn)里面有磁鐵;看到線圈纏繞在轉(zhuǎn)子上，學(xué)生能推斷出這是個(gè)電磁鐵，并得出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)可能與磁鐵和電磁鐵磁極的相互作用（相吸和相斥）有關(guān)。

為了讓不同層次的學(xué)生都有較好的發(fā)展，教科書對(duì)“為什么電動(dòng)機(jī)通電后就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)”提出了三個(gè)層次的理解要求。淺層次的學(xué)生能知道轉(zhuǎn)子上有線圈繞在鐵芯上，它是個(gè)電磁鐵，因此能轉(zhuǎn)動(dòng)。中層次的學(xué)生能知道電磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)是利用了電磁鐵產(chǎn)生的磁性與磁鐵之間相互排斥或吸引的力。深層次的學(xué)生能知道換向器改變了線圈中的電流方向，從而導(dǎo)致了電磁鐵的磁極交替變化，最終使轉(zhuǎn)子能持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。

教科書要求大部分學(xué)生都能達(dá)到中層次的要求，但這些認(rèn)識(shí)都只是建立在推測(cè)的基礎(chǔ)上，學(xué)生并不能在小電動(dòng)機(jī)上獲得足夠的證據(jù)來(lái)證實(shí)自己的推測(cè)，更難以從能量轉(zhuǎn)換的角度（磁的相互作用）來(lái)認(rèn)識(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的本質(zhì)。基于這一背景，教師改進(jìn)了器材，并設(shè)置了相應(yīng)的教學(xué)策略。

二、采用策略，讓科學(xué)思維更明晰

（一）換一換，讓學(xué)生看得清楚

本課中，學(xué)生無(wú)法通過(guò)指南針去檢測(cè)轉(zhuǎn)子的磁極及磁極的變化，原因之一是小電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子太小，不易檢測(cè)，原因之二是轉(zhuǎn)子上有三個(gè)電磁鐵，學(xué)生難以分清是哪兩個(gè)電磁鐵與磁鐵的磁極發(fā)生相斥或吸引而轉(zhuǎn)動(dòng)。這也是教材舍棄用指南針檢測(cè)轉(zhuǎn)子的原因。

對(duì)此，教師采用直流二極電動(dòng)機(jī)（如圖1）代替小電動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生進(jìn)行觀察研究。對(duì)比小電動(dòng)機(jī)，觀察直流二極電動(dòng)機(jī)的好處有：模型更大，學(xué)生能看得更清楚;結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，學(xué)生能看清楚兩邊的磁鐵、中間纏著線圈的轉(zhuǎn)子、與電池的正極、負(fù)極相連的兩片銅片（換向器）;檢測(cè)更方便，學(xué)生拿下兩邊的磁鐵，就可以用指南針直接確定轉(zhuǎn)子通電后的南北極以及轉(zhuǎn)半圈后南北極的變化情況。

器材的改進(jìn)，是為了讓學(xué)生進(jìn)行更有效的觀察。學(xué)生只有觀察清楚，才有可能提出進(jìn)一步的想法，并通過(guò)檢測(cè)證實(shí)自己的想法。檢測(cè)、證實(shí)預(yù)想的過(guò)程，不僅是解決問(wèn)題的過(guò)程，也是科學(xué)思維發(fā)展的過(guò)程。

（二）推一推，讓學(xué)生想得明白

南宋教育家朱熹曾說(shuō)：“讀書無(wú)疑者須教有疑，有疑者卻教無(wú)疑，到這里方是長(zhǎng)進(jìn)。” “須教有疑”，就是要有真實(shí)的問(wèn)題情境，讓學(xué)生在情境中產(chǎn)生疑竇，從而進(jìn)行積極的思考。因此，思考不僅是問(wèn)題提出的契機(jī)，也是學(xué)習(xí)深入的源頭。

學(xué)生看到電動(dòng)機(jī)在接通電路轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后，自然會(huì)產(chǎn)生“它是怎么轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的”的疑問(wèn)。此時(shí)教師再讓學(xué)生觀察電動(dòng)機(jī)，看一看里面有什么，想一想可能是怎樣的作用讓它轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的，學(xué)生觀察后回答。師生對(duì)話如下。

生：兩邊標(biāo)著S、N的是磁鐵，中間纏著線圈的鐵片是電磁鐵，通電后電磁鐵與磁鐵同極相斥、異極相吸，于是電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)了。

師：看到兩塊標(biāo)著S、N的物體，就能馬上認(rèn)定它是磁鐵了嗎？怎么證實(shí)？

生：可以用指南針檢測(cè)是不是S、N極，從而證明是不是磁鐵。

生：也可以拿下來(lái)相互接觸，看看有沒有相斥或相吸的現(xiàn)象。

師：給你們1分鐘時(shí)間，馬上檢測(cè)一下旁邊的兩塊物體是不是磁鐵。

學(xué)生通過(guò)檢測(cè)證實(shí)兩塊物體確實(shí)是磁鐵。接著，教師讓學(xué)生依據(jù)黑板上的板貼模型（如圖2），順著這一思路繼續(xù)推理。

師：我們已經(jīng)證實(shí)旁邊兩塊物體是磁鐵。按你們的推理，中間的轉(zhuǎn)子是電磁鐵。如果確實(shí)如此，請(qǐng)你說(shuō)說(shuō)它是怎么轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的。

生：中間的電磁鐵通電后，會(huì)產(chǎn)生南極和北極。這樣，北極和北極互相排斥，北極和南極互相吸引，它就轉(zhuǎn)起來(lái)了。

師：怎么排斥和吸引？請(qǐng)你用箭頭和文字在黑板上表示出來(lái)。

（學(xué)生畫箭頭標(biāo)注“吸、斥”）

師：如你所說(shuō)，它會(huì)怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)？

（學(xué)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電磁鐵至圖3）

師：有什么問(wèn)題嗎？

生：S和N極相互吸住了，轉(zhuǎn)不下去了。

生：我覺得它轉(zhuǎn)起來(lái)有慣性，慣性讓它繼續(xù)轉(zhuǎn)下去。

生：就算有慣性讓它轉(zhuǎn)下去，它轉(zhuǎn)到中間跟右邊的磁鐵是同極相斥的，再轉(zhuǎn)回來(lái)還是會(huì)吸住的。

師：是的，這和我們剛才觀察到的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情形不一樣。那么，請(qǐng)你想一想，有沒有辦法讓它繼續(xù)轉(zhuǎn)下去？

生：可以，上節(jié)課我們學(xué)過(guò)電磁鐵可以改變南北極，只要把電磁鐵的南北極換一下，它就又能達(dá)到同極相斥，按順時(shí)針轉(zhuǎn)下去了。（生邊說(shuō)邊演示）只要轉(zhuǎn)到異極相吸的時(shí)候換一下南北極，就能一直轉(zhuǎn)下去。

師：同學(xué)們的想法非常好！事實(shí)是不是這樣呢？我們需要通過(guò)檢測(cè)來(lái)證實(shí)。

這個(gè)推理是學(xué)生基于對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的觀察和對(duì)磁鐵本質(zhì)的證實(shí)之后的連續(xù)推理，是學(xué)生在認(rèn)識(shí)磁鐵與電磁鐵同極相斥、異極相吸以及電磁鐵可以改變南北極之后的推理，是學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的運(yùn)用推理。科學(xué)教育的價(jià)值，不在于學(xué)生掌握了多少知識(shí)，而在于解決問(wèn)題的過(guò)程中能否運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)?？茖W(xué)教學(xué)中，讓學(xué)生充分表達(dá)他們的想法，進(jìn)而證實(shí)他們的想法，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力和實(shí)證意識(shí)的一個(gè)重要手段。

（三）測(cè)一測(cè)，讓學(xué)生理解實(shí)證

推理之后的實(shí)證檢測(cè)，是學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念的重要過(guò)程。《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在總目標(biāo)中提出：掌握基本的思維方法，具有初步的科學(xué)思維能力。這就要求學(xué)生能夠合理分析與綜合判斷各種信息、事實(shí)和證據(jù)，運(yùn)用證據(jù)對(duì)研究的問(wèn)題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測(cè)，從而形成初步的推理與論證能力。

有了前一步驟的推理，本課中，學(xué)生的檢測(cè)、證實(shí)已不再是問(wèn)題。學(xué)生需要了解的是轉(zhuǎn)子電磁鐵在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中是怎樣改變南北極的。

師：在檢測(cè)中，你們有什么發(fā)現(xiàn)嗎？

生：中間的轉(zhuǎn)子是電磁鐵，它通電后有南極和北極，斷電后沒有南極、北極。

師：其他組的發(fā)現(xiàn)也是這樣嗎？

生：是的。

師：好，請(qǐng)你到臺(tái)上來(lái)展示自己的檢測(cè)。

（學(xué)生在展示臺(tái)上檢測(cè)、展示。）

師：你們還有什么發(fā)現(xiàn)？

生：這個(gè)電磁鐵的南、北極是不固定的，轉(zhuǎn)過(guò)去以后會(huì)發(fā)生改變。

師：和我們剛才的推測(cè)是一致的，也請(qǐng)你檢測(cè)給大家看看。

生（邊檢測(cè)邊解說(shuō)）：通上電后，電磁鐵紅色的這一端是南極，白色的這一端是北極，轉(zhuǎn)過(guò)去以后，紅色的一端變北極，白色的一端變南極。繼續(xù)轉(zhuǎn)，紅色的一端又變成南極，白色的一端又變成北極。

師：南、北極的改變意味著什么？

生：它可以和兩邊的磁鐵連續(xù)相斥和相吸，一直轉(zhuǎn)下去。

師：同學(xué)們非常厲害。你知道它是怎樣改變南北極的嗎？給你們2分鐘的時(shí)間，再仔細(xì)看一看，找一找秘密在哪里。

生：轉(zhuǎn)子是一個(gè)電磁鐵，它通電的地方是兩片金屬片，現(xiàn)在紅色的一端連的是電池的正極，白色的一端連的是電池的負(fù)極。轉(zhuǎn)過(guò)去以后，白色的一端連電池的正極，紅色的一端連電池的負(fù)極，電磁鐵連接電池的正、負(fù)極改變了，南、北極也就改變了。

師：你們真棒。在短短15分鐘的時(shí)間里，你們不僅檢測(cè)證實(shí)了自己的想法，而且把轉(zhuǎn)子如何改變南北極也弄清楚了。秘密就在兩片金屬片上，科學(xué)家給它們起了一個(gè)名字——換向器。

實(shí)證是科學(xué)精神的重要特質(zhì)，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要途徑。對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，尋找證據(jù)既是驗(yàn)證自己想法的過(guò)程，也是建構(gòu)概念的過(guò)程。在探究的過(guò)程中尋找證據(jù)，在交流的過(guò)程中重現(xiàn)證據(jù)，以證據(jù)來(lái)支撐自己的結(jié)論，正是學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)精神的體現(xiàn)。

（四）比一比，讓學(xué)生拓展認(rèn)識(shí)

教材之所以選用小電動(dòng)機(jī)，是因?yàn)閷W(xué)生對(duì)此十分熟悉。而二極直流電動(dòng)機(jī)，學(xué)生基本未曾見過(guò)。所以本課的最后，有必要讓學(xué)生對(duì)小電動(dòng)機(jī)和二極直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造進(jìn)行對(duì)比，建立聯(lián)系，感受技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的便利。

師：今天這個(gè)電動(dòng)機(jī)，在使用中有不便之處？

生：需要把轉(zhuǎn)子撥到中間再放開手，它才會(huì)轉(zhuǎn)起來(lái)。

師：生活中的電動(dòng)機(jī)需要這樣操作嗎？

生：不需要。

師：老師給你們一個(gè)小電動(dòng)機(jī)，你可以把它拆開觀察。你有什么發(fā)現(xiàn)？

（學(xué)生拆解小電動(dòng)機(jī)）

生：小電動(dòng)機(jī)有三個(gè)電磁鐵，三片換向器。

生：小電動(dòng)機(jī)比這個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)步了。

師：是的，技術(shù)在不斷進(jìn)步，我們今天研究的是最簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)，但不管是多么復(fù)雜的電動(dòng)機(jī)，它們的工作原理都一樣。你知道是什么嗎？

生：電轉(zhuǎn)變成磁，利用磁的相互作用引起轉(zhuǎn)動(dòng)。

學(xué)到此處，課堂內(nèi)容已經(jīng)結(jié)束，但學(xué)生依然興趣盎然。他們產(chǎn)生了更多的問(wèn)題：為什么三個(gè)電磁鐵、三片換向器的轉(zhuǎn)子通電后不用撥就能自己轉(zhuǎn)起來(lái)？三片換向器中只有兩片連接電池的正負(fù)極，那么，三個(gè)電磁鐵的南北極是怎樣的？轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中它們依次是怎樣改變的？能不能用指南針測(cè)出它們的磁極變換……教師可以適當(dāng)?shù)丶右砸龑?dǎo)，如布置學(xué)生自己動(dòng)手去做一個(gè)電動(dòng)機(jī)模型，研究磁鐵與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度、方向之間的關(guān)系。由此，學(xué)生接觸的就不僅僅是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理，而是以電動(dòng)機(jī)為主題而展開的一系列探究活動(dòng)。

三、總結(jié)反思，讓科學(xué)經(jīng)驗(yàn)更深刻

改進(jìn)教學(xué)器材與設(shè)計(jì)，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在探究活動(dòng)中獲得更深刻的認(rèn)識(shí)，使科學(xué)課的素養(yǎng)導(dǎo)向更明確。在器材改進(jìn)的基礎(chǔ)上，如何讓學(xué)生的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)更加深刻？

（一）適時(shí)點(diǎn)撥，引導(dǎo)學(xué)生提出有價(jià)值的問(wèn)題

愛因斯坦曾經(jīng)說(shuō)：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要。”當(dāng)學(xué)生看到連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的小電動(dòng)機(jī)時(shí)，腦海中也會(huì)呈現(xiàn)很多直接性的問(wèn)題，比如為什么要把轉(zhuǎn)子撥到中間才會(huì)轉(zhuǎn)？為什么它會(huì)轉(zhuǎn)起來(lái)？為什么斷開以后就不會(huì)轉(zhuǎn)了……教師要引導(dǎo)學(xué)生在觀察、思考的基礎(chǔ)上提出可以進(jìn)一步觀察和研究的問(wèn)題，如它是怎樣轉(zhuǎn)起來(lái)的？是什么力讓它轉(zhuǎn)起來(lái)的……一個(gè)有研究?jī)r(jià)值的問(wèn)題能幫助學(xué)生進(jìn)一步去觀察，并在觀察的基礎(chǔ)上提出自己的推測(cè)，而后去證實(shí)。讓問(wèn)題伴隨學(xué)生思考、研究的過(guò)程，學(xué)生的思維才會(huì)更加聚焦。

（二）適時(shí)支持，給學(xué)生提供思考支架

學(xué)生在觀察、研究的過(guò)程中，會(huì)常常迷失方向。這就需要教師適時(shí)提供支持，幫助學(xué)生解開疑竇。比如一個(gè)小組的學(xué)生在檢測(cè)轉(zhuǎn)子的南北極時(shí)，始終在一邊檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)這一邊始終是南極，但找不到進(jìn)一步思考和深入的方向。此時(shí)，教師可用口頭語(yǔ)言或小紙條提示學(xué)生：關(guān)注一個(gè)磁極在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中有什么變化，想一想這個(gè)變化是怎樣形成的。學(xué)生在教師的點(diǎn)撥下豁然開朗——原來(lái)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)的過(guò)程中，其南北極始終在變，從而進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)換向器的作用。學(xué)生解決問(wèn)題的過(guò)程，也是逐步建立解釋的過(guò)程，教師的適時(shí)支持可以促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行下一步的觀察和思考。

（三）組織交流研討，內(nèi)化學(xué)生的認(rèn)知

交流研討是學(xué)生探究活動(dòng)后的信息處理與加工過(guò)程，也是共享與分析、整理信息的過(guò)程。因此，教師要給學(xué)生留足交流研討的時(shí)間，讓他們充分表達(dá)在觀察、探究中的發(fā)現(xiàn)，同時(shí)以實(shí)驗(yàn)佐證觀點(diǎn)。學(xué)生的表達(dá)與交流過(guò)程是其思維的呈現(xiàn)過(guò)程，也是知識(shí)內(nèi)化為自我認(rèn)知的過(guò)程。學(xué)生的交流越充分，其思路也就越清晰。

科學(xué)課之所以有魅力，是因?yàn)樗恢奔?lì)著學(xué)生探究未知的領(lǐng)域，使學(xué)生始終興致勃勃。就本課而言，掌握電動(dòng)機(jī)的原理知識(shí)，并不是學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)。電動(dòng)機(jī)只是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)載體。教師要帶領(lǐng)學(xué)生在學(xué)習(xí)、探究電動(dòng)機(jī)的過(guò)程中，不斷提升自身的科學(xué)觀察能力、思維能力和實(shí)證水平。

（浙江省安吉縣天荒坪小學(xué)? ?313399）