以思維進階為脈絡設計《電路中的開關》教學

〔摘" "要〕" 以思維的進階為脈絡，設計《電路中的開關》教學。本文基于學生思維進階理論，通過“創設情境、實驗探索、設計制作、知識遷移”四個支撐架的設計，助力學生構建科學探究能力，發展技術工程實踐能力，提升自主學習能力，進而有效提升科學素養。

〔關鍵詞〕" 小學科學；思維進階；技術與工程；科學素養

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

科學課程標準強調，科學思維是科學核心素養的關鍵要素，它蘊含著學生的態度責任，又有助于形成科學觀念。在科學教學中，基于真實問題情境的教學活動能切實提升學生的思維能力，教師應著力拓展學生的思維深度和廣度，確保學生在科學實踐探究過程中不斷提升思維，以培養學生的科學素養為目標。

《電路中的開關》是教科版科學四年級下冊“電路”單元的第七課，涉及結構與功能、系統與模型等跨學科概念。學生此前已學習簡易電路連接、材料導電性和絕緣性等內容，為本課的學習奠定了堅實的理論基礎。本課內容分兩部分，前半部分探究科學知識，通過觀察閘刀小開關，明確開關的組成和作用；后半部分的小開關設計制作屬于技術與工程實踐領域，考查學生合作完成項目的能力。開關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。學習本課有助于學生深入理解電路概念，通過科技制作鍛煉動手實踐能力，感受開關在生活中的廣泛應用。四年級學生已具備用簡單設計圖表達想法的能力，且經過二年級上冊“做一頂帽子”、三年級下冊“我們的過山車”和四年級上冊“設計制作小車”等課程的學習，基本擁有動手實踐和構建簡單模型的技能。他們在多項工程內容學習中，具備一定的發現問題、解決問題的能力，初步形成與同伴溝通、合作的團隊意識。

一、創設情境，激活學生科學思維

課程標準指出，教學應從學生已有經驗出發，考量其身心和智力發展的適配性。創設真實問題情境，引導學生通過觀察、實驗、建構模型、分類等活動展開學習，以問題激活思維，引發認知沖突，喚起學生對現象的好奇心和探索欲，組織學生解決真實情境中的問題，實現知識遷移與融會貫通。

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

二、記錄實驗，助力思維可視化

實驗記錄單可引導學生記憶和回顧實驗現象，保持學習連貫性，凸顯思維過程，實現思維可視化。實驗中，它能引導學生如實記錄實驗數據，留下探究“痕跡”，對學生科學素養的形成意義深遠。

在制作小開關的探究活動中，準備了十幾種不同的材料，為避免學生選擇材料沒有頭緒，將觀察小開關的組成部分設計為底座、閘刀、接線柱三個部位（如圖2），學生通過填寫材料構成、勾選導電能力，可以一一對應開關組成，將已學過的科學概念可視化，解決學生前概念存在的問題和錯誤認知，最后小結開關由導體和絕緣體共同構成。標注不同材料所屬部位，為后續制作小開關選擇材料提供便利。

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

三、豐富材料，搭建思維進階支架

以材料呈現思維，為學生提供多樣、豐富的結構性材料是提升學生思維的前提。學生遷移應用電路概念和導體、絕緣體的知識，以任務驅動學生自主學習：小組合作制作一個簡易的開關。在工程實踐項目中，學生共商標準，確定成功的小開關要有哪些制作要求。準備豐富且分類的開關三個部位的材料，學生可選用自帶材料進行選擇和設計（如圖3），不限于教師提供的材料。考慮到之前學生搭建電路元器件線路雜亂，將電池盒、燈座粘貼在KT板上，學生只需將選好的小開關材料放置在空位置連入電路即可，減少操作失誤。這增加了學生的選擇空間和小組設計圖的豐富性，為后續方案設計和制作小開關提供支撐。

小組討論完設計圖后，學生的“設計方案”通過希沃白板實時上傳。小組展示評價及對比，學生發現閘刀部位選用回形針、銅鑰匙等都可以導電；底座部位選用不導電的材料例如橡皮、木塊、紙片都可以避免觸電；接線柱需選用金屬類導電的材料。學生對于開關結構和材料導電性進一步思考，對于開關的認識不再浮于表面，設計迭代后接著到了動手實踐環節——制作小開關，在實踐中解決問題，提升科學素養。在制作活動結束后，學生借助產品實物、設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，最終完成小開關制作的任務。

四、交流分享，實施過程性評價

以研討提升思維，研討環節對學生的探究活動進行過程性反思評價，是思維發展與生成的關鍵環節，對提升認知和培養深度思維至關重要。

進入“交流分享”環節，根據各小組在制作活動中完成的自評和互評，在班級記錄表呈現每個小組的評分，此時，科學思維的碰撞和進階得到了充分體現。學生踴躍發言，分析、對比、總結小組之間開關材料的優缺點，判斷是否符合成功小開關的標準及改進方向。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。學生還探討制作小開關如何控制電流的通與斷及是否實現控制功能，通過語言表達思維，用學習的眼光審視他人的成果，少數小組也對照自身作品反思并學習他人長處。反思后的收獲可以體現學習后認知的提升，便于教師了解學生的發展情況。

此過程融合了科學觀念、態度責任，深度發展了學生的科學思維。在過程性評價中，教師應充分利用觀察記錄和結果呈現，適時幫助學生深度觀察分析，關聯更多的信息，升華對概念的體驗和理解，給予學生更多認可和正面評價。

五、課外拓展，推動知識遷移

學生將課堂所學知識和思維方法遷移至生活情境，可以促進他們思維的發散，實現知識從真實情境中來，最終應用到現實生活。在拓展環節引入生活中開關控制多盞燈的情況，比如我們過馬路時遇到的紅綠燈，需要根據行人和車輛的需求交替亮起。學生需要重新設計小開關結構，規劃電路的連接，使開關可以交替控制紅燈和綠燈，如圖4。在電路設計圖上呈現開關的組成和改進方式，并能夠說清開關控制紅綠燈交替亮起的原理，這一設計可以發展學生的發散性和創造性思維，學生嘗試將設計轉化為實物模型搭建，并利用課外時間進行測評和改進。

經歷了小開關的制作和改進過程，學生將所學的知識遷移運用到實際生活中，將學習延伸到課外，帶著問題離開課堂：觀察真實的開關，比如教室里電燈和電扇、空調等多種電器的開關是怎樣控制電路的通和斷？從控制1個燈泡的小開關到控制"2個燈泡的紅綠燈，再遷移拓展到生活中電器的開關應用，舉一反三，深化學生對電路概念的理解，推動科學思維深度發展。

本課教學設計以思維的進階為脈絡，遵循“先思后做”“邊思邊做”“做完再思”的過程，從學生的前概念出發，以學生感興趣的導電玩具引入，了解小開關的組成結構，實施小開關的項目，設計制作小開關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思維發展的支架，學生在交流分享中實現思維的深度發展，形成科學觀念，完善了認知，使科學素養在課堂得以落實。

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