改進器材，讓學生的科學思維更明晰

葉軍

【摘? ?要】推理與實證是科學精神的重要特質，也是培養學生科學思維的重要途徑。當教材中的器材與學生的觀察、探究活動不適應時，教師可以尋找更具代表性的器材，體現用教材的思想。以《神奇的小電動機》一課為例，教師可以通過換一換、推一推、測一測、比一比等策略，讓學生的科學思維過程更明晰。

【關鍵詞】小學科學;器材;科學思維;神奇的小電動機

思維是學習者核心學習能力的體現，也是其適應現代社會發展的核心力量?？茖W思維能力是科學課程核心素養的重要組成部分，不僅能對學生的學習及生活產生重要作用，還能遷移到其他領域。小學科學課程以活動引領學生探究，一個好的活動設計，一套有結構的探究器材，不僅能讓學生經歷科學探究的過程，還能讓他們在探究過程中獲得科學思維與探究能力的雙螺旋發展。以教科版《科學》六年級上冊《神奇的小電動機》一課為例，教師應基于教材、改進器材與設計，讓學生在探究活動中明晰科學思維，提升核心素養。

一、分析教材，讓教學更有針對性

《神奇的小電動機》一課是教科版《科學》六年級上冊“能量”單元的內容。學生在研究了電能和磁能以及電磁鐵的基礎上，通過拆解真實的小電動機認識其內部結構，證實轉子是電磁鐵。同時通過簡單模型研究磁鐵與轉子的轉動、轉動速度、轉動方向，以了解電動機的工作原理，感受奇妙的能量轉換過程。

小電動機對學生來說比較熟悉，在玩具小車中十分常見，不少學生（尤其是男生）也有拆解小電動機的經歷。學生知道只要給小電動機通上電，它就會轉動。拆解小電動機后，學生通過觀察能夠發現里面有磁鐵;看到線圈纏繞在轉子上，學生能推斷出這是個電磁鐵，并得出電動機的轉動可能與磁鐵和電磁鐵磁極的相互作用（相吸和相斥）有關。

為了讓不同層次的學生都有較好的發展，教科書對“為什么電動機通電后就會轉動”提出了三個層次的理解要求。淺層次的學生能知道轉子上有線圈繞在鐵芯上，它是個電磁鐵，因此能轉動。中層次的學生能知道電磁鐵的轉動是利用了電磁鐵產生的磁性與磁鐵之間相互排斥或吸引的力。深層次的學生能知道換向器改變了線圈中的電流方向，從而導致了電磁鐵的磁極交替變化，最終使轉子能持續不斷地轉動。

教科書要求大部分學生都能達到中層次的要求，但這些認識都只是建立在推測的基礎上，學生并不能在小電動機上獲得足夠的證據來證實自己的推測，更難以從能量轉換的角度（磁的相互作用）來認識電動機轉動的本質?；谶@一背景，教師改進了器材，并設置了相應的教學策略。

二、采用策略，讓科學思維更明晰

（一）換一換，讓學生看得清楚

本課中，學生無法通過指南針去檢測轉子的磁極及磁極的變化，原因之一是小電動機的轉子太小，不易檢測，原因之二是轉子上有三個電磁鐵，學生難以分清是哪兩個電磁鐵與磁鐵的磁極發生相斥或吸引而轉動。這也是教材舍棄用指南針檢測轉子的原因。

對此，教師采用直流二極電動機（如圖1）代替小電動機，讓學生進行觀察研究。對比小電動機，觀察直流二極電動機的好處有：模型更大，學生能看得更清楚;結構更簡單，學生能看清楚兩邊的磁鐵、中間纏著線圈的轉子、與電池的正極、負極相連的兩片銅片（換向器）;檢測更方便，學生拿下兩邊的磁鐵，就可以用指南針直接確定轉子通電后的南北極以及轉半圈后南北極的變化情況。

器材的改進，是為了讓學生進行更有效的觀察。學生只有觀察清楚，才有可能提出進一步的想法，并通過檢測證實自己的想法。檢測、證實預想的過程，不僅是解決問題的過程，也是科學思維發展的過程。

（二）推一推，讓學生想得明白

南宋教育家朱熹曾說：“讀書無疑者須教有疑，有疑者卻教無疑，到這里方是長進?！?“須教有疑”，就是要有真實的問題情境，讓學生在情境中產生疑竇，從而進行積極的思考。因此，思考不僅是問題提出的契機，也是學習深入的源頭。

學生看到電動機在接通電路轉動起來后，自然會產生“它是怎么轉動起來的”的疑問。此時教師再讓學生觀察電動機，看一看里面有什么，想一想可能是怎樣的作用讓它轉動起來的，學生觀察后回答。師生對話如下。

生：兩邊標著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，于是電動機就轉動起來了。

師：看到兩塊標著S、N的物體，就能馬上認定它是磁鐵了嗎？怎么證實？

生：可以用指南針檢測是不是S、N極，從而證明是不是磁鐵。

生：也可以拿下來相互接觸，看看有沒有相斥或相吸的現象。

師：給你們1分鐘時間，馬上檢測一下旁邊的兩塊物體是不是磁鐵。

學生通過檢測證實兩塊物體確實是磁鐵。接著，教師讓學生依據黑板上的板貼模型（如圖2），順著這一思路繼續推理。

師：我們已經證實旁邊兩塊物體是磁鐵。按你們的推理，中間的轉子是電磁鐵。如果確實如此，請你說說它是怎么轉動起來的。

生：中間的電磁鐵通電后，會產生南極和北極。這樣，北極和北極互相排斥，北極和南極互相吸引，它就轉起來了。

師：怎么排斥和吸引？請你用箭頭和文字在黑板上表示出來。

（學生畫箭頭標注“吸、斥”）

師：如你所說，它會怎樣轉動？

（學生順時針轉動電磁鐵至圖3）

師：有什么問題嗎？

生：S和N極相互吸住了，轉不下去了。

生：我覺得它轉起來有慣性，慣性讓它繼續轉下去。

生：就算有慣性讓它轉下去，它轉到中間跟右邊的磁鐵是同極相斥的，再轉回來還是會吸住的。

師：是的，這和我們剛才觀察到的連續轉動的情形不一樣。那么，請你想一想，有沒有辦法讓它繼續轉下去？

生：可以，上節課我們學過電磁鐵可以改變南北極，只要把電磁鐵的南北極換一下，它就又能達到同極相斥，按順時針轉下去了。（生邊說邊演示）只要轉到異極相吸的時候換一下南北極，就能一直轉下去。

師：同學們的想法非常好！事實是不是這樣呢？我們需要通過檢測來證實。

這個推理是學生基于對電動機轉動的觀察和對磁鐵本質的證實之后的連續推理，是學生在認識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，是學生對已有知識的運用推理?？茖W教育的價值，不在于學生掌握了多少知識，而在于解決問題的過程中能否運用所學的知識。科學教學中，讓學生充分表達他們的想法，進而證實他們的想法，是培養學生科學思維能力和實證意識的一個重要手段。

（三）測一測，讓學生理解實證

推理之后的實證檢測，是學生建構科學概念的重要過程。《義務教育小學科學課程標準》在總目標中提出：掌握基本的思維方法，具有初步的科學思維能力。這就要求學生能夠合理分析與綜合判斷各種信息、事實和證據，運用證據對研究的問題進行描述、解釋和預測，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，學生的檢測、證實已不再是問題。學生需要了解的是轉子電磁鐵在轉動過程中是怎樣改變南北極的。

師：在檢測中，你們有什么發現嗎？

生：中間的轉子是電磁鐵，它通電后有南極和北極，斷電后沒有南極、北極。

師：其他組的發現也是這樣嗎？

生：是的。

師：好，請你到臺上來展示自己的檢測。

（學生在展示臺上檢測、展示。）

師：你們還有什么發現？

生：這個電磁鐵的南、北極是不固定的，轉過去以后會發生改變。

師：和我們剛才的推測是一致的，也請你檢測給大家看看。

生（邊檢測邊解說）：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，轉過去以后，紅色的一端變北極，白色的一端變南極。繼續轉，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相斥和相吸，一直轉下去。

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

生：轉子是一個電磁鐵，它通電的地方是兩片金屬片，現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極。轉過去以后，白色的一端連電池的正極，紅色的一端連電池的負極，電磁鐵連接電池的正、負極改變了，南、北極也就改變了。

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

實證是科學精神的重要特質，也是培養學生科學思維的重要途徑。對學生來說，尋找證據既是驗證自己想法的過程，也是建構概念的過程。在探究的過程中尋找證據，在交流的過程中重現證據，以證據來支撐自己的結論，正是學生科學思維和科學精神的體現。

（四）比一比，讓學生拓展認識

教材之所以選用小電動機，是因為學生對此十分熟悉。而二極直流電動機，學生基本未曾見過。所以本課的最后，有必要讓學生對小電動機和二極直流電動機的構造進行對比，建立聯系，感受技術進步帶來的便利。

師：今天這個電動機，在使用中有不便之處？

生：需要把轉子撥到中間再放開手，它才會轉起來。

師：生活中的電動機需要這樣操作嗎？

生：不需要。

師：老師給你們一個小電動機，你可以把它拆開觀察。你有什么發現？

（學生拆解小電動機）

生：小電動機有三個電磁鐵，三片換向器。

生：小電動機比這個電動機進步了。

師：是的，技術在不斷進步，我們今天研究的是最簡單的電動機，但不管是多么復雜的電動機，它們的工作原理都一樣。你知道是什么嗎？

生：電轉變成磁，利用磁的相互作用引起轉動。

學到此處，課堂內容已經結束，但學生依然興趣盎然。他們產生了更多的問題：為什么三個電磁鐵、三片換向器的轉子通電后不用撥就能自己轉起來？三片換向器中只有兩片連接電池的正負極，那么，三個電磁鐵的南北極是怎樣的？轉動過程中它們依次是怎樣改變的？能不能用指南針測出它們的磁極變換……教師可以適當地加以引導，如布置學生自己動手去做一個電動機模型，研究磁鐵與轉子轉動的速度、方向之間的關系。由此，學生接觸的就不僅僅是電動機轉動的原理，而是以電動機為主題而展開的一系列探究活動。

三、總結反思，讓科學經驗更深刻

改進教學器材與設計，能激發學生的學習興趣，使學生在探究活動中獲得更深刻的認識，使科學課的素養導向更明確。在器材改進的基礎上，如何讓學生的科學經驗更加深刻？

（一）適時點撥，引導學生提出有價值的問題

愛因斯坦曾經說：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。”當學生看到連續轉動的小電動機時，腦海中也會呈現很多直接性的問題，比如為什么要把轉子撥到中間才會轉？為什么它會轉起來？為什么斷開以后就不會轉了……教師要引導學生在觀察、思考的基礎上提出可以進一步觀察和研究的問題，如它是怎樣轉起來的？是什么力讓它轉起來的……一個有研究價值的問題能幫助學生進一步去觀察，并在觀察的基礎上提出自己的推測，而后去證實。讓問題伴隨學生思考、研究的過程，學生的思維才會更加聚焦。

（二）適時支持，給學生提供思考支架

學生在觀察、研究的過程中，會常常迷失方向。這就需要教師適時提供支持，幫助學生解開疑竇。比如一個小組的學生在檢測轉子的南北極時，始終在一邊檢測，發現這一邊始終是南極，但找不到進一步思考和深入的方向。此時，教師可用口頭語言或小紙條提示學生：關注一個磁極在轉動的過程中有什么變化，想一想這個變化是怎樣形成的。學生在教師的點撥下豁然開朗——原來轉子在轉的過程中，其南北極始終在變，從而進一步發現換向器的作用。學生解決問題的過程，也是逐步建立解釋的過程，教師的適時支持可以促進學生進行下一步的觀察和思考。

（三）組織交流研討，內化學生的認知

交流研討是學生探究活動后的信息處理與加工過程，也是共享與分析、整理信息的過程。因此，教師要給學生留足交流研討的時間，讓他們充分表達在觀察、探究中的發現，同時以實驗佐證觀點。學生的表達與交流過程是其思維的呈現過程，也是知識內化為自我認知的過程。學生的交流越充分，其思路也就越清晰。

科學課之所以有魅力，是因為它一直激勵著學生探究未知的領域，使學生始終興致勃勃。就本課而言，掌握電動機的原理知識，并不是學生學習的最終目標。電動機只是學生學習的一個載體。教師要帶領學生在學習、探究電動機的過程中，不斷提升自身的科學觀察能力、思維能力和實證水平。

（浙江省安吉縣天荒坪小學? ?313399）