手與腦兼收 做與思并蓄

顧長明+張秀杰

[摘 要]

科學學習是“動手—動腦”的過程《研究電磁鐵》一課的教學源于“結構與功能”的統一，探索電磁鐵磁力大小與電池電量、線圈匝數、鐵芯粗細三者之間的因果關系。基于有效的控制變量對比實驗，通過系列有層次的“做”來建構與積累科學活動經驗，不斷促進學生的動作技能向心智技能轉化。

[關鍵詞]

動手;動腦;課例;設計;評析

一、教學分析

《研究電磁鐵》是蘇教版小學科學五年級上冊第三單元內容，本節課是在第一課時學習了制作電磁鐵的基礎進行教學的。基于“結構與功能”的統一，探索影響電磁鐵磁力大小的因素，成于有效的控制變量對比實驗，旨在通過有層次的“做”來建構科學活動經驗。科學學習是“動手—動腦”的過程，操作過程中的動作和材料可以為語言表達提供有效的支撐，讓動腦變得更加準確和豐盈，讓科學活動體驗與科學活動經驗對接，并向科學活動經驗轉化。“做”與“思”在心理上往往是交互結伴而行，這為手腦并用、做思結合提供了依據。

本課分四個部分：一是制作電磁鐵。通過制作電磁鐵，展示制作電磁鐵的材料，知道電磁鐵的組成，為認識影響電磁鐵磁力大小的因素奠定基礎;二是通過調換電池正負極來改變電磁鐵的磁極，進行控制變量實驗;三是研究影響電磁鐵磁力大小的因素。在制作的基礎上觀察什么樣的電磁鐵吸起的回形針多，引導學生對影響電磁鐵磁力大小的因素進行預測，通過假設與搜集證據、控制變量的方式完成科學探究，在數據分析中發現影響電磁鐵磁力大小的因果關系;四是了解電磁鐵的應用。通過列舉一些實例引導學生了解電磁鐵在生產生活中的廣泛應用，意識到科技發展給人類生產生活帶來的便捷。本節課主要完成后三個部分內容。

二、教學目標

通過對比性探究實驗，知道電磁鐵磁極和磁力是可以改變的，概括出電磁鐵磁力大小與電池電量、線圈匝數、鐵芯粗細三者之間的因果關系;了解電磁鐵在生產生活中的廣泛應用;能對本組設計的實驗方案做出說明，能以科學態度做檢驗假設的對比實驗。

三、教學重點

從結構與功能統一的角度，探究影響電磁鐵磁力大小和磁極變化的因素，體驗控制變量實驗的操作要求，形成操作技能。

四、教學難點

控制變量實驗的操作策略。

五、教學準備

課件、電磁鐵、鐵釘、漆包線、電池、回形針和實驗記錄表等。

六、教學過程

（一）創設情境，促發研究問題

（1）教師提供材料，學生動手組裝電磁鐵，了解電磁鐵構成。

分別讓兩位學生做演示性實驗，嘗試去靠近磁針，教師利用投影將兩位學生做的過程投影放大出來。兩位同學完成之后，全班共同回顧電磁鐵的結構與組成，找出兩位同學“做”的相同點和不同點。

評析：“組裝電磁鐵”既是對上一節課的鞏固，又為研究影響電磁鐵磁力大小的因素提供了材料上的啟示，滲透結構與功能統一的思想。

（2）驗證通過調換電池正負極來改變電磁鐵的磁極，進行控制變量實驗。

教師提問：電磁鐵與永久磁鐵相比，磁力大小不同，磁極也不完全相同，那磁極可不可以改變呢？磁極的改變可能與什么有關呢？學生嘗試提出設計，分組驗證。

（3）檢測裝置，發現電磁鐵存在磁力大小的差異。

現場檢測制作的電磁鐵，當電磁鐵吸引回形針的時候，教師定格畫面，請同學說說觀察到了什么現象，想到了什么問題。學生提出問題，教師總結梳理，明確研究問題：電磁鐵磁力大小與什么因素有關？

評析：教師為學生提供了有結構的材料，學生借助有結構的材料所制作的電磁鐵，吸起的回形針個數有多有少，則推論出一個磁力大，一個磁力小。這樣水到渠成，學生自然想知道電磁鐵磁力大小與哪些因素有關，直指本節課的核心問題。發現問題往往比解決問題更重要，教師順勢將學生的問題引向基于“結構與功能”的猜測。

（二）引導猜測，嘗試提出假設

（1）在學生認識到電磁鐵存在磁力大小之后，讓學生思考電磁鐵磁力的大小可能與哪些因素有關，并嘗試從電磁鐵的結構入手進行猜測。

（2）學生預測并說出依據。學生一般會猜測電磁鐵磁力大小可能與電力大小、線圈匝數多少、鐵芯粗細三個因素有關。教師繼續讓學生嘗試具體說出電磁鐵磁力大小可能與三者有什么關系。

（3）圍繞學生的預測進行概括，篩選要探究的因素。教師將學生猜想出的影響電磁鐵磁力的因素板書在黑板上，然后對同學們的猜測進行總結歸納，引出本節課所要探究的內容：電池節數、線圈匝數、鐵芯粗細三個因素與電磁鐵磁力大小之間的關系。

評析：認識了電磁鐵的基本結構后，讓學生對可能影響電磁鐵磁力大小因素做出猜測，引導學生從電磁鐵的組裝結構入手，滲透結構與功能的統一性。讓學生體驗到猜測不是胡思亂想而是有根據的預測。教師不僅要學生猜測“與什么有關”，更要猜測“有什么關系”，這體現出教師要求學生做到有理有據，為選擇探究問題、設計實驗做好準備。

（三）設計實驗，驗證所提假設

（一）指導學生完成電磁鐵磁力大小與電力大小的關系實驗

（1）猜測與記錄：電磁鐵磁力大小與電力大小有什么樣的關系，并將自己的預測記錄在實驗報告中。

評析：在控制變量實驗中，教師與學生共同完成電力大小和磁力之間關系的實驗，豐盈學生控制變量實驗的心智技能與操作經驗，為接下來的有效完成線圈匝數多少、鐵芯粗細兩者與磁力大小之間的控制變量關系實驗提供思維與操作的支架。

（2）思考與反思：如何改變電池的電力？（學生會認為新電池電力大，舊電池電力小;也可能會認為通過增加電池節數來增加電力。無論學生選擇哪一種做法都是可行的，要讓學生知道實驗室主要靠調節電池的節數來改變電力）

（3）討論與交流：在改變電力大小的情況下，能否改變另外兩個條件？為什么？

教師啟發學生認識到另外兩個變量是不能改變的，并嘗試說明不能改變另外兩個變量的原因。（如果同時改變了另外兩個或者其中的一個變量，若結果發生了變化就不能判定是因為哪一個變量引起的結果變化）

評析：控制變量實驗對學生來說具有挑戰性，這種挑戰主要表現為判定事物的因果關系。只有引導學生理解控制變量的道理，才能讓學生應用“控制變量”法完成接下來的實驗。

追問：在改變電力大小情況下，線圈匝數和鐵釘粗細不改變，電磁鐵磁力可能是怎樣變化的？若電磁鐵磁力不變這說明什么？若電磁鐵磁力變大這說明什么？若電磁鐵磁力變小這說明什么？

評析：通過追問來考量學生對控制變量實驗中因果關系的理解，讓學生動手以前先動腦，想明白了，接下來的動手操作只是驗證猜測而已，手腦合融處，做思共生時。

（4）驗證磁力與電力大小之間的關系。學生嘗試實驗，在數據記錄時思考，憑借測量一次的數據就得出實驗結論是否可靠。教師選擇小助手合作完成實驗，利用投影將實驗過程投在屏幕上，全班同學參與到實驗中來，幫助數吸起回形針的個數，觀察實驗過程，明晰實驗現象。

（5）學生根據實驗的現象和數據，分組完成實驗報告。

猜測： ? ? ? ? ? ? ?。

實驗中要改變的條件是 ? ? ? ?，不改變的是 ? ? ? ? ?、 ? ? ? ? 。

<E：＼10月＼中小學教學研究201510＼t10q-3.tif><E：＼10月＼中小學教學研究201510＼t10q-4.tif>[電池節數＼&＼&＼&吸引回形針數量＼&＼&＼&吸引回形針數量＼&＼&＼&吸引回形針數量＼&＼&＼&平均數＼&＼&＼&]

（6）學生根據所測得的數據總結出電力與磁力的關系：在其他條件不變的情況下，電力越大，磁力越大;電力越小，磁力越小。

追問：什么是“其他條件不變”？為什么要說“其他條件不變”？

評析：做的過程是積累科學活動經驗的過程，電磁鐵磁力大小與電力大小的關系實驗是在教師引導下學生逐步完成的，扶放結合，以扶為主，為學生完成接下來的變量對比實驗奠定基礎。

（二）引導學生自主完成電磁鐵磁力大小與線圈匝數、鐵芯粗細關系實驗

1.分組討論與制定方案

（1）猜測電磁鐵磁力大小與線圈匝數可能有怎樣的關系？要改變什么？不改變什么？為什么？需要什么器材？填寫在實驗報告上。

（2）猜測電磁鐵磁力大小與鐵芯的粗細可能有怎樣的關系？要改變什么？不改變什么？為什么？需要什么器材？

2.交流實驗方案

學生在交流的基礎上完成實驗報告中的預測和實驗過程中保持不變的條件和需要改變的條件，參照電磁鐵磁力大小與電力大小的關系實驗，完成磁力與線圈、磁力與鐵芯的關系實驗。

強調：在磁力與線圈的實驗過程中將電磁鐵接到電池的兩端會產生大量的熱量，所以在每次測量結束后要立刻切斷電源;在磁力與鐵芯實驗中，由于用的是鐵芯，通電后鐵芯很容易被磁化，為了消除磁化對實驗的影響，可以在每次測量之后將電磁鐵的兩個接線柱反接或者將鐵芯輕輕在地上敲打幾下即可;每個實驗一般取三次實驗數據的平均值。

評析：實驗前讓學生明確“做什么”“怎么做”“做的過程中應該注意什么”，這樣的探究才是有目標、有計劃、有針對性的，使學生明確對比實驗中必須控制好相同條件與不同條件，通過相互質疑與補充，不斷完善實驗方案。

3.學生分組實驗

探究電磁鐵磁力大小與線圈匝數、鐵芯粗細長短的關系。每組從上面兩個實驗中任選一個感興趣的實驗進行驗證，通過平均值歸納出影響磁力大小的因素。

4.小組匯報結論

在其他條件不變的情況下，線圈匝數越多，電磁鐵磁力越大。線圈匝數越少，電磁鐵磁力越小;鐵芯越粗，電磁鐵磁力越大。鐵芯越細，電磁鐵磁力越小。

師生共同總結：具體說來，在其他條件不變的情況下，電池節數越多，電磁鐵磁力越大。電池節數越少，電磁鐵磁力越小;線圈匝數越多，電磁鐵磁力越大。線圈匝數越少，電磁鐵磁力越小;鐵芯越粗，電磁鐵磁力越大。鐵芯越細，電磁鐵磁力越小。

評析：如果說前面的實驗側重于“扶”，這里的實驗則側重于“放”。學生猜測了許多因素會影響電磁鐵磁力大小并掌握控制變量實驗的方法后，就可以自主探究其他因素對磁力的影響了。“做”帶給了學生經驗生長的力量。

七、聯系實際，拓展延伸應用

（一）了解電磁鐵“芯”的材質

科學上把繞在鐵芯上的通電線圈叫做電磁鐵。如果把線圈繞在其他金屬物體上，比如說繞在鉛棒上（出示鉛棒）會怎么樣呢？學生嘗試完成并演示。

教師總結：看來電磁鐵必須用鐵質材料做芯才能起到較好的效果，并非只要是金屬就能做芯。當然，如果能夠找到一種材料效果要比鐵芯更好，也可以用它來替代鐵芯。課后，可以嘗試著繼續去研究其他的材料。

評析：結構性材料鉛棒的出現拓展了學生的認知。鉛棒與鐵棒的對比環節活躍了課堂氣氛，啟迪了學生的思維，在認知沖突中產生思維碰撞，科學實驗的重要性得以凸顯。激活了學生進一步探究的欲望，體現了將探究貫穿于課內外的理念。

（二）介紹電磁鐵在日常生產生活中的應用事例

以圖片的形式介紹電磁鐵電話、馬達、音響、電磁起重機等的應用，同時介紹在這些電器的哪些部位能找到電磁鐵，并讓學生說一說在哪些地方可以找到電磁鐵？

評析：科學知識源于生活，用于生活，將課堂所學知識應用于生活是科學教學的要求。只有學生對電磁鐵的知識有了充分認識，才能用學到的知識去解釋生活中的一些現象。

（三）根據電磁鐵的性質，設想電磁鐵在生活中的拓展應用

本課學習了三種方法可以改變電磁鐵磁力的大小，知道了不僅磁力大小可以改變，而且磁極也是可以改變的，可見電磁鐵簡直就是“活”磁鐵。那么，能利用電磁鐵的這些特性突發奇想地制作什么嗎？（學生組內討論交流）

評析：基于生活原型的突發奇想并不都是胡思亂想，只要能根據電磁鐵磁力大小的原理對生活中的事物進行合理的改進與完善，并加以說明解釋即可，既檢驗了學生對所學內容的理解，又使所學知識得以應用，思維路徑得以發散，創造品質得以提升。

總評：通過學生不同層次的“做”使學生經驗得以再造與提升，體驗得以內化與豐盈，促進體驗不斷地向經驗轉化，感性不斷地與理性對接。本節課的“做”表現為三個層次。一是通過“做”，創設情境，合理引出新知識。學生首先認識了通電導線會產生磁性，利用這個特征做出了電磁鐵，對電磁鐵的結構有了初步了解。學生在做電磁鐵的同時又發現了電磁鐵磁力大小存在差異，想到探究電磁鐵磁力大小與哪些因素有關，繼而圍繞電磁鐵的構造與磁力大小的關系進行猜測。電力、線圈、鐵芯與磁力具體的關系只有通過實驗來得出結論。二是通過“做”，示范引導，促進體驗感悟。指導學生完成電磁鐵磁力大小與電力大小的關系實驗是以“扶”為主的，在“扶”的過程中重在教會學生如何制定實驗方案和實驗步驟。在實驗中用到了“控制變量法”，通過改變一個條件，而保持其他條件不變來研究因果之間的關系，使學生初步感知因變量、自變量和無關變量之間的關系。三是通過“做”，自主探究，促進經驗生長。讓學生利用在“扶”的過程中所積累的“變量控制”經驗，組內制定實驗步驟和操作方案，完成相應數據采集和實驗報告，利用有結構的材料，測出線圈、鐵芯與磁力大小之間的關系，積累了做的經驗，提升了做的水平。縱觀全課，“提出問題——科學猜測——實驗探究——拓展延伸”是整節課的教學流程。在此過程中，教師充分發揮生活中常見電磁鐵現象的科學探究價值，緊扣教學主題，結合學生的生活經驗、身心特點和認知水平開展靈活有效的教學活動，促進學生不斷由動作技能向心智技能的轉化;手因心運，做隨思遣，讓更多的妙想在指尖流淌，讓更多的智慧從指尖誕生，讓心靈與手巧同構共生。

[參 考 文 獻]

[1]顧長明.做思共生：科學教學的理想課態[J].教學儀器與實驗，2015（4）.

[2]王政.《電磁鐵》教學設計與反思[J].科學課，2011（8）.

[3]顧長明.做中學：在“動手與“動腦”間追尋[J].中小學教師培訓，2013（8）.

（責任編輯：符 潔）