《設(shè)計(jì)電路》磨課體會(huì)

蔣亞彬

本文以“科—工整合”的思路來(lái)搭建教學(xué)框架，對(duì)《設(shè)計(jì)電路》一課進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，從整合設(shè)計(jì)思路、教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)、學(xué)生匯報(bào)方式的選擇、實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)、拓展環(huán)節(jié)的優(yōu)化等方面闡述了在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和試教時(shí)的一些思考。

一、教材課程分析

《設(shè)計(jì)電路》是湘科版科學(xué)課五年級(jí)上冊(cè)第四單元“電與我們的生活”中的第3課。在前面兩課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生了解了電路的組成部分，知道了閉合電路的基本概念，本課將引領(lǐng)學(xué)生在此基礎(chǔ)上根據(jù)教學(xué)情境中的真實(shí)問(wèn)題設(shè)計(jì)電路，在設(shè)計(jì)電路的過(guò)程中，初步了解串聯(lián)電路和并聯(lián)電路各自的特點(diǎn)。

二、教學(xué)思路設(shè)計(jì)

本課教材內(nèi)容的安排根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，按照由易到難的層次排列。由“一個(gè)開關(guān)控制一個(gè)燈泡”到“一個(gè)開關(guān)控制兩個(gè)燈泡”，再到“有沒(méi)有更多的設(shè)計(jì)思路”，層層遞進(jìn)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。但是三個(gè)任務(wù)都是由教師提出的，雖然一個(gè)比一個(gè)更難，看似很有挑戰(zhàn)性，但學(xué)生不知道為什么要進(jìn)行設(shè)計(jì)，不知道這樣設(shè)計(jì)之后要用在哪里，解決什么問(wèn)題，就好像無(wú)源之水，終有枯竭之時(shí)。根據(jù)我們對(duì)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，教材中的“一個(gè)開關(guān)控制兩個(gè)燈泡”的學(xué)習(xí)任務(wù)，除非之前對(duì)電路的知識(shí)有所學(xué)習(xí)，否則學(xué)生很難想到用并聯(lián)的方法去設(shè)計(jì)電路，最后的“還有沒(méi)有更多設(shè)計(jì)方案？”大多都是教師直接給出并聯(lián)的方法并進(jìn)行解釋。因此很難達(dá)到發(fā)展學(xué)生思維能力的目的。而工程設(shè)計(jì)正是運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、解決實(shí)際問(wèn)題的活動(dòng)。如果在本課的教學(xué)中融合工程設(shè)計(jì)，不但可以解決學(xué)習(xí)任務(wù)的“水源問(wèn)題”，還能發(fā)展學(xué)生的工程素養(yǎng)。因此我們決定以“科—工整合”的思路來(lái)搭建教學(xué)框架。具體教學(xué)流程如下：

三、教學(xué)情境——由簡(jiǎn)到繁再化繁為簡(jiǎn)

確立了“科—工整合”的整體設(shè)計(jì)思路，那么貼近生活的工程任務(wù)自然成了教學(xué)情境的不二之選。最初我們的想法是創(chuàng)設(shè)一個(gè)為老師的新房裝修設(shè)計(jì)電路圖安裝電燈的情境。設(shè)計(jì)要求為：客廳、臥室、書房三個(gè)房間每個(gè)房間安裝兩盞燈，賦予學(xué)生設(shè)計(jì)師和工程師的角色，把學(xué)生分成6個(gè)小組，兩個(gè)小組對(duì)應(yīng)一個(gè)房間，分別對(duì)三個(gè)房間的電路連接進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這里沒(méi)有明確提出兩盞燈需要同時(shí)控制還是分別控制，希望學(xué)生能夠依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，呈現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)。由于兩盞燈就已經(jīng)可以設(shè)計(jì)出串聯(lián)和并聯(lián)兩種情況，因此我規(guī)定只需要安裝兩盞燈，避免過(guò)多數(shù)量的燈會(huì)擾亂學(xué)生的思路;限制房間的數(shù)量是考慮到其實(shí)分組只是一個(gè)“噱頭”，每個(gè)小組的情況其實(shí)是一樣的（都只有兩盞燈）。

試教時(shí)有教師提出，這個(gè)工程問(wèn)題的提出者是教師本人，而不是學(xué)生提出的;并且如果要貼近實(shí)際生活，就應(yīng)該每個(gè)房間都需要設(shè)計(jì)電路圖，讓學(xué)生自己先思考每個(gè)房間需要幾盞燈，再來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。按照這樣的思路進(jìn)行修改課堂氣氛確實(shí)更加熱烈，學(xué)生積極性明顯提高，但新的問(wèn)題更加凸顯：

每個(gè)組要設(shè)計(jì)的房間不同，學(xué)生在匯報(bào)時(shí)，其他小組覺(jué)得和自己無(wú)關(guān)，因此無(wú)法做到有效傾聽，最能體現(xiàn)學(xué)生思維的生生互動(dòng)很難進(jìn)行。

有的小組想設(shè)計(jì)更多的燈 ?（5盞、6盞），但為了避免過(guò)多數(shù)量的燈引起學(xué)生思維混亂，教師還是請(qǐng)他們先從兩盞燈開始設(shè)計(jì)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性受到打擊。

權(quán)衡利弊，最終我們決定把教學(xué)情境設(shè)定為：對(duì)一間教室進(jìn)行裝修，需要安裝兩盞電燈，請(qǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)電路圖。這樣，每個(gè)小組的工程目標(biāo)是統(tǒng)一的，在傾聽其他小組發(fā)言時(shí)更有傾聽的愿望，有效的傾聽自然而然地促成了生生之間的互動(dòng)。在討論中，教師的回應(yīng)僅僅是作為推動(dòng)討論繼續(xù)進(jìn)行的手段。并且學(xué)生每天都在教室中學(xué)習(xí)，對(duì)教室中燈的布局和開關(guān)控制方式相當(dāng)熟悉，可以隨時(shí)聯(lián)系實(shí)際生活，在討論中更加有據(jù)可依。

由此可見，過(guò)于復(fù)雜花哨的教學(xué)情境雖然在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的方面有優(yōu)勢(shì)，但也在一定程度上使學(xué)生的思維過(guò)于發(fā)散，不利于核心問(wèn)題的聚焦，并且在課堂互動(dòng)中很難形成有效的傾聽。本課中驅(qū)動(dòng)問(wèn)題作為一個(gè)工程任務(wù)或者工程目標(biāo)，雖然是由教師提出的，但由于貼近學(xué)生生活，又具有一定的挑戰(zhàn)性，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣仍然很高。但如果能由學(xué)生自己提出當(dāng)然更好，我們也在就這一問(wèn)題繼續(xù)思考和研究。

四、工程設(shè)計(jì)、匯報(bào)和展示方式的選擇

在科學(xué)領(lǐng)域，“思”指向以解釋自然現(xiàn)象為目標(biāo)的科學(xué)探究;在工程技術(shù)領(lǐng)域，“思”則指向服務(wù)于實(shí)際問(wèn)題的工程設(shè)計(jì)。因此，工程之“思”可以有多種設(shè)計(jì)思路，在本課體現(xiàn)工程之“思”的方法就是設(shè)計(jì)電路圖。設(shè)計(jì)電路圖的方式我們最初設(shè)想的是用虛擬實(shí)驗(yàn)室的軟件，學(xué)生只需在平板電腦上拖動(dòng)要用的電路元件并且連線就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，非常方便省時(shí)，并且可以立刻同步到大屏幕上，方便學(xué)生展示和匯報(bào)。但在使用時(shí)發(fā)現(xiàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件不限制實(shí)驗(yàn)材料的個(gè)數(shù)，有的學(xué)生出于好奇會(huì)拖動(dòng)很多其他電路元件進(jìn)來(lái)，非常干擾學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，并且操作時(shí)常發(fā)生誤點(diǎn)的情況，反復(fù)修改其實(shí)反而增加了設(shè)計(jì)的時(shí)間。鑒于學(xué)生用標(biāo)準(zhǔn)電路圖設(shè)計(jì)電路過(guò)于抽象以及用實(shí)物圖的方式浪費(fèi)時(shí)間等原因，我們采取了在磁性白板上用電路元件小磁貼擺放加畫線的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，既省時(shí)又方便。

學(xué)生設(shè)計(jì)了電路圖之后用什么樣的方式進(jìn)行展示和評(píng)價(jià)，關(guān)系著學(xué)生思維的展示和發(fā)展，只有充分展現(xiàn)了學(xué)生的思維，才有可能發(fā)現(xiàn)思維差異和產(chǎn)生認(rèn)知沖突 ，從而引發(fā)學(xué)生對(duì)核心問(wèn)題的聚焦和思考，產(chǎn)生繼續(xù)研究的內(nèi)驅(qū)力。最初我們采用了小組匯報(bào)的方式，請(qǐng)每個(gè)小組上臺(tái)來(lái)匯報(bào)，其他學(xué)生判斷他們的設(shè)計(jì)是否可行并給出修改建議。試教后發(fā)現(xiàn)這樣的展示方式效率很低，并且教師拍照上傳后，有的小組借鑒他人的設(shè)計(jì)對(duì)本組設(shè)計(jì)圖又進(jìn)行了修改，思維的差異沒(méi)有得到呈現(xiàn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們對(duì)學(xué)生繪制設(shè)計(jì)圖的白板進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)完成后將全班所有的設(shè)計(jì)白板用磁吸的方式貼在黑板上，教師把全班的設(shè)計(jì)整體拍照后在屏幕上放大局部進(jìn)行展示。匯報(bào)時(shí)，舍棄了分組匯報(bào)的方式，改成了討論后再集中逐個(gè)分析可行性的方法，對(duì)不可行的方案給出修改建議，這樣，全班學(xué)生的注意力都集中在同一個(gè)焦點(diǎn)上，傾聽的有效性得到了保證，為后續(xù)的思維碰撞提供了條件。此外，我們?cè)黾恿藢?duì)所有可行的電路圖進(jìn)行比較分類的環(huán)節(jié)，進(jìn)一步幫助學(xué)生厘清思路，讓學(xué)生在思維上先對(duì)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路進(jìn)行比較和區(qū)分，在發(fā)展了高階思維的同時(shí)，為后面的連接電路以及測(cè)試評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)打下良好基礎(chǔ)。

工程設(shè)計(jì)是工程實(shí)踐中最突出的一環(huán)。本課在設(shè)計(jì)電路圖和分析研討電路圖的環(huán)節(jié)花費(fèi)了大量的時(shí)間，因此，合適的設(shè)計(jì)圖繪制方式和展示方式無(wú)疑對(duì)落實(shí)這一環(huán)節(jié)至關(guān)重要。本課用簡(jiǎn)單易行的方式讓學(xué)生高效地完成設(shè)計(jì)圖的繪制，用直觀、清晰的方式展示了學(xué)生的設(shè)計(jì)圖，用集中分析的方式對(duì)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行聚焦研討。所有的這些設(shè)計(jì)都是為高效的課堂而服務(wù)的。而一些看似高科技的技術(shù)，如虛擬現(xiàn)實(shí)、AI、同屏等等，只有在真正需要并且實(shí)用的情況下才能發(fā)揮它的真正價(jià)值，起到錦上添花的作用，否則就成了為了用而用，反而本末倒置了。

四、連接電路實(shí)驗(yàn)器材的選擇

為了讓學(xué)生有身臨其境的主觀感受，我最初在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)器材的時(shí)候用到了教室的房間模型，想讓學(xué)生在模型里面安裝電燈，讓學(xué)生有一種真正在“施工”的體驗(yàn)，并且便于測(cè)試效果時(shí)學(xué)生上臺(tái)展示。但顯然在立體的模型上連接電路和學(xué)生設(shè)計(jì)的平面電路圖之間有很大的區(qū)別，增加了學(xué)生照?qǐng)D施工連接電路的難度，試教時(shí)這個(gè)環(huán)節(jié)非常耽誤時(shí)間。發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題后，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行了改進(jìn)，準(zhǔn)備了另一塊磁性白板，把電路元件后面也貼上磁條，學(xué)生可以真正做到照?qǐng)D施工，設(shè)計(jì)圖是怎么設(shè)計(jì)的，就在這塊白板上怎么擺放電路元件，最后按圖連接導(dǎo)線就可以了，大大節(jié)省了連接電路的時(shí)間。把寶貴的課堂時(shí)間留給了后面對(duì)不用連接方式的測(cè)試、評(píng)價(jià)和優(yōu)化上。

五、知識(shí)遷移與工程迭代的聯(lián)系

學(xué)生在完成電路連接之后，經(jīng)過(guò)對(duì)兩種連接方法的現(xiàn)象對(duì)比，認(rèn)識(shí)了兩種不同的電路連接方式：串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，知道了兩種電路各自的特點(diǎn)。按照開始的設(shè)計(jì)，課上到這里其實(shí)已經(jīng)可以結(jié)束了，但由于在前面的討論設(shè)計(jì)圖和連接電路環(huán)節(jié)我們提高了效率，節(jié)省了一些時(shí)間，所以增加了一個(gè)回扣教學(xué)情境的知識(shí)遷移環(huán)節(jié)：請(qǐng)學(xué)生在認(rèn)識(shí)了串聯(lián)和并聯(lián)兩種連接方式后，再來(lái)選擇更適合本課教學(xué)情境的電路連接方法，這里是回扣教學(xué)情境，同時(shí)也暗含了對(duì)兩種連接方法的評(píng)價(jià)，以及優(yōu)化、迭代的思想。在討論中有學(xué)生發(fā)現(xiàn)串聯(lián)電路中一個(gè)燈泡壞了另一個(gè)也不亮，而并聯(lián)電路沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，所以并聯(lián)電路比較合適;又有學(xué)生通過(guò)觀察提出教室里的燈是一個(gè)開關(guān)控制一串燈所以是串聯(lián)的，并得出串聯(lián)比較合適的結(jié)論;立刻又有學(xué)生用剛才一個(gè)燈泡壞了但其他燈不受影響的發(fā)現(xiàn)反駁他，這樣的討論很好地引發(fā)了認(rèn)知沖突，再次將課堂教學(xué)推向了一個(gè)小高潮，教師順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生以滿足“一個(gè)開關(guān)同時(shí)控制兩個(gè)燈泡的并聯(lián)電路”的要求再次進(jìn)行設(shè)計(jì)，在這里工程迭代的特征更加明顯，甚至有學(xué)生用“超級(jí)并聯(lián)”來(lái)形容這種用一個(gè)開關(guān)控制很多盞燈的并聯(lián)電路，因?yàn)樗婢吡舜?lián)電路的集中控制和并聯(lián)電路的互不影響、亮度高等優(yōu)點(diǎn)。至此，學(xué)生對(duì)串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的認(rèn)識(shí)可以說(shuō)是非常落實(shí)了，并且在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生充分體會(huì)了工程迭代的思想，工程思維、解決問(wèn)題的能力、批判性思維等高階思維也得到了提升。

由此可見，“拓展遷移”環(huán)節(jié)雖然往往只作為一堂課的總結(jié)收尾，但其實(shí)暗含著工程優(yōu)化、迭代的思想，以“科—工整合”模式進(jìn)行設(shè)計(jì)的科學(xué)課，可以很好地利用這一點(diǎn)，聯(lián)系實(shí)際生活，發(fā)展學(xué)生的工程思維和解決真實(shí)問(wèn)題的能力。這樣“拓展遷移”環(huán)節(jié)也能成為課堂的亮點(diǎn)，甚至成為學(xué)生思維發(fā)展的高點(diǎn)。