巧搭學習支架，突破教學難點

江翠情

【摘 要】文章以“機械擺鐘”一課的教學研究為例，分析科學探究中學習支架的作用，優化課堂教學中的支架設計，引導學生突破觀測鐘擺運動和數據分析等學習難點，自主構建鐘擺擺動計時的科學概念。

【關鍵詞】學習支架 教學難點 鐘擺實驗

根據維果茨基的理論，學生從現有水平到達可能的發展水平，要越過中間的最近發展區。合適的最近發展區可以幫助學生在學習中主動構建認知，但若是最近發展區的跨度較大，大部分學生較難通過自身努力來跨越。此時，教師應該及時給學生提供高度合適的“學習支架”，使學生可以沿著它逐步攀升去“采摘”學習成果。提供學習支架，這并不意味著讓學生放棄思考，而是提供一些合理的材料支持、方法支撐和思維點撥，引導學生進行有序的科學探究，整個“攀爬”的過程依然由學生獨立去完成。

從素養生成的角度來看，學習支架可以分為文化支架、操作支架和觀點表達支架。從功能性角度來看，學習支架可分材料支架、情境支架、問題支架、信息處理支架、模型支架、指導支架、微課支架等。根據學生學情和探究活動的不同，教師需要分析探究過程中的難點，設計具有針對性的學習支架。此外，提供支架的“高度”、時機和方式也需要考慮，確保給學生留出充足的探究時間和空間。本文以“機械擺鐘”一課為例，以突破教學難點培養學生核心素養為目標，對探究過程中的支架設計進行闡述。

一、梳理教材，厘清教學難點

“機械擺鐘”是教科版科學五年級上冊“計量時間”單元的第四課。在前面的學習中，學生已經了解了計量時間的不同工具，如日晷、水鐘等簡易的時鐘，本課的教學目標是認識“機械擺鐘”，學生通過觀察、制作、交流、研討等活動歸納分析出鐘擺的等時性。在探究過程中，主要有以下難點：

（1）學生觀察鐘擺的運動，能夠理解來回擺動為一個周期，但較難準確測量擺的擺動次數。在通常的教學中，大部分小組會因為沒有注意到實驗操作細節，而得不到合理的探究結果。

（2）由于數據較多，學生在分析數據和歸納總結擺的運動特點時也會遇到困難。此外，基于實驗結果提出合理猜想，尋找證據進行初步驗證，這也對學生的科學思維提出了較高的要求。

二、巧搭支架，助力科學探究

（一）借助模型支架，奠定認知基礎

1.實物模型支架——激活經驗

近現代是如何準確計時的？圍繞這個驅動問題，引導出本課的學習對象——機械擺鐘。由于學生在日常生活中很少看見機械擺鐘，對其比較陌生。因此，教師直接展示實物，接著拆除外部結構展示擺鐘的內部結構。以此作為實物模型支架（如圖1），引導學生觀察并認識擺鐘的結構。

2.自制模型支架——明確概念

對于五年級學生而言，理解來回擺動為一個周期、準確測量擺的擺動次數等具有一定的難度。因此，教師自制結構更加簡單的模型（如圖2）作為支架，在黑板上模擬演示。學生通過觀察模型的擺動特點，思考擺鐘的計時方式，生成“擺動計時”的概念，認識擺動的周期性。

3.軟件模型支架——協同探究

明確了擺動計時的概念之后，學生還不能準確地測量其擺動次數。他們容易將擺動的一個周期（左→右→左）計為兩次，或將不完整的周期計為一次，導致計數結果有偏差。因此，筆者使用了網絡在線模擬軟件。軟件內可以設置不同的擺動條件，如擺繩長度、擺錘重量等，而且具有標尺、擺動軌跡線等功能，教師可以根據教學需要進行個性化的設置。借助現代技術支架的模型支架，學生可以進一步明確擺動計時的概念，同時提高觀測擺動次數的能力。

（二）準備材料支架——提高實驗效率

在“自制一個擺”的探究活動中，繩子打結、測量長度等操作會花費較長的時間。由于這些操作不是本課的重點，筆者在教學準備時為學生提供已經打結好、定好長度和擺重的半結構化材料作為材料支架（如圖3），簡化學生的操作，提高了實驗探究的效率。

在準備材料時，教師還可以有意設計差異化的材料，如不同擺長、不同擺重的擺。各小組在實驗后進行數據分析時會發現同一個擺具有等時性，但是不同擺的擺動次數是不同的，擺的擺動次數和什么因素有關呢？差異化的實驗材料為后續的研討提供了較大的空間。

（三）提供指導支架——細化實驗細節

由于本課實驗具有一定的難度，教師可以先進行現場演示作為指導支架。接著，再邀請學生上臺進行操作示范。學生的操作可能會有一些錯誤，教師可以抓住失敗實驗中的正面效應，邀請其他同學進行點評。師生共同討論總結出實驗操作的要點：（1）起始時不能給擺推力，讓其自由擺動；（2）擺動幅度不能太大；（3）擺動過程中不能撞擊到鐵架臺。

此外，教師還可以在探究記錄單上標注一些實驗操作方法、重點步驟指示和記錄內容作為指導支架，進一步降低探究過程中實驗操作的難度，提高實驗的有效性。

（四）設計信息處理支架——構建科學概念

匯總并分析小組實驗探究獲得的大量實驗數據這一步驟非常關鍵。本課除了給學生提供探究記錄表，筆者還設計了班級匯總表和數據趨勢圖作為信息處理支架（如圖4）。學生需要將收集的小組實驗數據粘貼到班級的圖表中。利用這些可視化的數據圖，學生不僅可以看到自己小組的數據，也會關注全班的數據，并把數據轉化為觀點，在研討環節中進行集體論證。

通過比較，學生很容易發現同一個擺的擺動次數基本相同，即擺具有等時性的特點。但學生在比較不同小組的數據時，會發現矛盾沖突：不同小組擺的擺動次數并不相同。利用這種生成式的教學資源，教師適時地引導學生進行深入思考：擺的快慢和什么因素有關？學生會有很多猜想，比如擺繩的長短、擺錘的重量、擺動幅度等。如何驗證這些猜想呢？筆者邀請擺動次數明顯不同的三個小組展示實物，學生通過觀察不同的擺，尋找證據來支撐觀點。這種信息處理支架的設計，可以引導學生在繁雜的數據中進行歸納總結。

（五）嵌入多樣支架，激發探究興趣

教師作為科學探究的引導者和參與者，在課堂上應把握學生的探究過程和思維過程，適時地提供相應的資源、工具和方法作為學習支架，讓學生想探究、能探究、樂探究。除上文提到的支架，本課還可提供其他的支架設計促進學生科學探究。

1.問題支架——啟發學生思維

在引出探究對象后，學生對于機械擺鐘會感到好奇并產生許多疑問。教師應該尊重學生的好奇心，可以通過提出開放性問題：“關于機械擺鐘，大家有什么想要了解的知識？”引導學生主動提出想探究的問題，如：機械擺鐘是怎樣工作的？擺鐘的測量誤差是多少？擺鐘能不能一直擺動下去？學生在提出問題的同時也啟發其他同學的思維，營造班級討論的氣氛。最后由教師匯總學生的問題，形成課堂的驅動問題。從學生感興趣的問題引入探究活動，能夠極大地調動學生的積極性和探究欲，體現出“以生為本”的課堂理念。

在對本課的驅動問題進行實驗探究和研討后，有些學生會顯得意猶未盡，教師可以引導學生發現更多問題，比如“為什么擺動幅度越來越小”等問題。通過對開放性問題的探討，引導學生學思結合，有效訓練學生思維，培養學生主動探究的學習習慣。

2.微課支架——拓展認知范圍

在了解擺的等時性后，有學生依然不理解真實的擺鐘是如何通過擺動來計時的，如果此時教師沒有去引導學生關注這個問題，學生可能會很快失去興趣。因此，教師可以通過播放微課視頻，讓學生認識擒縱器這一關鍵鐘擺結構，及時為學生答疑解惑，讓學生產生進一步探究計時工具的興趣，也感受到生活中處處有科學。

三、優化設計，促進思維成長

開展有價值的科學探究活動，是科學學習的關鍵。但是學生在進行科學探究活動時會遇到許多困難，影響學習效果。教師通過巧搭學習支架，可以幫助學生突破學習難點并完成科學概念的建構。本課的教學設計主要有以下特色：

一是設計合理的學習支架（如圖5）。在本課的教學中，對于不同探究過程的學習難點，教師應適時地提供學習支架，幫助學生順利完成一系列有邏輯的學習活動，逐步探索鐘擺運動的特點，進行有效的科學探究。

二是注重學生科學思維的培養。本課的教學利用學習支架的設計，引導學生提出問題，開展科學探究收集數據。通過對班級記錄表的數據分析，學生在觀察和自我監控中，形成新的思維增長點，將數據轉化為觀點進行輸出。學生在自主建構科學概念的同時，嘗試依據實驗數據提出猜想，建立證據與假設之間的聯系，促進了科學思維的發展。