以思維進階為脈絡(luò)設(shè)計《電路中的開關(guān)》教學(xué)

〔摘" "要〕" 以思維的進階為脈絡(luò)，設(shè)計《電路中的開關(guān)》教學(xué)。本文基于學(xué)生思維進階理論，通過“創(chuàng)設(shè)情境、實驗探索、設(shè)計制作、知識遷移”四個支撐架的設(shè)計，助力學(xué)生構(gòu)建科學(xué)探究能力，發(fā)展技術(shù)工程實踐能力，提升自主學(xué)習(xí)能力，進而有效提升科學(xué)素養(yǎng)。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；思維進階；技術(shù)與工程；科學(xué)素養(yǎng)

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標(biāo)識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）12" " 0053-03

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)，科學(xué)思維是科學(xué)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵要素，它蘊含著學(xué)生的態(tài)度責(zé)任，又有助于形成科學(xué)觀念。在科學(xué)教學(xué)中，基于真實問題情境的教學(xué)活動能切實提升學(xué)生的思維能力，教師應(yīng)著力拓展學(xué)生的思維深度和廣度，確保學(xué)生在科學(xué)實踐探究過程中不斷提升思維，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)。

《電路中的開關(guān)》是教科版科學(xué)四年級下冊“電路”單元的第七課，涉及結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型等跨學(xué)科概念。學(xué)生此前已學(xué)習(xí)簡易電路連接、材料導(dǎo)電性和絕緣性等內(nèi)容，為本課的學(xué)習(xí)奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。本課內(nèi)容分兩部分，前半部分探究科學(xué)知識，通過觀察閘刀小開關(guān)，明確開關(guān)的組成和作用；后半部分的小開關(guān)設(shè)計制作屬于技術(shù)與工程實踐領(lǐng)域，考查學(xué)生合作完成項目的能力。開關(guān)在日常生活中隨處可見，是各類電器不可或缺的部分，與我們的生活緊密相連。學(xué)習(xí)本課有助于學(xué)生深入理解電路概念，通過科技制作鍛煉動手實踐能力，感受開關(guān)在生活中的廣泛應(yīng)用。四年級學(xué)生已具備用簡單設(shè)計圖表達想法的能力，且經(jīng)過二年級上冊“做一頂帽子”、三年級下冊“我們的過山車”和四年級上冊“設(shè)計制作小車”等課程的學(xué)習(xí)，基本擁有動手實踐和構(gòu)建簡單模型的技能。他們在多項工程內(nèi)容學(xué)習(xí)中，具備一定的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，初步形成與同伴溝通、合作的團隊意識。

一、創(chuàng)設(shè)情境，激活學(xué)生科學(xué)思維

課程標(biāo)準(zhǔn)指出，教學(xué)應(yīng)從學(xué)生已有經(jīng)驗出發(fā)，考量其身心和智力發(fā)展的適配性。創(chuàng)設(shè)真實問題情境，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、實驗、建構(gòu)模型、分類等活動展開學(xué)習(xí)，以問題激活思維，引發(fā)認(rèn)知沖突，喚起學(xué)生對現(xiàn)象的好奇心和探索欲，組織學(xué)生解決真實情境中的問題，實現(xiàn)知識遷移與融會貫通。

在本課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，運用上節(jié)課學(xué)生操作過的人體導(dǎo)電球引入，學(xué)生對其判斷物體導(dǎo)電性很感興趣，用導(dǎo)線和拉線開關(guān)對人體導(dǎo)電球進行改進，如圖1，拉動連接的拉線，演示導(dǎo)電球一亮一暗的現(xiàn)象，并提問：“你看到了什么現(xiàn)象？為什么導(dǎo)電球會一亮一暗？”學(xué)生進行猜想假設(shè)，可能猜到該拉線裝置為開關(guān)，從而激發(fā)好奇心，想明白這個拉線裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)，為后續(xù)探究環(huán)節(jié)埋下伏筆。接著拆解拉線開關(guān)，讓學(xué)生看清內(nèi)部組成，拉動拉線時內(nèi)部接觸部位的變化，使學(xué)生聚焦于開關(guān)對電路通斷的控制。那么電路中的小開關(guān)究竟如何控制電路的通與斷？為學(xué)生下一步的探究活動提出了更多挑戰(zhàn)，有效激活了他們的科學(xué)思維。

二、記錄實驗，助力思維可視化

實驗記錄單可引導(dǎo)學(xué)生記憶和回顧實驗現(xiàn)象，保持學(xué)習(xí)連貫性，凸顯思維過程，實現(xiàn)思維可視化。實驗中，它能引導(dǎo)學(xué)生如實記錄實驗數(shù)據(jù)，留下探究“痕跡”，對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成意義深遠(yuǎn)。

在制作小開關(guān)的探究活動中，準(zhǔn)備了十幾種不同的材料，為避免學(xué)生選擇材料沒有頭緒，將觀察小開關(guān)的組成部分設(shè)計為底座、閘刀、接線柱三個部位（如圖2），學(xué)生通過填寫材料構(gòu)成、勾選導(dǎo)電能力，可以一一對應(yīng)開關(guān)組成，將已學(xué)過的科學(xué)概念可視化，解決學(xué)生前概念存在的問題和錯誤認(rèn)知，最后小結(jié)開關(guān)由導(dǎo)體和絕緣體共同構(gòu)成。標(biāo)注不同材料所屬部位，為后續(xù)制作小開關(guān)選擇材料提供便利。

工程設(shè)計環(huán)節(jié)，實驗記錄單出示多種材料的圖片和設(shè)計圖框，學(xué)生先選擇材料再畫設(shè)計圖，直觀呈現(xiàn)其設(shè)計思路，利于培養(yǎng)學(xué)生建構(gòu)模型的想象力。在評價環(huán)節(jié)，評價表的設(shè)計最終可以呈現(xiàn)每個小組對自己作品的滿意度和其他組的評價，便于后續(xù)交流分享環(huán)節(jié)闡述自己的觀點，讓評價可視化。

三、豐富材料，搭建思維進階支架

以材料呈現(xiàn)思維，為學(xué)生提供多樣、豐富的結(jié)構(gòu)性材料是提升學(xué)生思維的前提。學(xué)生遷移應(yīng)用電路概念和導(dǎo)體、絕緣體的知識，以任務(wù)驅(qū)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)：小組合作制作一個簡易的開關(guān)。在工程實踐項目中，學(xué)生共商標(biāo)準(zhǔn)，確定成功的小開關(guān)要有哪些制作要求。準(zhǔn)備豐富且分類的開關(guān)三個部位的材料，學(xué)生可選用自帶材料進行選擇和設(shè)計（如圖3），不限于教師提供的材料。考慮到之前學(xué)生搭建電路元器件線路雜亂，將電池盒、燈座粘貼在KT板上，學(xué)生只需將選好的小開關(guān)材料放置在空位置連入電路即可，減少操作失誤。這增加了學(xué)生的選擇空間和小組設(shè)計圖的豐富性，為后續(xù)方案設(shè)計和制作小開關(guān)提供支撐。

小組討論完設(shè)計圖后，學(xué)生的“設(shè)計方案”通過希沃白板實時上傳。小組展示評價及對比，學(xué)生發(fā)現(xiàn)閘刀部位選用回形針、銅鑰匙等都可以導(dǎo)電；底座部位選用不導(dǎo)電的材料例如橡皮、木塊、紙片都可以避免觸電；接線柱需選用金屬類導(dǎo)電的材料。學(xué)生對于開關(guān)結(jié)構(gòu)和材料導(dǎo)電性進一步思考，對于開關(guān)的認(rèn)識不再浮于表面，設(shè)計迭代后接著到了動手實踐環(huán)節(jié)——制作小開關(guān)，在實踐中解決問題，提升科學(xué)素養(yǎng)。在制作活動結(jié)束后，學(xué)生借助產(chǎn)品實物、設(shè)計方案和成果演示投屏的配合進行交流分享，評估與改進成果，最終完成小開關(guān)制作的任務(wù)。

四、交流分享，實施過程性評價

以研討提升思維，研討環(huán)節(jié)對學(xué)生的探究活動進行過程性反思評價，是思維發(fā)展與生成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對提升認(rèn)知和培養(yǎng)深度思維至關(guān)重要。

進入“交流分享”環(huán)節(jié)，根據(jù)各小組在制作活動中完成的自評和互評，在班級記錄表呈現(xiàn)每個小組的評分，此時，科學(xué)思維的碰撞和進階得到了充分體現(xiàn)。學(xué)生踴躍發(fā)言，分析、對比、總結(jié)小組之間開關(guān)材料的優(yōu)缺點，判斷是否符合成功小開關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及改進方向。如有的小組分享“回形針相比銅鑰匙會更好操作、靈活”“底座用木塊不是很方便，橡皮和紙板都比較合適”等等。學(xué)生還探討制作小開關(guān)如何控制電流的通與斷及是否實現(xiàn)控制功能，通過語言表達思維，用學(xué)習(xí)的眼光審視他人的成果，少數(shù)小組也對照自身作品反思并學(xué)習(xí)他人長處。反思后的收獲可以體現(xiàn)學(xué)習(xí)后認(rèn)知的提升，便于教師了解學(xué)生的發(fā)展情況。

此過程融合了科學(xué)觀念、態(tài)度責(zé)任，深度發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維。在過程性評價中，教師應(yīng)充分利用觀察記錄和結(jié)果呈現(xiàn)，適時幫助學(xué)生深度觀察分析，關(guān)聯(lián)更多的信息，升華對概念的體驗和理解，給予學(xué)生更多認(rèn)可和正面評價。

五、課外拓展，推動知識遷移

學(xué)生將課堂所學(xué)知識和思維方法遷移至生活情境，可以促進他們思維的發(fā)散，實現(xiàn)知識從真實情境中來，最終應(yīng)用到現(xiàn)實生活。在拓展環(huán)節(jié)引入生活中開關(guān)控制多盞燈的情況，比如我們過馬路時遇到的紅綠燈，需要根據(jù)行人和車輛的需求交替亮起。學(xué)生需要重新設(shè)計小開關(guān)結(jié)構(gòu)，規(guī)劃電路的連接，使開關(guān)可以交替控制紅燈和綠燈，如圖4。在電路設(shè)計圖上呈現(xiàn)開關(guān)的組成和改進方式，并能夠說清開關(guān)控制紅綠燈交替亮起的原理，這一設(shè)計可以發(fā)展學(xué)生的發(fā)散性和創(chuàng)造性思維，學(xué)生嘗試將設(shè)計轉(zhuǎn)化為實物模型搭建，并利用課外時間進行測評和改進。

經(jīng)歷了小開關(guān)的制作和改進過程，學(xué)生將所學(xué)的知識遷移運用到實際生活中，將學(xué)習(xí)延伸到課外，帶著問題離開課堂：觀察真實的開關(guān)，比如教室里電燈和電扇、空調(diào)等多種電器的開關(guān)是怎樣控制電路的通和斷？從控制1個燈泡的小開關(guān)到控制"2個燈泡的紅綠燈，再遷移拓展到生活中電器的開關(guān)應(yīng)用，舉一反三，深化學(xué)生對電路概念的理解，推動科學(xué)思維深度發(fā)展。

本課教學(xué)設(shè)計以思維的進階為脈絡(luò)，遵循“先思后做”“邊思邊做”“做完再思”的過程，從學(xué)生的前概念出發(fā)，以學(xué)生感興趣的導(dǎo)電玩具引入，了解小開關(guān)的組成結(jié)構(gòu)，實施小開關(guān)的項目，設(shè)計制作小開關(guān)來控制電路的通與斷。利用生活中的真實情境、豐富的材料和實驗記錄單作為科學(xué)思維發(fā)展的支架，學(xué)生在交流分享中實現(xiàn)思維的深度發(fā)展，形成科學(xué)觀念，完善了認(rèn)知，使科學(xué)素養(yǎng)在課堂得以落實。

參考文獻

[1]俞曉東.“制作紅綠燈”項目化教學(xué)分析[J].湖北教育，2023（5）.

[2]黨范文，王強.小學(xué)科學(xué)實驗記錄單對學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)作用[J].基礎(chǔ)教育研究，2017（16）.

[3]楊春暉.指向問題解決的微項目化學(xué)習(xí)設(shè)計之道[J].教學(xué)月刊，2023（9）.

[4]胡蓉.模型建構(gòu)在小學(xué)科學(xué)技術(shù)與工程領(lǐng)域中的教學(xué)策略研究[J].中小學(xué)實驗與裝備，2022（4）