【精品】用有结构的材料引领孩子们踏上科学探究之路(孙辉刚、周友福)

1、用有结构的材料引领孩子们踏上科学探究之路科学材料的选择、设计与使用孙辉刚周友富材料引起活动，活动产生思维。在引导学生进行科学探究的过程中，我们会运用有结构的实验材料帮助学生 经历认识过程，形成科学概念，同时调动学牛探究的积极性，让他们体验科学探 究的快乐，更好地投入到科学课的学习之中。在此，我们借助具体的教学案例，对如何选择材料、如何使用材料等问题， 一起来进行探讨。一、什么是有结构的材料？有结构的材料是教师经过精心设计的典型材料的组合，这种材料组合，既要 能揭示与教学内容有关的一系列现象，体现教材的科学性，又要符合学生的年龄 特征和认知规律，保证学生有能力、有兴趣通过材料来发现问题、解决问题

2、、获 取新知。二、材料的设计与选择1、材料的设计指向概念的方向【案例1】磁铁一课的材料设计选择磁铁、铁块、镰块、铜块、铝块组合到一起，学生在操作这组材料时发 现：磁铁和铁、鎳能发生相互作用，而与铜、铝却不能发生作用，这便是磁铁的 特性。学生通过摆弄这些实验材料，形成了磁铁的概念。【案例2电和磁一课的材料设计准备的材料主要有电池、电线、小磁针、铁钉、大头针。在准备时应精心挑 选器材，比如导线，不能太粗、太硬，如果太粗、太硬，不利于学生在铁钉上缠 绕，且容易短路。导线缠在铁钉上述不能松散、脱落。铁钉不能太小，耍大的， 有利于缠绕导线。铁钉还要在火上烧红粹火，这样在断电后磁性马上消失，使学 生更能直

3、观地观察到电磁铁通电产生磁性，断电磁性消失。【案例3导体和绝缘体一课的材料组合层次一：教师提供给学生的材料有铜、铁、铝、干木头、玻璃、石头、塑 料、铅笔芯等。学生借助简单电路可以发现，有的材料导电，有的材料不导电， 分别叫它导体和绝缘体（这个过程是归纳）。层次二：出示塑料外壳的圈笔刀，问它是导体还是绝缘体？学生运用上面 的研究方法，发现圈笔刀一部分是导体，一部分是绝缘体，这时学生发现不能简 单地回答圈笔刀是导体还是绝缘体，只能分开表述；学生会发现要准确地描述导 体和绝缘体，就应该从材料的特性來描述（在演绎的过程屮学习抽象，获得了新 的认识）。层次三：提问“人体、水、大地是导体还是绝缘体？ ”这

4、个问题很重要， 它涉及安全用电的问题。用简单电路来检测，又不能发现它的导电性，如果在第 一层次就岀现这些材料，学生一定会给它们归纳到“不能导电的物体”一类。人 的思维具有“先入为主”的特点。当学生一旦形成了错误的概念，我们就要花更 多的精力来纠正。科学课就是帮助学生从生活概念走向科学概念，正确地认识世界。在认识提 升的过程中新知会与旧知产生激烈地冲突，只有打破原有的认知结构，建立新的 认知结构，才能产生新的认识。【案例4】鸟一课的材料设计鸟-裸教学吋，教师出示了鹦鹉、鸽子、麻雀、蝙蝠、公鸡、蜻蜓、蝴 蝶等部分实物和标本，让学生通过生活经验判断哪些是鸟哪些不是鸟。在这组材 料中，蝙蝠似鸟非鸟、公

5、鸡是鸟但常以“家禽”类出现，这样的材料，就引起了 学生生活经验中的“鸟”和科学概念屮的“鸟”的思维冲突。这一冲突正是我们 进一步研究的良好基础。2、材料的数量保证操作的需要【案例】磁铁磁性的强弱比较材料的选择教师a预设了三种方案：方案1：在磁铁的不同地方挂回形针，比一比哪个地方挂的多。方案2：用磁铁的不同地方慢慢地靠近一个铁钉，比较磁铁把铁钉吸过来的距离远近。 方案3：用一个小钢珠慢慢靠近磁铁，看它往哪边跑。事实上，材料并不是越多越好，也不是越好玩越好。教师应该从教学目标、 教材特点、学生实际、学校条件、当地环境资源等实际情况出发，精心准备探究 材料，让材料与科学问题、探究结论紧密联系，具有典

6、型性，要做到“少而精”, 切忌“多而滥”，防止因材料而引起学牛过多地关注无关的现象，真正让学牛的 探究活动落到实处。3、材料的选择保证探究的质量【案例11毛细现象一课的材料选择教师为每组学生提供了一份固定在支架上的餐巾纸，浸入红水中后，观察 到水沿纸上升的现象。接着，教师为学生提供以下材料：粉笔、铁棒、玻璃片、 棉布条、水彩笔芯、硬纸片等材料，并提出了探究的目标：水还能沿着哪些物体 上升呢？【案例2 舞台灯光一课的材料选择“光”是小学科学教材中重要的教学内容，但在课堂中很难让学生直观地看 到光的传播路径。鄂教版四年级舞台灯光一课屮，用了两个传统实验来认识 “光的直线传播”。一是让手电筒的光沿着

7、黑板面照射出去，在黑板上画出光射出去的路线 二是通过两块纸板上的小孔看到蜡烛火焰，再将另一块带小孔的纸板在两块 纸板间调整，通过三个小孔看到蜡烛火焰为止。仔细观察三块纸板和蜡烛的位置， 这说明什么问题？一位教师自制了 “光的传播演示箱”，将光的直线传播、光的折射、光的反 射等现象变得更直观，收到了较好的教学效果。【案例3 种子的发芽一课的材料选择本课研究水分对植物发芽的影响，而不是研究发芽的快慢和发芽的好坏。书 中是这样做的（略）。一位教师在实验中进行了改进（略），实验效果比较好。【案例4】 风力的利用一课的材料组合教师为每一组学生分别准备了三个叶片、六个叶片、八个叶片且形状不同的 纸风车，玩

8、后提问：哪一种风车传动得快？学生不假思索地回答：八个叶片的风 车转得最快，学生总结得出：风车叶片越多转得越快。这一课我们重点研究的是：怎样使同一个风车转得快？叶片止对风向，风力 要大。而不是叶片多少与转得快慢之间的关系。这一组材料没有引导学生形成正 确的认识，所以，它的结构没有体现教材的科学性。4、材料应鼓励学生自备课前准备材料是科学探究活动的重要组成部分，让学生自己去准备一些相关 的实验器材，这是一个很平常的课前准备，却能带来很多好处：一是减轻了教师 备课的压力，十儿个小组、每组十儿种材料，如果教师准备，那要花多少时间？ 二是学生准备的材料范围大、式样多，有利于增加实验的说服力。三是学生用自

9、 己的材料进行探究，积极性高。四是给学生一种暗示，生活中也有许多材料可以 进行探究实验。教学衣料的吸水性时，一位老师就多费心思，因为准备各种布料对现在 的学生来说有点困难。现在的家庭几乎都是买现成做好的衣服，家里根本没有碎 布头，也不能将衣服毁掉剪些碎布头来。教师事先摸一摸学牛的“底细”，原来 有个同学家是开缝纫店的，也有同学的邻居是进行服装加工的，还有个同学的奶 奶喜欢做手工活，有很多碎布头。就把收集的任务落实到这几个人头上，指导他 们要收集什么样的布料。结果，同学们带来的布料很理想，模拟实验过程屮，观 察到了 “毛毛雨”、“中雨”吋布料的不同变化。一个普通的气球，既可以揭示空气的存在，又可

10、以去揭示弹性；既可以演示 “空气流动形成风”，乂可以去解释“反冲”现象，还可以用来体会水、空气的 压力和气体、液体的热胀冷缩等。普通的注射器是研究空气的存在、空气占据空 间、压缩空气、浮与沉、潜水艇、小容器等很好的材料。尽管在小学生的科学启蒙阶段，我们要尽量科学规范地演示实验，使用规范 的器材，但我们还是要尽量选择一些符合学生年龄特征，贴近儿童生活的材料， 这些材料就是学生常见的坛坛罐罐，它们对学生有吸引力，乂便于学生操作，具 有趣味性和普遍性。怎样让学生养成自觉准备材料的习惯呢？（1）学期初列出能让学生课前准备的材料清单（2）指导学生如何准备实验材料要站在学生的角度去考虑，想一想我们布置的任

11、务是否合理？是否能够轻松 完成？假如随意布置，学生不带材料或带的材料不适合是必然的。（3）发挥小组作用，建立材料准备的检查机制我们应该充分发挥小组的力量，帮助孩子们养成认真准备材料的良好习惯。 首先，要提前通知，最好能够有样本，让学生清楚该准备怎么样的材料；其次， 发挥课代表的作用，在上课的前一天放学前再进行通知落实，减少忘记的可能性; 最后，由各小组长做好检查、督促工作。（4）要对准备的材料进行正确的评价对精心准备材料的学生，可以采用各种各样的奖励机制，比如奖励小星星， 贴在科学书本的封面上；可以让他当小组长，帮助教师分发材料，督促本组成员 开展实验探究；可以在课堂时间允许的情况下，让这些学

12、牛多做一次实验，以激 发其更大的学习热情；还可以将多余的实验材料分发给那些认真完成材料准备的 学生，进一步激发他们准备材料的积极性（5）发放“告家长书”，寻求家长的支持对那些经常忘带材料的学生，我们更需要家长的帮助，密切与家长的联系。 为让家长了解孩子们的课前准备工作，可采用发放“告家长书”的方式，让家长 理解科学课在培养孩子思维、能力方而的重要性，认识到孩子参与材料准备的重 要意义，并能协助孩子完成一些材料的准备工作，能够经常询问孩子学习科学的 情况。5、材料的选择应因地制宜许多材料不一定要在实验室里找，大自然中就有许多不错的材料。如种子的 萌发实验，要用到的材料有杯子、蚕豆、玉米种、布、线

13、、盘子，这些材料每个 同学家里都有。食物的营养中所用的瘦肉、蛋白、米饭、面条、土豆、苦瓜、 白菜，哪个家里没有？实验材料除了能在自然界里寻找外，有些材料我们述可以 用其他的东西来代替。如酒精灯用蜡烛代替，烧杯用玻璃瓶代替，滴管用废弃的 注射器代替，水槽用盆代替，集气瓶用饮料瓶（玻璃类）代替只要我们换个想 法，实验仪器照样可以丰富多彩，一点也不比城里的学校逊色。在农村有很多蔬菜大棚、养殖基地、果园林场等，这是农村特有、实用的优 秀课程资源。我们把孩子带进这些地方，请专业人员带领他们看、讲给他们听、 教他们学。新的生命单元的观察活动是从观察油菜花开始的。第一课油菜花开了, 最重要的观察材料就是油菜

14、花，由整株的观察到锁定一朵花的细致解剖，再到对 整株油菜的观察。孩子们会从01野里拔上一大束，通过观察、解剖，清晰地认识 了油菜花的结构特点，孩子们很有兴趣，知识掌握也很好。下课后，油菜花或是 丢进了垃圾筐，或是摆在角落很快枯萎败落。第2课各种各样的花，很自然, 甚至不需要老师布置，孩子们又掐来了成束的鲜花然而，在我们号召自备材料时，对学生进行珍爱生命的教育意识被淡漠、忽 略了，学生学了点关于生命成长的知识，却以践踏生命为代价，漠视生命会被他 们视为理所当然，为此，我们应做些改革，力求做到两者兼顾：既要完成观察任务，乂能尽量 避免伤害植物生命，并提高一株植物的利用率。孩子们自备材料时，让他们把

15、整 株的油菜花移栽到花盆里，成活后带到教室，上课时用来观察，平时就让学生照 顾其生长。这样，不仅能美化教室的环境，还能让学生持续地观察它的生长与变 化，第一课用完后，第二课还可以接着用。三、材料的使用与呈现一组材料就预示着一个现象，可以设置一个情境，进行一项探究，每一组 材料的出现都有自己的目的性。教师通过对材料的选取和组合，以及交给学生时 的次序，可以帮助学生发现和提岀问题。为使材料的结构更清楚，让孩子们更容易看出其内在结构，材料的发放有时 需要分阶段、分层次进行。材料怎么出示，如何出示，应该引起我们的思考。在实际教学中，应根据教学活动的具体情况，选择恰当的材料呈现方式。1、材料的提前呈现。

16、2、材料的即时呈现。【案例11磁铁的相互作用一课的材料呈现教师a为了节省时间，课前把两块磁铁放在桌面上，材料在课前就出现在学 生的眼前。教师把一只用纸做的小鸭放在水面上，鸭子轻轻转动，停止后鸭头朝 北。提问：你看到了什么？这应该是一个足以引起学生兴趣的演示实验，也是极富趣味性的导入。但我 们看到的是部分学生被桌上的磁铁牢牢吸引了，有的开始玩起了磁铁，对教师的 提问置之不理。接下来，老师的提问，学生的回答，部分学生都两耳不闻，而当真正开始需 要用两块磁铁研究时，他们的兴趣已经消失，开始打扰其他学生的活动。教师b把材料事先藏了起来，桌子上什么都没有。和上一位老师一样，教师 演示：把一只小鸭放在水面

17、上，鸭子轻轻转动，停止后鸭头朝北。教师提问：你看到了什么？不难看岀，在a教学中，由于材料的过早出现，分散了学生的注意力，产生 了自由活动的冲动，整个教学活动很松散。在b教学中，材料及时出现，教学井 然有序，学习热情自始至终高涨。【案例2桔子一课的材料呈现这一节课的执教者是著名特级教师章鼎儿。章老师在上课时用气球做引子活 跃课堂气氛，然后他拿出一个装有水果的袋子，一下子就把孩子的目光吸引过来 了，学生当然非常想要拿到这个袋子，静了下来。这时，章老师讲清楚了玩法， 就把这个装有水果的袋子分发给学生，拿了水果的学生自然会去实验，过了一会儿，章老师拿出一个杯子，这个杯子里装的是黄色的桔子水。他说: “

18、这个杯子里面的水是用桔子榨的。你们的桔子也可以榨出这样的桔子水出来。” 当学生静下来以后，章老师就开始分发材料，课堂一下子就又“闹”开了等学生活动得差不多的吋候，章老师又拿出一个小桔灯。孩子们一看，又有 新东西岀来了，他们立即停止了榨汁。课就是在这样一环套一环的节奏中进行着。【案例3热的传递一课，其中一个环节是探究热在固体中是怎样传 递的。老师是这样组织教学的：（之前先讨论实验的方法，在铝片上找3个点，涂上凡士林，看凡士林熔 化的顺序判断热在固体中是怎样传递的。）师：要想做这个实验，需要哪些材料呢？生：酒精灯、火柴、铝片、凡士林。师：还有没有？生：还要用夹子夹住铝片加热，不然会烫到手的。师：你

19、考虑得真周到，请组长上台来领取实验材料。小组长很兴奋地上台领实验材料，组内其他成员有的已按捺不住，站起身 来伸长脖子看着实验材料，等组长把材料放到桌上后，教室里顿时热闹起来。师：（表情严肃）请大家先把手屮的材料放下，我们再来看看，做这个实验 还需要注意些什么？师：（边说边点鼠标，屏幕显示“实验注意点”）请大家安静，坐好，我们 来看看，做实验述需要注意些什么，把这些“注意点”记在脑子里，然后开始实 验。这时，有的同学盯着屏幕看“注意点”，但更多的同学得到老师做实验的指 令，已迫不及待地动起手来。显然，老师的“友情提醒”并未对他们起多大作用。3、材料的分层呈现这种材料往往是学生己完成一个阶段的研究

20、，要进行下一阶段研究时所要用 的。由于各个小组之间存在差异，研究进度不统一，这就要求教师对那些研究进 度比较快的小组先发放材料，使材料在相应的阶段发挥出特有的作用。当然也可 以对表现好的小组先发放材料，这样能起到调控教学的作用。【案例1】 燃烧与灭火，老师在材料的发放上处理得很到位。（课堂一开始，就让组长从桌下取出1号信封，里面装有木条、木炭、蜡 烛、铁丝等，先讣学生熟悉这些材料，然后讣组长用蜡烛点燃木条，仔细观察， 认识燃烧现象。通过实验，发现燃烧一定要有可燃物，还要达到一定的温度。）师：具备这两个条件后，燃烧就能产生吗？请组长从桌下取出2号信封中 的材料，小组自主研究，看燃烧是否还需要其他

21、条件。组长取出2号信封里的材料，里面除了木条、木炭、蜡烛等材料外，还多 了一个烧杯。材料取出后，各小组开始进行实验。实验完后，汇报交流。师：燃烧还需要其他条件吗？生：要有空气。师：你怎么知道？生：我先把蜡烛点燃，再用烧杯罩住蜡烛，把蜡烛与外面的空气隔绝开， 一会儿它就熄灭了。牛：燃烧需要干燥的环境，木条弄湿了，就点不着了。师：说得很有道理。是的，燃烧的确离不开空气。确切地说，是离不开空 气中的氧气。这个教学环节，后发放的2号信封里的材料就称为“后续材料”。这位老师 发放材料吋注意了层次，把烧杯等作为后续材料发给学生，是很明智的选择。后 续材料的呈现，不仅循序渐进地增加问题的复杂性，而且使学牛在

22、逐渐复杂的问 题中思维活动步步深入，继而产生强烈的探究欲望，促使他们进一步探究。我们需要考虑的是：如何利用材料让孩子的思维向形成概念的方向发展，如 何调控孩子的思维由浅层次、无序性向深层次、概念性方面发展。材料的典型性、 暗示性就意味着材料和概念之间的关联性，材料出示的次序就代表着思维的层次 性。【案例2红黄蓝一课的材料呈现章鼎儿给一年级小朋友上的课。他准备好了红、黄、蓝3种颜色的液体，在 讲清注意事项后，将3种颜色的液体同时发给学生，期望学生通过不同颜色、不 同量液体的勾兑，观察出现哪些不同的颜色。章老师满以为学生会勾兑不同颜色 的液体，但事实是，学牛们很快就把3种颜色的液体全混在一起了。因为他们一 直在不停地勾兑，只注意倒液体，却忘了量的多少和及时停下来观察。第二次上课，章老师没把3种颜色的液体一起发下去，只发两种颜色的液体, 学生操作完并汇报后，再发另一种颜色的液体，结果，活动按老师的设想，课堂 走向了理想的境界。一样的材料，一起发放就容易岀现混乱，分开发放则精彩纷呈，因为材料本 身也预示着教师思维