基于科學探究 建構科學概念

許飛

【設計理念】

韋鈺院士曾針對當下小學科學教育的弊端提出“小學科學應該圍繞一定的科學概念組織教學”的觀點。2017年2月新頒布的《義務教育小學科學課程標準》（以下簡稱“課標”），分別在物質科學、生命科學、地球與宇宙科學、工程與技術等領域選取了18個“主要概念”，并多次明確指出“應幫助學生形成這些主要概念”。筆者認為，這是對過去一段時間內小學科學教育“探究活動主義”的價值澄清，是小學科學教育的一次理性回歸。然而，重提科學概念，并不意味著拋棄“科學探究”。學生的科學概念并不是教師所能教授的，而是學習者通過探究進行自我建構的。課標也再次明確強調“倡導探究式學習”，指出“探究式學習是學生學習科學的重要方式”。因此，基于科學探究，幫助學生自主建構相關科學概念才是今后小學科學教育的主流方向。

有關簡單電路的知識一直是小學科學（自然）學科的傳統內容。大多數教師在執教《簡單電路》一課時，總是止步于指導學生把電路連接成功，而忽視了學生對電路原理的進一步探究和理解。筆者曾經觀摩某大市同題賽課，結果13節課有11節沒有提及“閉合回路”；另有兩節雖然提到“閉合回路”，卻是以教師講解的方式教授給學生的。能否讓學生自己探索發現簡單電路的原理，自主建構“閉合回路”等電路概念呢？基于此，筆者對《簡單電路教學》一課展開了教學研究。

為了實現上述目標，筆者在這節課中努力做到以下幾點：

1.突出主體地位，開展自主探究。

課標強調教學要突出學生的主體地位，這再次闡明了小學科學課程必須堅守的原則。本課將為學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、得出結論等探究過程，引導學生自主探究，完成“閉合回路”“短路”“斷路”等電路概念的自主建構。

2.突破探究模式，重視探究方法學習。

“思維五步法”是杜威提出的探究式教學法，之后，杜威又將其改成“五個階段”，強調“這五個階段并無定序”。我國現在流行的科學探究“六步法”或“七步法”等探究模式正是對杜威的“思維五步法”的借鑒和發展，但在實際教學中卻存在嚴重的模式化問題。為了改變這種狀況，課標刪除了舊課標中關于探究流程的內容，把原來的探究環節微調為“探究要素”，同時明確指出“要避免程式化、表面化的科學探究”。可見，突破探究模式，根據實際情況靈活運用科學方法進行科學探究，才是探究式教學行之有效的途徑。

本節課力求突破舊課標提出的探究模式，主張根據學習內容特點和研究需要引領學生進行自主探究。在教學中，將根據學生探究實際，適時出示科學研究方法，引領學生完成探究活動。最后，教學結束時，再次引導學生“對探究過程、方法和結果進行反思、評價”，以此引導學生開展學習反思，突破思維定式。

3.精選教學內容，突出訓練重點。

40分鐘是我國小學階段一節課的通常時長，這也決定了教師必須學會取舍。經過多次嘗試，為了能讓學生充分體驗探索和發現的過程，筆者在教學時精減了教學內容，把更多的時間留給學生，讓其進行自主嘗試。基于此，《簡單電路》可分為兩個課時：本節課將重點引導學生建構“閉合回路”等電路概念；第二課時將重點研究開關的構造以及如何連接一個可以控制的電路。

【教學目標】

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

2.通過體驗“嘗試—發現”的探究過程，培養學生敢于嘗試，肯于實踐，樂于思考的科學精神。

3.通過經歷對實驗數據進行整理分析的過程，提升學生處理信息、分析概括、得出結論的研究能力。培養學生樂于合作和交流的態度。

【教學過程及意圖】

一、游戲導入，提出問題

1.游戲（頭腦風暴）。

師：根據描述猜猜今天將要研究的內容。（課件逐句出現以下語句）

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：同學們真聰明，很快就猜出來了，的確是電！電已成為我們現代生活不可缺少的一種能源。只要輕輕一按開關，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生的心。緊扣主題，明確提出本課探究的問題。】

二、研究電路器材，為概念建構鋪墊基礎

1.觀察燈泡結構。

師（取出一枚小燈泡）：看，老師給大家帶來了什么？

師：觀察一下它的外部構造，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？（出示燈泡的內部結構圖，見圖1）

師：知道這些后，如果讓你把它連到電路中，你準備連在它的什么部位？

【認識燈泡的內部結構是后續學習發現和理解閉合回路的關鍵。】

2.觀察電池。

師（拿出一節電池）：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極。

三、嘗試連接電路，為概念建構搜集例證

1.布置實驗任務。

師：有了電池、小燈泡，再加上一根導線，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。筆者突破傳統探究式教學中的“猜想環節”，直接讓學生動手試驗，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研究的一種方式，我們有必要讓學生經歷之。】

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，其實是整理實驗數據的開始。】

四、整理分析數據，建構電路概念

1.基于正例，發現規律。

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，你們有什么發現嗎？

師：為了能更好地發現其中的奧秘，我們一起把記錄單整理一下吧！（板書：整理）

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，學生會驚奇地發現，所有成功的連接其實只有兩種連接方法：+A＼-B；+B＼-A。

【此處重點培養學生整理數據、處理信息的能力。引導學生學習用數學符號來處理信息，然后再對數據進行分類整理。】

2.描畫電路，發現“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：你們有什么新的發現？

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

教師與學生共同討論、總結，逐步把討論結果表達成如下板書，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現規律，然后再用失敗的案例來反證，這是這節課探究思路的核心，也是本節課教學設計的創新之處。此處重點培養學生分析數據得出結論的能力。】

3.利用反例，反證概念。

師：通過剛才的研究我們發現，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：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）剛剛建立的關于“閉合回路”的結論。若無法推翻，則進一步證實了該結論。】

五、運用概念解決問題，檢測學習成果

1.了解開關作用，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：只有把電器連接在電池的正負極上，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處于工作狀態，而是根據需要，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。

師：同學們真聰明，老師這里就有一個開關模型，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，小明準備做作業，可是臺燈不亮了，這是怎么回事？你能利用今天所學的知識來推測一下可能發生了什么故障嗎？

【學以致用，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的電路概念和知識，所以也是對本課學習效果的檢測。】

六、反思學習成果，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的內容。我們今天學習了哪些知識？

師：我們今天是怎樣學到這些知識的？（引導學生回顧本課的研究過程：觀察、嘗試、整理、分析、總結、應用……）

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！

【課標明確要求學生要“能在教師指導下對自己的探究過程、方法和結論進行反思”。此處引導學生進行反思，不僅是落實課標要求，更是學生梳理探究思路，學會自主探究的必要環節。】■

（作者單位：江蘇省南通高新區小學）endprint