手與腦兼收 做與思并蓄

顧長(zhǎng)明+張秀杰

[摘 要]

科學(xué)學(xué)習(xí)是“動(dòng)手—?jiǎng)幽X”的過程《研究電磁鐵》一課的教學(xué)源于“結(jié)構(gòu)與功能”的統(tǒng)一，探索電磁鐵磁力大小與電池電量、線圈匝數(shù)、鐵芯粗細(xì)三者之間的因果關(guān)系。基于有效的控制變量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過系列有層次的“做”來(lái)建構(gòu)與積累科學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，不斷促進(jìn)學(xué)生的動(dòng)作技能向心智技能轉(zhuǎn)化。

[關(guān)鍵詞]

動(dòng)手;動(dòng)腦;課例;設(shè)計(jì);評(píng)析

一、教學(xué)分析

《研究電磁鐵》是蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)第三單元內(nèi)容，本節(jié)課是在第一課時(shí)學(xué)習(xí)了制作電磁鐵的基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué)的?；凇敖Y(jié)構(gòu)與功能”的統(tǒng)一，探索影響電磁鐵磁力大小的因素，成于有效的控制變量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，旨在通過有層次的“做”來(lái)建構(gòu)科學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)?？茖W(xué)學(xué)習(xí)是“動(dòng)手—?jiǎng)幽X”的過程，操作過程中的動(dòng)作和材料可以為語(yǔ)言表達(dá)提供有效的支撐，讓動(dòng)腦變得更加準(zhǔn)確和豐盈，讓科學(xué)活動(dòng)體驗(yàn)與科學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)接，并向科學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化?！白觥迸c“思”在心理上往往是交互結(jié)伴而行，這為手腦并用、做思結(jié)合提供了依據(jù)。

本課分四個(gè)部分：一是制作電磁鐵。通過制作電磁鐵，展示制作電磁鐵的材料，知道電磁鐵的組成，為認(rèn)識(shí)影響電磁鐵磁力大小的因素奠定基礎(chǔ);二是通過調(diào)換電池正負(fù)極來(lái)改變電磁鐵的磁極，進(jìn)行控制變量實(shí)驗(yàn);三是研究影響電磁鐵磁力大小的因素。在制作的基礎(chǔ)上觀察什么樣的電磁鐵吸起的回形針多，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)影響電磁鐵磁力大小的因素進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過假設(shè)與搜集證據(jù)、控制變量的方式完成科學(xué)探究，在數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)影響電磁鐵磁力大小的因果關(guān)系;四是了解電磁鐵的應(yīng)用。通過列舉一些實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生了解電磁鐵在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用，意識(shí)到科技發(fā)展給人類生產(chǎn)生活帶來(lái)的便捷。本節(jié)課主要完成后三個(gè)部分內(nèi)容。

二、教學(xué)目標(biāo)

通過對(duì)比性探究實(shí)驗(yàn)，知道電磁鐵磁極和磁力是可以改變的，概括出電磁鐵磁力大小與電池電量、線圈匝數(shù)、鐵芯粗細(xì)三者之間的因果關(guān)系;了解電磁鐵在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用;能對(duì)本組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案做出說(shuō)明，能以科學(xué)態(tài)度做檢驗(yàn)假設(shè)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

三、教學(xué)重點(diǎn)

從結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的角度，探究影響電磁鐵磁力大小和磁極變化的因素，體驗(yàn)控制變量實(shí)驗(yàn)的操作要求，形成操作技能。

四、教學(xué)難點(diǎn)

控制變量實(shí)驗(yàn)的操作策略。

五、教學(xué)準(zhǔn)備

課件、電磁鐵、鐵釘、漆包線、電池、回形針和實(shí)驗(yàn)記錄表等。

六、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，促發(fā)研究問題

（1）教師提供材料，學(xué)生動(dòng)手組裝電磁鐵，了解電磁鐵構(gòu)成。

分別讓兩位學(xué)生做演示性實(shí)驗(yàn)，嘗試去靠近磁針，教師利用投影將兩位學(xué)生做的過程投影放大出來(lái)。兩位同學(xué)完成之后，全班共同回顧電磁鐵的結(jié)構(gòu)與組成，找出兩位同學(xué)“做”的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。

評(píng)析：“組裝電磁鐵”既是對(duì)上一節(jié)課的鞏固，又為研究影響電磁鐵磁力大小的因素提供了材料上的啟示，滲透結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的思想。

（2）驗(yàn)證通過調(diào)換電池正負(fù)極來(lái)改變電磁鐵的磁極，進(jìn)行控制變量實(shí)驗(yàn)。

教師提問：電磁鐵與永久磁鐵相比，磁力大小不同，磁極也不完全相同，那磁極可不可以改變呢？磁極的改變可能與什么有關(guān)呢？學(xué)生嘗試提出設(shè)計(jì)，分組驗(yàn)證。

（3）檢測(cè)裝置，發(fā)現(xiàn)電磁鐵存在磁力大小的差異。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)制作的電磁鐵，當(dāng)電磁鐵吸引回形針的時(shí)候，教師定格畫面，請(qǐng)同學(xué)說(shuō)說(shuō)觀察到了什么現(xiàn)象，想到了什么問題。學(xué)生提出問題，教師總結(jié)梳理，明確研究問題：電磁鐵磁力大小與什么因素有關(guān)？

評(píng)析：教師為學(xué)生提供了有結(jié)構(gòu)的材料，學(xué)生借助有結(jié)構(gòu)的材料所制作的電磁鐵，吸起的回形針個(gè)數(shù)有多有少，則推論出一個(gè)磁力大，一個(gè)磁力小。這樣水到渠成，學(xué)生自然想知道電磁鐵磁力大小與哪些因素有關(guān)，直指本節(jié)課的核心問題。發(fā)現(xiàn)問題往往比解決問題更重要，教師順勢(shì)將學(xué)生的問題引向基于“結(jié)構(gòu)與功能”的猜測(cè)。

（二）引導(dǎo)猜測(cè)，嘗試提出假設(shè)

（1）在學(xué)生認(rèn)識(shí)到電磁鐵存在磁力大小之后，讓學(xué)生思考電磁鐵磁力的大小可能與哪些因素有關(guān)，并嘗試從電磁鐵的結(jié)構(gòu)入手進(jìn)行猜測(cè)。

（2）學(xué)生預(yù)測(cè)并說(shuō)出依據(jù)。學(xué)生一般會(huì)猜測(cè)電磁鐵磁力大小可能與電力大小、線圈匝數(shù)多少、鐵芯粗細(xì)三個(gè)因素有關(guān)。教師繼續(xù)讓學(xué)生嘗試具體說(shuō)出電磁鐵磁力大小可能與三者有什么關(guān)系。

（3）圍繞學(xué)生的預(yù)測(cè)進(jìn)行概括，篩選要探究的因素。教師將學(xué)生猜想出的影響電磁鐵磁力的因素板書在黑板上，然后對(duì)同學(xué)們的猜測(cè)進(jìn)行總結(jié)歸納，引出本節(jié)課所要探究的內(nèi)容：電池節(jié)數(shù)、線圈匝數(shù)、鐵芯粗細(xì)三個(gè)因素與電磁鐵磁力大小之間的關(guān)系。

評(píng)析：認(rèn)識(shí)了電磁鐵的基本結(jié)構(gòu)后，讓學(xué)生對(duì)可能影響電磁鐵磁力大小因素做出猜測(cè)，引導(dǎo)學(xué)生從電磁鐵的組裝結(jié)構(gòu)入手，滲透結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一性。讓學(xué)生體驗(yàn)到猜測(cè)不是胡思亂想而是有根據(jù)的預(yù)測(cè)。教師不僅要學(xué)生猜測(cè)“與什么有關(guān)”，更要猜測(cè)“有什么關(guān)系”，這體現(xiàn)出教師要求學(xué)生做到有理有據(jù)，為選擇探究問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。

（三）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所提假設(shè)

（一）指導(dǎo)學(xué)生完成電磁鐵磁力大小與電力大小的關(guān)系實(shí)驗(yàn)

（1）猜測(cè)與記錄：電磁鐵磁力大小與電力大小有什么樣的關(guān)系，并將自己的預(yù)測(cè)記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。

評(píng)析：在控制變量實(shí)驗(yàn)中，教師與學(xué)生共同完成電力大小和磁力之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，豐盈學(xué)生控制變量實(shí)驗(yàn)的心智技能與操作經(jīng)驗(yàn)，為接下來(lái)的有效完成線圈匝數(shù)多少、鐵芯粗細(xì)兩者與磁力大小之間的控制變量關(guān)系實(shí)驗(yàn)提供思維與操作的支架。

（2）思考與反思：如何改變電池的電力？（學(xué)生會(huì)認(rèn)為新電池電力大，舊電池電力小;也可能會(huì)認(rèn)為通過增加電池節(jié)數(shù)來(lái)增加電力。無(wú)論學(xué)生選擇哪一種做法都是可行的，要讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)室主要靠調(diào)節(jié)電池的節(jié)數(shù)來(lái)改變電力）

（3）討論與交流：在改變電力大小的情況下，能否改變另外兩個(gè)條件？為什么？

教師啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到另外兩個(gè)變量是不能改變的，并嘗試說(shuō)明不能改變另外兩個(gè)變量的原因。（如果同時(shí)改變了另外兩個(gè)或者其中的一個(gè)變量，若結(jié)果發(fā)生了變化就不能判定是因?yàn)槟囊粋€(gè)變量引起的結(jié)果變化）

評(píng)析：控制變量實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)具有挑戰(zhàn)性，這種挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)為判定事物的因果關(guān)系。只有引導(dǎo)學(xué)生理解控制變量的道理，才能讓學(xué)生應(yīng)用“控制變量”法完成接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)。

追問：在改變電力大小情況下，線圈匝數(shù)和鐵釘粗細(xì)不改變，電磁鐵磁力可能是怎樣變化的？若電磁鐵磁力不變這說(shuō)明什么？若電磁鐵磁力變大這說(shuō)明什么？若電磁鐵磁力變小這說(shuō)明什么？

評(píng)析：通過追問來(lái)考量學(xué)生對(duì)控制變量實(shí)驗(yàn)中因果關(guān)系的理解，讓學(xué)生動(dòng)手以前先動(dòng)腦，想明白了，接下來(lái)的動(dòng)手操作只是驗(yàn)證猜測(cè)而已，手腦合融處，做思共生時(shí)。

（4）驗(yàn)證磁力與電力大小之間的關(guān)系。學(xué)生嘗試實(shí)驗(yàn)，在數(shù)據(jù)記錄時(shí)思考，憑借測(cè)量一次的數(shù)據(jù)就得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否可靠。教師選擇小助手合作完成實(shí)驗(yàn)，利用投影將實(shí)驗(yàn)過程投在屏幕上，全班同學(xué)參與到實(shí)驗(yàn)中來(lái)，幫助數(shù)吸起回形針的個(gè)數(shù)，觀察實(shí)驗(yàn)過程，明晰實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（5）學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，分組完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

猜測(cè)： ? ? ? ? ? ? ?。

實(shí)驗(yàn)中要改變的條件是 ? ? ? ?，不改變的是 ? ? ? ? ?、 ? ? ? ? 。

<E：＼10月＼中小學(xué)教學(xué)研究201510＼t10q-3.tif><E：＼10月＼中小學(xué)教學(xué)研究201510＼t10q-4.tif>[電池節(jié)數(shù)＼&＼&＼&吸引回形針數(shù)量＼&＼&＼&吸引回形針數(shù)量＼&＼&＼&吸引回形針數(shù)量＼&＼&＼&平均數(shù)＼&＼&＼&]

（6）學(xué)生根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)總結(jié)出電力與磁力的關(guān)系：在其他條件不變的情況下，電力越大，磁力越大;電力越小，磁力越小。

追問：什么是“其他條件不變”？為什么要說(shuō)“其他條件不變”？

評(píng)析：做的過程是積累科學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的過程，電磁鐵磁力大小與電力大小的關(guān)系實(shí)驗(yàn)是在教師引導(dǎo)下學(xué)生逐步完成的，扶放結(jié)合，以扶為主，為學(xué)生完成接下來(lái)的變量對(duì)比實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

（二）引導(dǎo)學(xué)生自主完成電磁鐵磁力大小與線圈匝數(shù)、鐵芯粗細(xì)關(guān)系實(shí)驗(yàn)

1.分組討論與制定方案

（1）猜測(cè)電磁鐵磁力大小與線圈匝數(shù)可能有怎樣的關(guān)系？要改變什么？不改變什么？為什么？需要什么器材？填寫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上。

（2）猜測(cè)電磁鐵磁力大小與鐵芯的粗細(xì)可能有怎樣的關(guān)系？要改變什么？不改變什么？為什么？需要什么器材？

2.交流實(shí)驗(yàn)方案

學(xué)生在交流的基礎(chǔ)上完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)過程中保持不變的條件和需要改變的條件，參照電磁鐵磁力大小與電力大小的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，完成磁力與線圈、磁力與鐵芯的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。

強(qiáng)調(diào)：在磁力與線圈的實(shí)驗(yàn)過程中將電磁鐵接到電池的兩端會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，所以在每次測(cè)量結(jié)束后要立刻切斷電源;在磁力與鐵芯實(shí)驗(yàn)中，由于用的是鐵芯，通電后鐵芯很容易被磁化，為了消除磁化對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，可以在每次測(cè)量之后將電磁鐵的兩個(gè)接線柱反接或者將鐵芯輕輕在地上敲打幾下即可;每個(gè)實(shí)驗(yàn)一般取三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。

評(píng)析：實(shí)驗(yàn)前讓學(xué)生明確“做什么”“怎么做”“做的過程中應(yīng)該注意什么”，這樣的探究才是有目標(biāo)、有計(jì)劃、有針對(duì)性的，使學(xué)生明確對(duì)比實(shí)驗(yàn)中必須控制好相同條件與不同條件，通過相互質(zhì)疑與補(bǔ)充，不斷完善實(shí)驗(yàn)方案。

3.學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

探究電磁鐵磁力大小與線圈匝數(shù)、鐵芯粗細(xì)長(zhǎng)短的關(guān)系。每組從上面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中任選一個(gè)感興趣的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，通過平均值歸納出影響磁力大小的因素。

4.小組匯報(bào)結(jié)論

在其他條件不變的情況下，線圈匝數(shù)越多，電磁鐵磁力越大。線圈匝數(shù)越少，電磁鐵磁力越小;鐵芯越粗，電磁鐵磁力越大。鐵芯越細(xì)，電磁鐵磁力越小。

師生共同總結(jié)：具體說(shuō)來(lái)，在其他條件不變的情況下，電池節(jié)數(shù)越多，電磁鐵磁力越大。電池節(jié)數(shù)越少，電磁鐵磁力越小;線圈匝數(shù)越多，電磁鐵磁力越大。線圈匝數(shù)越少，電磁鐵磁力越小;鐵芯越粗，電磁鐵磁力越大。鐵芯越細(xì)，電磁鐵磁力越小。

評(píng)析：如果說(shuō)前面的實(shí)驗(yàn)側(cè)重于“扶”，這里的實(shí)驗(yàn)則側(cè)重于“放”。學(xué)生猜測(cè)了許多因素會(huì)影響電磁鐵磁力大小并掌握控制變量實(shí)驗(yàn)的方法后，就可以自主探究其他因素對(duì)磁力的影響了?！白觥睅Ыo了學(xué)生經(jīng)驗(yàn)生長(zhǎng)的力量。

七、聯(lián)系實(shí)際，拓展延伸應(yīng)用

（一）了解電磁鐵“芯”的材質(zhì)

科學(xué)上把繞在鐵芯上的通電線圈叫做電磁鐵。如果把線圈繞在其他金屬物體上，比如說(shuō)繞在鉛棒上（出示鉛棒）會(huì)怎么樣呢？學(xué)生嘗試完成并演示。

教師總結(jié)：看來(lái)電磁鐵必須用鐵質(zhì)材料做芯才能起到較好的效果，并非只要是金屬就能做芯。當(dāng)然，如果能夠找到一種材料效果要比鐵芯更好，也可以用它來(lái)替代鐵芯。課后，可以嘗試著繼續(xù)去研究其他的材料。

評(píng)析：結(jié)構(gòu)性材料鉛棒的出現(xiàn)拓展了學(xué)生的認(rèn)知。鉛棒與鐵棒的對(duì)比環(huán)節(jié)活躍了課堂氣氛，啟迪了學(xué)生的思維，在認(rèn)知沖突中產(chǎn)生思維碰撞，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性得以凸顯。激活了學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望，體現(xiàn)了將探究貫穿于課內(nèi)外的理念。

（二）介紹電磁鐵在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用事例

以圖片的形式介紹電磁鐵電話、馬達(dá)、音響、電磁起重機(jī)等的應(yīng)用，同時(shí)介紹在這些電器的哪些部位能找到電磁鐵，并讓學(xué)生說(shuō)一說(shuō)在哪些地方可以找到電磁鐵？

評(píng)析：科學(xué)知識(shí)源于生活，用于生活，將課堂所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生活是科學(xué)教學(xué)的要求。只有學(xué)生對(duì)電磁鐵的知識(shí)有了充分認(rèn)識(shí)，才能用學(xué)到的知識(shí)去解釋生活中的一些現(xiàn)象。

（三）根據(jù)電磁鐵的性質(zhì)，設(shè)想電磁鐵在生活中的拓展應(yīng)用

本課學(xué)習(xí)了三種方法可以改變電磁鐵磁力的大小，知道了不僅磁力大小可以改變，而且磁極也是可以改變的，可見電磁鐵簡(jiǎn)直就是“活”磁鐵。那么，能利用電磁鐵的這些特性突發(fā)奇想地制作什么嗎？（學(xué)生組內(nèi)討論交流）

評(píng)析：基于生活原型的突發(fā)奇想并不都是胡思亂想，只要能根據(jù)電磁鐵磁力大小的原理對(duì)生活中的事物進(jìn)行合理的改進(jìn)與完善，并加以說(shuō)明解釋即可，既檢驗(yàn)了學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，又使所學(xué)知識(shí)得以應(yīng)用，思維路徑得以發(fā)散，創(chuàng)造品質(zhì)得以提升。

總評(píng)：通過學(xué)生不同層次的“做”使學(xué)生經(jīng)驗(yàn)得以再造與提升，體驗(yàn)得以內(nèi)化與豐盈，促進(jìn)體驗(yàn)不斷地向經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化，感性不斷地與理性對(duì)接。本節(jié)課的“做”表現(xiàn)為三個(gè)層次。一是通過“做”，創(chuàng)設(shè)情境，合理引出新知識(shí)。學(xué)生首先認(rèn)識(shí)了通電導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生磁性，利用這個(gè)特征做出了電磁鐵，對(duì)電磁鐵的結(jié)構(gòu)有了初步了解。學(xué)生在做電磁鐵的同時(shí)又發(fā)現(xiàn)了電磁鐵磁力大小存在差異，想到探究電磁鐵磁力大小與哪些因素有關(guān)，繼而圍繞電磁鐵的構(gòu)造與磁力大小的關(guān)系進(jìn)行猜測(cè)。電力、線圈、鐵芯與磁力具體的關(guān)系只有通過實(shí)驗(yàn)來(lái)得出結(jié)論。二是通過“做”，示范引導(dǎo)，促進(jìn)體驗(yàn)感悟。指導(dǎo)學(xué)生完成電磁鐵磁力大小與電力大小的關(guān)系實(shí)驗(yàn)是以“扶”為主的，在“扶”的過程中重在教會(huì)學(xué)生如何制定實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟。在實(shí)驗(yàn)中用到了“控制變量法”，通過改變一個(gè)條件，而保持其他條件不變來(lái)研究因果之間的關(guān)系，使學(xué)生初步感知因變量、自變量和無(wú)關(guān)變量之間的關(guān)系。三是通過“做”，自主探究，促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)生長(zhǎng)。讓學(xué)生利用在“扶”的過程中所積累的“變量控制”經(jīng)驗(yàn)，組內(nèi)制定實(shí)驗(yàn)步驟和操作方案，完成相應(yīng)數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，利用有結(jié)構(gòu)的材料，測(cè)出線圈、鐵芯與磁力大小之間的關(guān)系，積累了做的經(jīng)驗(yàn)，提升了做的水平。縱觀全課，“提出問題——科學(xué)猜測(cè)——實(shí)驗(yàn)探究——拓展延伸”是整節(jié)課的教學(xué)流程。在此過程中，教師充分發(fā)揮生活中常見電磁鐵現(xiàn)象的科學(xué)探究?jī)r(jià)值，緊扣教學(xué)主題，結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)、身心特點(diǎn)和認(rèn)知水平開展靈活有效的教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生不斷由動(dòng)作技能向心智技能的轉(zhuǎn)化;手因心運(yùn)，做隨思遣，讓更多的妙想在指尖流淌，讓更多的智慧從指尖誕生，讓心靈與手巧同構(gòu)共生。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]顧長(zhǎng)明.做思共生：科學(xué)教學(xué)的理想課態(tài)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2015（4）.

[2]王政.《電磁鐵》教學(xué)設(shè)計(jì)與反思[J].科學(xué)課，2011（8）.

[3]顧長(zhǎng)明.做中學(xué)：在“動(dòng)手與“動(dòng)腦”間追尋[J].中小學(xué)教師培訓(xùn)，2013（8）.

（責(zé)任編輯：符 潔）