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基于科学探究建构科学概念——苏教版五上《简单电路》一课的教学

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许 飞

【设计理念】

韦钰院士曾针对当下小学科学教育的弊端提出“小学科学应该围绕一定的科学概念组织教学”的观点。2017年2月新颁布的《义务教育小学科学课程标准》(以下简称“课标”),分别在物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、工程与技术等领域选取了18个“主要概念”,并多次明确指出“应帮助学生形成这些主要概念”。笔者认为,这是对过去一段时间内小学科学教育“探究活动主义”的价值澄清,是小学科学教育的一次理性回归。然而,重提科学概念,并不意味着抛弃“科学探究”。学生的科学概念并不是教师所能教授的,而是学习者通过探究进行自我建构的。课标也再次明确强调“倡导探究式学习”,指出“探究式学习是学生学习科学的重要方式”。因此,基于科学探究,帮助学生自主建构相关科学概念才是今后小学科学教育的主流方向。

有关简单电路的知识一直是小学科学(自然)学科的传统内容。大多数教师在执教《简单电路》一课时,总是止步于指导学生把电路连接成功,而忽视了学生对电路原理的进一步探究和理解。笔者曾经观摩某大市同题赛课,结果13节课有11节没有提及“闭合回路”;另有两节虽然提到“闭合回路”,却是以教师讲解的方式教授给学生的。能否让学生自己探索发现简单电路的原理,自主建构“闭合回路”等电路概念呢?基于此,笔者对《简单电路教学》一课展开了教学研究。

为了实现上述目标,笔者在这节课中努力做到以下几点:

1.突出主体地位,开展自主探究。

课标强调教学要突出学生的主体地位,这再次阐明了小学科学课程必须坚守的原则。本课将为学生提供充足的自主探究空间,通过观察铺垫、尝试实验(边想边做)、整理分析、得出结论等探究过程,引导学生自主探究,完成“闭合回路”“短路”“断路”等电路概念的自主建构。

2.突破探究模式,重视探究方法学习。

“思维五步法”是杜威提出的探究式教学法,之后,杜威又将其改成“五个阶段”,强调“这五个阶段并无定序”。我国现在流行的科学探究“六步法”或“七步法”等探究模式正是对杜威的“思维五步法”的借鉴和发展,但在实际教学中却存在严重的模式化问题。为了改变这种状况,课标删除了旧课标中关于探究流程的内容,把原来的探究环节微调为“探究要素”,同时明确指出“要避免程式化、表面化的科学探究”。可见,突破探究模式,根据实际情况灵活运用科学方法进行科学探究,才是探究式教学行之有效的途径。

本节课力求突破旧课标提出的探究模式,主张根据学习内容特点和研究需要引领学生进行自主探究。在教学中,将根据学生探究实际,适时出示科学研究方法,引领学生完成探究活动。最后,教学结束时,再次引导学生“对探究过程、方法和结果进行反思、评价”,以此引导学生开展学习反思,突破思维定式。

3.精选教学内容,突出训练重点。

40分钟是我国小学阶段一节课的通常时长,这也决定了教师必须学会取舍。经过多次尝试,为了能让学生充分体验探索和发现的过程,笔者在教学时精减了教学内容,把更多的时间留给学生,让其进行自主尝试。基于此,《简单电路》可分为两个课时:本节课将重点引导学生建构“闭合回路”等电路概念;第二课时将重点研究开关的构造以及如何连接一个可以控制的电路。

【教学目标】

1.了解一个基本电路的组成要素;了解开关的功能;了解常用电器和闭合回路的关系。

2.通过体验“尝试—发现”的探究过程,培养学生敢于尝试,肯于实践,乐于思考的科学精神。

3.通过经历对实验数据进行整理分析的过程,提升学生处理信息、分析概括、得出结论的研究能力。培养学生乐于合作和交流的态度。

【教学过程及意图】

一、游戏导入,提出问题

1.游戏(头脑风暴)。

师:根据描述猜猜今天将要研究的内容。(课件逐句出现以下语句)

它无影无形,却能给人们带来光明;它不用车载船运,却能在金属里飞奔……

2.提出问题。

师:同学们真聪明,很快就猜出来了,的确是电!电已成为我们现代生活不可缺少的一种能源。只要轻轻一按开关,各种电器就工作起来,非常方便!这里面到底藏着怎样的奥秘呢?今天我们就一起来揭开这个谜底。

【游戏引入,以最快的速度抓住学生的心。紧扣主题,明确提出本课探究的问题。】

二、研究电路器材,为概念建构铺垫基础

1.观察灯泡结构。

师(取出一枚小灯泡):看,老师给大家带来了什么?

师:观察一下它的外部构造,看看它有哪几部分组成?分别是什么材料做成的?(出示板书:观察)

师:就这么简单的小东西也能发光?再来看看它肚子里有什么?它们是怎样相连的?(出示灯泡的内部结构图,见图1)

师:知道这些后,如果让你把它连到电路中,你准备连在它的什么部位?

【认识灯泡的内部结构是后续学习发现和理解闭合回路的关键。】

2.观察电池。

师(拿出一节电池):知道电池有什么用吗?你觉得它有什么特殊的地方吗?

师:知道正极和负极有什么作用吗?

生:是向电路输送电的连接点。

师:请在电池上找出正极和负极。

三、尝试连接电路,为概念建构搜集例证

1.布置实验任务。

师:有了电池、小灯泡,再加上一根导线,你能让小灯泡亮起来吗?

师:老师也相信你们一定能,不过动手之前,老师还有三点温馨提示。(课件出示下列文字)

(1)不断尝试:想一想,做一做,更多地尝试不同的连接方式;(板书:尝试)

(2)及时记录:把自己尝试过的连接方式都记录下来,并在能亮的灯泡上画上光芒;把能亮的画到展示纸上然后贴到黑板上来展示;

(3)小组合作,共同完成。

【尝试的过程也是思考的过程。笔者突破传统探究式教学中的“猜想环节”,直接让学生动手试验,体验探究的过程。在此过程中,他们会遭遇问题和失败,自然会思考换一种连接方式。只有经历过失败,成功才会更加令人激动。这种尝试可能会花费更多的时间,但这样做会给学生留下更多自主探索的时间和空间,同时,在尝试中探索也是科学研究的一种方式,我们有必要让学生经历之。】

2.分组实验,自主尝试连接电路。

教师巡视,适时提醒连接成功的小组把连接图贴到黑板上。提醒学生无论有没有成功,都尽可能多地去尝试更多的连接方式。

【把成功的连接图贴到黑板上,其实是整理实验数据的开始。】

四、整理分析数据,建构电路概念

1.基于正例,发现规律。

师:几乎所有的小组都成功了,下面请大家把实验器材放回原处,然后用身体语言告诉我,你们已经完成了。

师:用30秒钟观察一下你们的研究成果。(示意看黑板上的连接图)

师:有补充吗?有补充的请把实验记录继续贴到前面来。

师:有没有不能亮的连接方案混在里面?(有争议的挑出来,待会儿再专题讨论)

师:再看一看这些所有能亮的连接,你们有什么发现吗?

师:为了能更好地发现其中的奥秘,我们一起把记录单整理一下吧!(板书:整理)

师:为了表达起来更方便一些,我们把小灯泡金属外壳所在的连接点用字母A来表示,底部金属触点用字母B来表示。

集体逐一观察后,学生会惊奇地发现,所有成功的连接其实只有两种连接方法:+A\-B;+B\-A。

【此处重点培养学生整理数据、处理信息的能力。引导学生学习用数学符号来处理信息,然后再对数据进行分类整理。】

2.描画电路,发现“闭合回路”。

师:为什么这样连就能亮呢?这样连接到底形成了一个怎样的电路呢?看来我们有必要把灯泡打开,做进一步的分析。(板书:分析,出示图2)

师:电经过了一个怎样的路线?我们一起伸出手指,描摹一下。

师:你们有什么新的发现?

师:同学们真聪明。原来这样连接在电池正、负极之间形成了一个从电池正极出发,经过用电器,再回到电池负极的闭合电路,科学上把它称作“闭合回路”。正是有了这样的闭合回路,电才有了流动的通路,从而产生电流,当电流通过用电器时,电器就开始工作了。

教师与学生共同讨论、总结,逐步把讨论结果表达成如下板书,见图3。

师:下面,我们再来看一下完整过程。(播放电路电流动画,感悟电流概念)

【先用成功的案例来发现规律,然后再用失败的案例来反证,这是这节课探究思路的核心,也是本节课教学设计的创新之处。此处重点培养学生分析数据得出结论的能力。】

3.利用反例,反证概念。

师:通过刚才的研究我们发现,所有成功的连接里都形成了闭合回路,那么其他连接方式,特别是没有成功的连接里是否也存在“闭合回路”呢?下面,我们再回过来看一下我们刚才实验中还尝试过的其他的一些连接方法,来看一看它们有没有形成闭合回路?

师生共同选取几个不同的连接方式,进行逐一分析,最终确认:只有连成闭合回路的灯泡才能亮。

【此处其实是对刚刚建立的“闭合回路”概念的“证伪”的过程。即利用实验中的其他连接方案,特别是没有点亮小灯泡的失败连接方案作反例来试图推翻(反证)刚刚建立的关于“闭合回路”的结论。若无法推翻,则进一步证实了该结论。】

五、运用概念解决问题,检测学习成果

1.了解开关作用,解答课堂开始提出的问题。

师:通过刚才的研究,我们进一步确认:只有把电器连接在电池的正负极上,形成闭合回路,电器才能工作起来。但是,在实际生活中,我们却很少让电器永远处于工作状态,而是根据需要,时而工作,时而停止,我们有什么办法来控制电路呢?

生:装开关。

师:同学们真聪明,老师这里就有一个开关模型,你们能分析一下它是怎样控制电路的吗?

2.分析电路故障,检测概念掌握情况。

师:同学们都很棒,这么快就掌握了电路的基本原理。下面老师就请大家来当一回小电工,帮助小明看看它的台灯出了什么故障?(出示下面的文字)

天黑了,小明准备做作业,可是台灯不亮了,这是怎么回事?你能利用今天所学的知识来推测一下可能发生了什么故障吗?

【学以致用,这是一道开放的情境分析题,答案不唯一,但都利用了本课所学的电路概念和知识,所以也是对本课学习效果的检测。】

六、反思学习成果,梳理探究历程

师:时间过得真快,马上就要下课了,我们一起来回顾一下所学的内容。我们今天学习了哪些知识?

师:我们今天是怎样学到这些知识的?(引导学生回顾本课的研究过程:观察、尝试、整理、分析、总结、应用……)

在课的最后,笔者提醒:家用交流电电压超过人体所能承受的安全电压,不可直接拿来做实验,请注意安全!

【课标明确要求学生要“能在教师指导下对自己的探究过程、方法和结论进行反思”。此处引导学生进行反思,不仅是落实课标要求,更是学生梳理探究思路,学会自主探究的必要环节。】

(作者单位:江苏省南通高新区小学)

【微话题】

@江苏教育:你对科学是怎么理解的?

@许飞:科学主要研究各种实实在在的自然事物或现象,探索和解释隐藏其中的原理和规律,它是一门基于实践而又充满理性的学科。对于小学生来说,科学学习是一个“玩+思考”的过程。“玩”是指科学要有学生感兴趣的内容,要有动手操作和实践的机会,要让学生感到“很好玩”。科学学习中的“玩”是一种“思考着的玩”,“思考”是把“玩”提升为科学活动的关键。有了思维的引领,“玩”才能变得有目的、有计划、有方法、有发现。

@江苏教育:2037年的学校是什么样子?

@许飞:随着信息技术、物联网技术的高速发展以及教育资源的海量积累,2037年的学校将是一个现实与虚拟技术高度融合的环境。学校里的教室、走廊、图书馆处处可见各种互动电子屏;虚拟图书馆、虚拟实验室等各种信息平台为学生提供了丰富的学习资源和跨时空的交互环境;学生能随时随地在开放的虚拟平台获得全科的知识;教师不再具有“先知”的优越,教学已成师生平等的研讨……

@江苏教育:写一段话,送给自己。

@许飞:没有什么不可以超越,只要我们足够努力!只要用心耕耘,处处都会盛开美丽的鲜花。

【他人说】

在许飞老师的身上我看到了“科学人”的品质:敢求真、善质疑、有思想、敢创新、注重实证、思维严密、极有探索精神。

作为科学教师,他钻研教材,大胆开创“玩+思考”探究式课堂教学模式,课堂教学生动有趣,环环相扣,富有思考深度,让学生流连忘返。

作为河南教育报刊社组织编写的国标小学《科学》教材的核心编写者,他对科学教育有过较为深入的研究,对当下科学教育现状有着自己独到的分析和见解。他编写的单元思路新颖,趣味性强,贴近学生实际,操作性强。

作为我校的教科研骨干,他眼光犀利,思想独到,总能及时地发现问题,发表见解。他曾被我校论坛戏称为“北丐”,“降龙十八掌,掌掌生风”。

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