创新设计,有效建构科学概念--《磁铁的两极》课例研究报告1

1、2015年余杭区教育学会论文小学科学学科创新设计，有效建构科学概念 磁铁的两极课例研究报告摘 要：本文是以教科版三下磁铁的两极为例，在一课二上的过程中发现问题，最终从“细定目标、精备食材、详制实验记录表、和慢理实验数据”四个方面来改进教学，解决问题，完整的建构“磁铁磁极的磁力最强，越往中间越弱，越往磁极越强”的科学概念。还发现还有很多类似的内容都可以通过此法促进科学概念深入、完整的建构。关键词：科学概念 有效建构 实验材料 数据一、第一次试教：粗尝恶果第一次上三年级下册中磁铁的两极这一课时，我只是利用了教材和教参提供的方法去达成我预定的教学目标。当时我是这么设计的：教学目标：1通过实验获取证据

2、，用证据来得出磁铁上磁力最强的部分叫磁极，磁铁有两个磁极。2通过活动认识到两个磁极接近，有时相互排斥，有时相互吸引。磁极间的作用是相互的。3体会到认真实验、细致观察的重要性。教学准备：为小组准备:小钢珠、大条形磁铁、回形针，没有标识的磁铁。教师准备:蹄形、环形等不同形状的磁铁，若干纸条(在黑板上直观记录条形磁铁相互作用的实验现象时使用)。教学过程：（一）导入1猜测把小钢珠放在条形磁铁的中间，松手后会出现什么现象？2教师演示（多做几次），学生说看到的现象（小钢珠在磁铁上总向两边滚）。3对此现象进行分析并做出假设。（二）磁铁什么地方的磁力大：1设计实验：实验方式（如图）2分组实验，记录，记录单如下

3、：实验记录单12 3 45数据（ ） （ ） （ ） （ ） （ ） 3汇报、分析数据，得出结论：两端磁力最大。 (三)磁铁两极的研究： 1引导设计实验，学生操作并完成记录表（如下图）。借助符号，如用“”来表示相互吸引，用“”来表示相互排斥。注：磁极标注A、B、C、D适时引入2汇报交流。3小结、延伸：（1）各组的实验结果都相同吗？（2）为什么会出现不同的结果呢？（标注字母时是随意的，没有统一标准。）（3）怎样才能标注统一呢？我们下一课再继续研究吧！课后反思：上完这节课，我的第一感受就是累。首先时间不够用，两个活动都想搞好，结果都草草过场。学生被我牵着走，问题下去总答不到点子上。结果剩我在自编自

4、导自演。教学效果也不甚理想。课后问了一组学生：1.条形磁铁的磁力哪里最强？4人都说两端最强。2.那其它部位呢？结果3个人说没有磁力，1个人犹犹豫豫不敢妄言。从第1个问题看，学生好像已经建构了磁极磁力最强的科学概念，但从第2个问题的回答来看，在他们心中的磁极变成两端有磁力的部位是磁极，其他部位没有磁力。这样的科学概念的建构是很不完整，甚至是歪曲的。怎么会这样？在听课老师的共同分析和反思下，发现问题主要出在以下几个方面： 1）目标定位太宽泛，重点不突出，难点未突破。这节课有两个教学活动，而且都需要学生实验去探究，导致每个活动的探究时间大量被压缩，每个探究活动都不能够彻底，这时对概念的建构是极其不利

5、的，感觉像灌输式的教学。学生的思维没能得到充分的解脱。 2）实验器材操作难，时间太浪费，效果更不佳。 在第一个探究活动中，回形针的使用不够合理，实验操作性极差，导致探究的效率大打折扣。也大大影响后面的数据分析。 3）记录单设计单一，仅关注数据，不关注推理 原记录单只是让学生记录实验数据，缺乏对数据的分析过程，不利于学生思维的提高和科学概念的建构。 4）数据分析太粗糙，层理性不够，概念建构差。对于磁铁磁力特点的研究过程中，没能好好的利用实验数据进行彻底系统的分析，只是关注了磁铁磁力最大最小的部位，忽略了磁铁磁力整体分布的特点，理解不深入。 二、改进方案：精挑细选，慢火熬制根据我第一次试教后反应出

6、来的问题，我从以下四个方面对教学预设进行了修改：（一）细定目标科学课堂教学中就应该围绕一个“核心问题”来进行教学，“核心问题教学是指一堂课应以一个问题作为中心，由此向多个方向进行思维发散，调动人各方面积极性进行思维的教学方法。”1而当今大多课“由于缺乏有一定思维强度的核心问题，新课程追求的自主、合作探究的学习，总是不够实在，流于形式，只停留在相互交流的层面。”1因此在这样的驱动下，学生能够有足够的时间来合作探究、分析。对于概念建构的有效性将大大提升，并且对于学生科学素养的培养也将更加有效。因此我将目标做了如下改动：第一次试教时的目标：1.通过实验获取证据，用证据来得出磁铁上磁力最强的部分叫磁极

7、，磁铁有两个磁极。 2.通过活动认识到两个磁极接近，有时相互排斥，有时相互吸引。磁极间的作用是相互的。 3.体会到认真实验、细致观察的重要性。 改动后的目标： 1.通过实验和数据分析知道条形磁铁两端磁力最强，越往中间磁力越弱。2.知道磁铁上磁力最强的部分叫磁极，磁铁有两个磁极。 3.体会到认真实验、细致观察的重要性，懂得用数据来支持自己的结论。这样修改之后，把科学概念的建构分成了细致的两步，强调数据分析的重要性。教学重点放在了第一个认识磁极的实验活动上，以突破完整建构磁极这个科学概念的难点上。略去了第二个磁极相互作用的实验，放到下一节课的内容中。希望这样来突出重点，使科学概念的建构能够更加细致

8、、完整。（二）精备食(实)材 科学课本中探究条形磁铁磁力大小的工具是回形针，但在实际操作过程中却不尽如人意，实验效果极差。主要原因是：1） 磁铁两端吸引回形针的数量太大，且一个一个往上挂大大地浪费实验的时间，降低课堂效率。2） 回形针的质量太小，非常容易被近旁磁力大的一点吸引，例如 回形针在如图红色位置时， 它就非常容易往右边端点移动且不易控制，以至于实验无法进行。1 2 3 4 5 于是，笔者对实验材料进行了改进，选择了一种更容易探究的材料小螺帽（直径=4mm），分别在条形磁铁的这五个部位： 用双面胶固定一个小螺帽， 这样就很好的解决了上述的两个难点，使得实验过程中螺帽数量不会很多且不会受磁

9、力影响移动，让课堂上最关键的实验操作环节能有效地进行，为后面数据的分析和结论的得出提供了大量的宝贵时间。实验效果如图所示（第一颗蓝色螺帽为双面胶固定螺帽,不计数量）：13245（3） 详制实验记录表我原先的实验记录表是这样的：实验记录单1 2 3 4 5数据 （ ） （ ） （ ） （ ） （ ）如今实验记录“大多流于形式。至于对怎么做记录?怎么记录更有效?怎样利用记录推动学生的科学探究的进程?许多老师都欠缺深入的思考。”2为了让学生完整建构条形磁铁越往中间磁力越弱，越往两端磁力越强的科学概念，我对实验记录表进行了如下改进： 这张记录表不仅仅让学生记录下实验的数据，而且还要让学生参与两个实践，

10、先找规律（在红框内）填数字，再根据数据建立柱状图。通过这两项对数据的再处理过程，将学生的思维一步步推向条形磁铁整体的磁力特点，自然而然的得出结论。充分体现了科学结论的得出是一个推理的过程，不能仅仅看表面的数据。有利于学生思维的发展，有效建构完整的科学概念。 （四）慢理实验数据当数据呈现的时候，三年级孩子的观察、思维水平决定他们会较多地关注条形磁铁中磁力最大的和最小的地方，而忽视整根条形磁铁的磁力分布特点。这也就导致了他们科学概念建构会不够完整。为此，在实验数据的分析环节，依据学生的思维特点，必须为学生科学概念的建构搭建有效的脚手架： 1脚手架之一：寻找数据规律1）根据数据找规律在小组实验过后，

11、每个小组都会有一组实验数据记录在自己的实验记录表上，将每组的数据呈现黑板，比如：实验记录单1 2 3 4 5数据 （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） 第一组：10 6 0 7 10第二组：11 5 0 6 10第三组：12 7 0 6 11让学生寻找规律，学生会容易发现数据：两边大，中间小。2）根据规律填数字在条形磁铁的五个位置中间再增加一个位置，可能会吸起几个螺帽，按规律填一填： 10 6 0 7 10 11 5 0 6 10 12 7 0 6 11在 中填上合适的数字，你会吗？ 新课标倡导“重视与数学的关联与互动。科学与数学的内在联系是不言而喻的，科学探究中的数据处理、模型建立都离不开

12、数学。要尽可能让学生在探究的过程中，运用数学知识和数学思维方式” 3。从年龄结构来看，低段的学生对数字大小的变化规律还是比较敏感的，因为数学中经常会让他们找数字规律。通过对实验数据的一个填数字游戏，让学生经历一个队条形磁铁磁力大小特点整体的感知，使学生的注意力不再只集中在最大和最小的地方，把他们的思维拉向整体的磁力分布规律。这一步很关键，它起到了让学生转变思维方向的一个重要举措。 2脚手架之二：数形结合1） 填数字游戏后，填一填自己小组的实验数据，并且根据填完的数据完成下面的柱状图（因为三年级学生没有经历过柱状图画法，教师应适当举例演示）。2）小组内讨论并完成柱状图。3）小组展示实验记录单，

13、并说说现在根据这张图又有什么发现？4）小结：原来的确条形磁铁两端磁力最大，并且两端往中间磁力逐渐减弱。并板书： 最强 最弱 最强 学生在本组实验的基础上结合对各组的实验数据进行分析,让概念具体化，通过让学生将数字转化为柱状图的方式，学生再一次经历了条形磁铁两端往中间的磁力变化规律，而且柱状图的形式更直观的将磁铁的磁力变化特点展示出来了，这时学生的思维应该会顿悟，原来它的确是两端往中间逐渐减弱。到这里我相信绝大部分同学对这一科学概念的建构已经很彻底了，并且应该是印象深刻的。三、第二次试教：细嚼慢咽，可口美味通过上述改进后，我进行了第二次试教，我明显地感受到：1实验探究效率大大提高，现象明显。 第

14、一试教在探究“磁铁哪个地方磁力大”这一活动时，仅仅华仔实验上的时间就要大致15分钟，而改进后的实验在这一时间耗费上最多也才5分钟，这样一来为后续数据分析节约了大量的宝贵时间，对科学概念的建构也才更加有效。所以前面一个实验大概有10分钟的无效时间，将这10分钟用在数据分析上，其实对孩子思维的提升时很有帮组的。 2 数据分析层层深入，学生思维活跃，概念建构完整。 这一张是某个小组的记录表，其实不难看出，学生是可以在老师的层层引导下建构起完整的科学概念的。而且他们也乐意去完成一定的挑战来提升他们的思维能力。3课堂学习氛围轻松，能进行长时探究，游刃有余。这两次试教下来学生的感受也是截然不同的。第一次学

15、生一直在跟着老师走，没有充足的时间去思考分析，甚至迫于时间所限强行得出结论，学生很被动。而第二次只有一个教学活动，学生获得了足够的时间和空间让他们尽情的思考分析，学生是很主动地，结论完全有时间放开让他们去总结，所以他们感觉很轻松，也干劲十足。4后测效果显著，有效地建构了科学概念。第二次试教后，我同样对一组学生做了后测：1.条形磁铁的磁力哪里最强？ 4名学生都答对。2.那其它部位呢？ 3名学生说往中间磁力是慢慢变小的，还有一位知道怎么回事，但是表达不清。由此可见，本节课的科学概念建构是成功的。但是在科学概念建构的过程中，学生情感态度价值观方面的培养还有待加强。比如：对现象、结论的表达能力、实验时

16、的相互合作能力、倾听的习惯等等都有待培养和训练。四、最后的反思其实教材中的很多同类型的实验课可以采取上述的策略或其一来精心设计，对科学概念的完整建构非常有效。例如五年级下册热单元中金属热胀冷缩吗一课，有一个“观察钢条的热胀冷缩”实验活动（如图）： 但在实际实验过程中这一实验现象用肉眼是很难观察的，对于概念的建构影响很大。因此为了能有效构建科学概念，我特意将此实验改为（如图）： 通过将钢条受热后长短的变化转化为通电、断电的变化，达到了将现象放大化，使学生观察起来更方便直接，课堂效率大大提高，同时对有效建构科学概念是极有帮助的。还有也是热单元中的热是怎样传递的这一节课中“热在金属条中的传递”这一活动中课本中的实验是这么设计的：但这样设计很容易引起学生误会，他们会认为热在金属条中是由高到低往一边传递，不利于学生概念的建构。因此可以改为如图所示：通过这一改动，学生很明显可以看到酒精灯加热中间后，两边离得近的先掉下，远的后掉下，对建构热是从高温向低温传递这一概念是很有效的，同时为