《神奇的电》-小学五年级科学（综合实践）探究式教学设计

《神奇的电》——小学五年级科学（综合实践）探究式教学设计一、教学内容分析  本课隶属小学科学（综合实践活动）领域“物质科学”范畴，对应《义务教育科学课程标准（2022年版）》中“能量”主题下的核心概念“能的转化与能量守恒”。课程标准要求学生通过观察、实验、制作等活动，了解电是生活中重要的能量形式，认识简单电路，树立安全用电意识。从知识技能图谱看，本课是学生系统接触电学知识的起点，核心在于建构“完整电路”的科学概念，掌握连接简单电路的基本技能，这为后续学习导体与绝缘体、电路连接方式（串联与并联）乃至更复杂的电磁现象奠定了基石。其认知要求从具体的现象感知（灯泡发光）上升到抽象的原理理解（电流形成回路），属于从“识记”到“理解”并初步“应用”的关键跃升。从过程方法路径审视，本课是践行“科学探究与工程实践”核心素养的绝佳载体。学生将像科学家一样，经历“提出问题作出假设设计实验获取证据得出结论”的完整探究循环，并像工程师一样，动手设计和制作一个能够控制通断的简易电路模型。从素养价值渗透角度，本课知识载体背后蕴含着深刻的科学精神（实证、求真）与社会责任（安全用电、节能环保），通过探究电的“神奇”与“危险”双重属性，引导学生形成对科学技术既好奇探索又审慎负责的态度。  五年级学生处于具体运算思维向形式运算思维过渡期，对“电”既熟悉又陌生。熟悉在于日常生活中广泛接触用电器，具备“按下开关，电器工作”的直观经验；陌生在于对电的抽象本质、电流路径缺乏科学认知，普遍存在“电是从电池‘直接跳到’用电器”等迷思概念。兴趣点集中于动手操作和实验现象，但可能因操作不当导致实验失败，或因畏惧心理而不敢尝试。教学的关键障碍在于将看不见的“电流”转化为可视化的“回路”模型。为此，教学过程需嵌入动态化的形成性评价：在导入环节通过“点亮小灯泡”挑战进行前测，快速诊断学生的前概念水平；在新授各任务节点，通过巡视观察、追问关键问题（如：“你认为电在小灯座里是怎么‘跑’的？”）和小组汇报，实时评估概念建构程度；在巩固环节通过分层任务完成情况，进行后测以判断整体目标达成度。基于此，教学调适应为：对操作困难或存在畏惧感的学生，提供“分步操作图示”脚手架和教师个别指导；对较快完成基础任务的学生，提供“增加用电器（如小电机、蜂鸣器）”或“设计双控开关”等拓展挑战，满足其深度学习需求。二、教学目标  知识目标：学生能够超越对电的模糊感知，准确描述一个简单电路的必备要素（电源、用电器、导线、开关），并运用“电流形成闭合回路”这一核心概念，科学解释小灯泡发光、电风扇转动的根本原因。他们不仅能指认实物元件，还能在电路图中进行符号与实物的关联迁移。  能力目标：学生能依据任务要求，自主选择合适的器材，规范、安全地连接一个能使小灯泡持续发光的简单电路。在探究过程中，能基于观察到的现象（亮/不亮）进行有依据的猜想，并通过有目的的试错调整（如改变导线连接点），最终归纳出电路通路的共性条件，初步形成基于证据进行推理的科学探究能力。  情感态度与价值观目标：在小组合作探究中，学生能主动承担角色（如操作员、记录员、发言代表），认真倾听同伴意见，尤其在实验失败时能共同分析原因而非相互指责。通过对“触电”危害和“节能”意义的讨论，显著提升安全用电意识和节约能源的社会责任感。  科学思维目标：本课重点发展学生的模型建构思维与因果推理思维。引导学生将实物电路抽象成电路图，初步建立“实物符号”对应的物理模型。通过设计“为什么这样连能亮，那样连就不亮？”的问题链，推动学生从现象追溯本质，建立“回路闭合（因）→用电器工作（果）”的逻辑链条。  评价与元认知目标：学生能依据“电路连接规范checklist（清单）”进行小组互评，检查导线连接是否牢固、电池安装方向是否正确。在课堂小结时，能反思本组探究过程中最关键的“顿悟时刻”是什么，是如何从失败中调整策略最终成功的，从而提升对学习过程的监控与调节能力。三、教学重点与难点  教学重点：建立“完整电路”的概念，即理解电流必须从电源正极流出，经过用电器，再流回电源负极，形成一个闭合回路，用电器才能持续工作。其确立依据源于课标要求掌握的“大概念”——能量需要通过特定路径传递与转化。此概念是理解一切电路工作的基石，亦是后续区分串联、并联，分析复杂电路故障的核心逻辑起点，在学科知识体系中处于枢纽地位。  教学难点：学生理解“电的回路”这一抽象概念，并能在实物连接和电路图绘制中准确体现。难点成因在于电流不可见，与学生“电是‘消耗品’，从电池直接‘供给’用电器”的前概念强烈冲突，认知跨度大。常见错误表现为：连接电路时只接通电池一极与用电器一端，认为“接上就能亮”；绘制电路图时出现断头线或未形成闭合图形。突破方向在于：将抽象过程具象化，例如用“水流循环”或“赛车跑道”类比电流路径；通过大量有指导的动手操作，让学生在“成功点亮”与“失败不亮”的对比中，自己归纳出回路存在的必要性。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式白板课件（含电路动画模拟、安全用电视频）、实物展示台。1.2实验器材（按小组配备）：1.基础包：干电池（带电池盒）1节、小灯泡（带灯座）1个、开关1个、导线（两端鳄鱼夹）34根。2.拓展包（供快组选用）：小电机（风扇叶）、蜂鸣器、更多导线。3.辅助材料：实验记录单、“电路工程师”任务卡（分层）、电路元件符号卡片。2.学生准备4.预习：观察家中一个用电器的开与关，思考“电从哪里来，到哪里去？”5.携带：铅笔、尺子。3.环境布置6.课桌分组排列（4人一小组）。7.黑板划分区域：左侧用于张贴元件实物与符号，中部记录核心猜想与结论，右侧作为优秀作品展示区。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题驱动：  “同学们，请看老师手中这个手电筒。（按下开关，灯光亮起）一按就亮，再一按就灭，是不是很平常？但如果我告诉你，里面藏着一个让无数科学家着迷的‘神奇魔法’，你们想不想当一回魔法师，亲手揭开这个秘密？”（关闭手电筒，拆开，取出电池、灯泡、开关等元件，散放在实物展台上）“看，魔法解体了！现在，谁有信心，只用这些散乱的零件，重新施展‘光之魔法’，让这个小灯泡亮起来？”1.1提出核心问题与路径明晰：  “别急，真正的魔法师需要智慧和步骤。今天，我们就化身‘电路工程师’，一起来探究《神奇的电》。我们的终极任务是：成功组装并指挥一个‘听话’的电路，让小灯泡想亮就亮，想灭就灭。我们将从认识零件开始，到尝试组装，再到发现让灯泡发光的秘密法则，最后设计我们自己的电路作品。相信很多同学都玩过电动玩具，但你有想过，是什么让它们动起来的吗？让我们带着这个问题，开始今天的探索之旅！”第二、新授环节任务一：认识我们的“工程零件”教师活动：教师利用实物展台，逐一出示电池（盒）、小灯泡（灯座）、开关、导线。首先拿起电池：“这是我们电路的‘心脏’——电源，它提供能量。请观察电池两端，有什么不同？”引导学生发现“+”和“”标识。接着出示小灯泡和灯座：“这是能量消耗者——用电器。小心拧下灯泡，仔细观察玻璃泡内部和金属螺纹，猜猜电是怎么进去让它发光的？”然后出示开关：“这是电路的‘指挥官’，控制电流的通与断。”最后展示导线：“这些是‘高速公路’，负责传输电流。今天我们用带夹子的导线，更方便连接。”学生活动：学生以小组为单位，传看、观察分发的电路元件。重点观察电池正负极、小灯泡灯丝与两个连接点（螺纹和底部锡点）、开关的按键与接线柱构造。在记录单上画出或写出对元件的初步认识。可能会提出：“灯泡里面那根细细的线是什么？”“电池为什么分正负？”即时评价标准：1.观察的细致性：能否指认出电池的正负极、小灯泡的两个连接点等关键结构。2.提问的相关性：提出的问题是否围绕元件的结构或功能展开。3.协作的秩序性：小组传看过程是否有序，能否轻声交流。形成知识、思维、方法清单：  ★核心概念电源：像电池这样的装置能提供电能，是电路中能量的来源。它有正极（+）和负极（）之分，电流被认为从正极流出。  ★核心概念用电器：如灯泡、电机，它们消耗电能，将其转化为光、动等其他形式的能。小灯泡内部有灯丝，当电流通过时会发热发光。  ▲学科方法观察法：科学探究的第一步是仔细观察。观察不仅要用眼睛看，有时还要用手摸（安全前提下）、用脑想，比较不同部件的异同。任务二：第一次挑战——让灯泡亮起来教师活动：教师提出明确挑战：“不借助开关，只用一节电池、一个小灯泡（带灯座）和两根导线，你能让小灯泡亮起来吗？先别急动手，小组内讨论一下，你们打算怎么连接？把你们的方案画在记录单上。”巡视中，关注学生的方案，特别留意那些只连接电池一极和灯泡一端的典型错误方案。请有代表性方案的小组简要分享。然后宣布：“现在，将你们的设想变为现实！安全提醒：导线不要连接电池两端（短路），动手吧！”学生活动：小组讨论并绘制初步连接设想图。然后领取器材进行实践操作。他们会经历反复试错：可能一开始不亮，通过调整连接点（如将导线从灯座螺纹改接到底部触点），最终找到能使灯泡持续发光的连接方法。成功后，在记录单上画出最终成功的实物连接图。即时评价标准：1.探究的持久性：在遇到初始失败时，是否能不气馁，积极尝试不同的连接方式。2.操作的规范性：是否避免将导线直接连接电池两极造成短路。3.记录的完整性：能否将成功的连接方式清晰地绘制下来。形成知识、思维、方法清单：  ★重要原理电流路径：要使灯泡发光，电流必须形成一个从电池正极→导线→灯泡（灯座）→导线→电池负极的完整路径。任何一处断开，灯泡都不会亮。  ▲易错点连接点：小灯泡通过灯座上的两个接线柱（通常对应灯泡的螺纹侧和底部触点）接入电路，必须确保导线夹连接在这两个不同的点上，电流才能流过灯丝。  ★学科方法试错与调整：在科学探索中，失败是常事。聪明的“工程师”会从失败中收集信息（哪里不亮），分析原因（路径断在哪里），然后调整策略再次尝试。任务三：揭秘“通路”与“断路”教师活动：邀请一个成功点亮的小组上台展示连接。“灯泡亮了！大家先别急着高兴，谁能说说，为什么这样连接就能亮呢？”引导学生描述电流的想象路径。教师在黑板上用彩色粉笔沿着实物连接画出电流路径箭头（从电池+极出发，最后回到极），形成动态板书。然后提问：“如果我偷偷在这里（捏断一根导线）断开，会怎样？”学生回答后，教师总结：“像这样电流能够顺利通过的完整路径，叫做‘通路’；而像这样断开、电流无法通过的，叫做‘断路’。我们成功制造了一个通路！”学生活动：成功小组展示并解释。全体学生对照自己小组的连接，在记录单上用箭头标出自己认为的电流方向。理解“通路”与“断路”的概念。尝试在自己连接的电路中，人为制造一处“断路”（如松开一个夹子），观察灯泡熄灭，加深理解。即时评价标准：1.表达的准确性：上台展示时，能否清晰地指出电流的“起点”和“终点”，并使用“从…到…”的句式描述路径。2.概念的运用：在制造“断路”时，能否明确说出自己制造的是“断路”状态。形成知识、思维、方法清单：  ★核心概念通路：电路中电流可以流过的闭合回路。此时用电器正常工作（如灯泡发光）。关键提示：“闭合”是核心特征。  ★核心概念断路：电路中某处断开，电流无法形成回路。此时用电器停止工作。开关就是用来可控地制造“断路”的装置。  ★学科思维模型化：用箭头表示看不见的电流，用简化的路径图表示复杂的实物连接，这是在构建一个帮助我们理解和交流的“思维模型”。任务四：引入“指挥官”——安装开关教师活动：“现在，我们的灯泡能一直亮着了，但魔法师需要随时控制它。这就需要请出我们的‘指挥官’——开关。请各小组思考：开关应该安装在我们刚才电路的哪个位置？安装上开关，试试看能否控制灯泡的亮与灭。”巡视指导，确保开关被串联接入电路中的任何一点（通常最简单的是接在电池正极或负极的路径上）。提问：“开关是如何工作的？”引导学生将开关的“开合”与“通路/断路”联系起来。学生活动：小组讨论开关的安装位置，并将其接入原有电路。通过操作开关，反复体验“闭合开关（通路，亮）”和“断开开关（断路，灭）”的过程。在记录单的电路图上添加开关及其符号。即时评价标准：1.设计的合理性：能否将开关成功接入电路，并能有效控制电路通断。2.原理的关联：能否解释开关是通过控制电路的通与断来控制灯泡的。形成知识、思维、方法清单：  ★核心概念开关：开关是控制电路通断的元件。闭合时相当于一根导线，形成通路；断开时制造断路。  ★核心原理串联连接：开关必须和用电器、电源“首尾相连”地接入同一回路中才能起控制作用，这种连接方式称为“串联”。  ▲应用实例安全设计：所有用电器都通过开关控制，这不仅是方便，更是安全用电的基本要求。不用电器时，应断开开关，切断通路。任务五：从“实物”到“图纸”——初识电路图教师活动：教师在白板上展示一组实物连接照片和对应的标准电路图符号。“工程师们为了交流方便，发明了一套‘密码’——电路元件符号。看，这是电池符号，长线是正极；这是灯泡符号……”。引导学生对比发现符号的简洁性与抽象性。然后，出示一个简单的实物电路（电池、开关、灯泡串联），带领学生一起“翻译”成电路图，强调连线要横平竖直，元件位置可调整，但连接关系不能变。学生活动：学生对照符号表，认识电池、灯泡、开关、导线的标准符号。尝试将自己小组最终成功的、带开关的电路，用铅笔和尺子“翻译”成电路图，画在记录单的指定位置。小组间互相检查“翻译”是否准确。即时评价标准：1.符号使用的正确性：能否使用规范的符号代表各个元件。2.连接关系的准确性：绘制的电路图是否真实反映了实物电路的连接逻辑（串联关系、形成回路）。形成知识、思维、方法清单：  ★学科语言电路图：用规定的符号表示电路元件，用线条表示连接导线所绘制的图，称为电路图。它是研究和设计电路的国际通用语言。  ▲学科方法抽象表征：将具体的实物转化为抽象的符号和图形，是科学学习和工程设计中一项非常重要的能力。它帮助我们抓住本质，忽略细节。  ★易错点提醒：画电路图时，元件符号不能画在连线的拐角处；连线要画到元件的接线端上，不能断头。第三、当堂巩固训练  设计分层巩固任务，学生根据自身情况选择完成至少一项：1.基础层（诊断与巩固）：提供几张有错误的电路图（如：开关画在支路上、电路未闭合）。任务：“火眼金睛找错误”。学生需找出错误并说明理由。这直接诊断对“完整电路”和开关串联作用的理解。完成后，教师利用实物展台展示典型错误图例，进行集体讲评，强调常见误区。2.综合层（设计与应用）：任务：“设计一个卧室台灯电路”。提供电池、灯泡、开关符号卡片（可打印或磁性贴），要求学生在一张情境底图上（画有桌子和台灯），合理摆放并连接这些符号，构成一个能控制台灯亮灭的电路图。鼓励思考：“你的开关打算安装在床头还是书桌上？为什么？”此任务将知识置于真实生活情境中综合应用。3.挑战层（探究与创新）：任务：“让风扇转起来”。为快组提供小电机（带风扇叶）和更多导线，挑战：①用开关控制风扇的转与停；②（更高挑战）尝试在电路中同时接入小灯泡和小风扇，并用一个开关控制它们俩。这触及了对用电器并联连接的初步感知（尽管不要求掌握概念），极具开放性和探究性。  反馈机制：基础层任务采用集体讲评与同桌互查；综合层与挑战层任务，教师巡视选取有代表性的设计，邀请设计者上台借助磁性贴或白板讲解自己的设计思路，进行全班分享与评议。对于挑战层中出现的“一个开关同时控制两个用电器”的可行方案，予以特别展示和表扬，并点出：“这涉及更巧妙的连接方法，我们将在以后的课程中深入学习。”第四、课堂小结  “同学们，今天的‘电路工程师’之旅即将到站。请大家闭上眼睛，回顾一下：我们从一堆散乱的零件开始，最终获得了什么？”引导学生进行结构化总结。请几位学生分享，教师板书关键词（如：完整电路、通路/断路、开关控制、电路图）。然后，鼓励学生以小组为单位，用气泡图或简单的思维导图形式，在记录单背面梳理本节课的核心概念与关系。元认知引导：“你认为你们小组今天最重要的发现是什么？在连接电路的过程中，哪一次调整是最关键的？这给你以后解决新问题什么启发？”  作业布置：1.必做（基础性作业）：完善课堂上的电路图绘制；在家中寻找一个带开关的简单用电器（如台灯），向家人介绍它的电路组成部分和工作原理。2.选做（拓展性作业）：尝试用水果（如柠檬）制作一个“水果电池”，并思考它能否替代干电池点亮一个小LED灯（注意安全，需在家长陪同下进行初步尝试）。下节课，我们将继续探索电的奥秘，研究哪些材料欢迎电流通过，哪些材料会阻挡它——导体与绝缘体。六、作业设计1.基础性作业（全体必做）：1.绘制与表述：在作业本上，用标准电路图符号，规范地绘制一个由一节电池、一个开关、一个小灯泡组成的简单电路图，并用一两句话说明开关是如何控制灯泡亮灭的。2.生活观察员：观察家中客厅或卧室顶灯的开关控制方式。是进门一个开关，床头另一个开关也能控制同一盏灯吗？把你的发现简单记录下来，并思考这可能是什么原理。（为后续并联电路学习埋下伏笔）2.拓展性作业（鼓励大多数学生完成）：3.小小设计师：为你喜欢的玩具小屋设计一个“照明系统”。假设小屋里有一个房间需要一盏灯，请画出你的电路设计图（可使用电池作为电源）。并思考：如果想让两个房间的灯独立控制，需要增加什么元件？如何设计？4.安全用电宣传画：创作一幅以“安全用电，从我做起”为主题的简笔画或宣传标语，重点体现“不用湿手触摸电器”、“不随意拆卸电源插头”等安全常识。3.探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：5.探究项目：“导体大搜索”。利用电池、小灯泡、导线制作一个简易的“导电检测器”（将待测物串联接入电路，通过灯泡是否发光判断导电性）。在家中安全范围内（必须在断电状态下！或在家长监督下使用低压电池电路），检测至少5种不同材料的物品（如：钥匙、橡皮、铅笔芯、陶瓷勺、铝箔纸等），将物品名称、预测、检测结果和结论（是否是导体）记录在表格中，并尝试总结导体材料的共同特点。6.创意制作：利用废旧纸盒、电池、小灯泡（或LED）、导线和开关，制作一个简易的“创意小台灯”或“秘密盒子”（打开盒子灯亮）。拍照记录制作过程与最终作品，并附上简要说明。七、本节知识清单及拓展  ★1.电路：由电源、用电器、导线、开关等元件连接而成的电流路径。它是电能传输和转化的载体。认知提示：想象电路就像一条封闭的环形铁路，电流是火车，元件是车站和道岔。  ★2.电源：提供电能的装置，如干电池、蓄电池。电池有正极（+，通常突起）和负极（，通常平坦）之分。关键点：电源是电路中能量的“源泉”，没有电源，电路无法工作。  ★3.用电器：消耗电能，将其转化为其他形式能的装置，如灯泡（转光、热）、电机（转动）、扬声器（发声）。举例：灯泡内的灯丝通电发热至白炽状态而发光。  ★4.开关：控制电路通断的元件。闭合时，电路接通；断开时，电路断开。安全关联：开关是我们安全、便捷用电的关键控制器。  ★5.导线：连接电路各元件的材料，通常由金属（如铜）制成，外部包覆绝缘皮。作用：输送电流，相当于电路的“血管”。  ★★6.完整电路/闭合电路：电流从电源正极出发，经过用电器等元件，最终回到电源负极，形成一个完整的、没有断开的回路。这是用电器正常工作的唯一条件。教学重难点：此概念是本节课的灵魂，必须通过大量操作体验内化。  ★7.通路：开关闭合，电路连接完整，电流畅通，用电器正常工作（如灯泡发光）的状态。记忆口诀：“通”则“亮”。  ★8.断路：电路在某处断开，电流无法通过，用电器停止工作的状态。开关断开、导线松开、灯丝烧断等都会造成断路。记忆口诀：“断”则“灭”。  ★9.短路：一种特殊的、危险的电路连接方式。指导线不经过用电器，直接连接电源正负两极。此时电流极大，会迅速损坏电源、发热，甚至引发火灾。安全警告：实验和生活中必须严格避免！  ★10.电路图：用统一规定的符号表示电路元件，用线段表示导线连接，绘制而成的电路模型图。学科意义：它是科学交流与电路设计的标准语言，简洁、抽象、通用。  ▲11.电路元件符号：电池（长短线表示正负极）、灯泡（圆圈内叉）、开关（动断触点）、导线（直线或折线）。要求：需要识记并能规范绘制。  ▲12.电流（初步概念）：电荷的定向移动形成电流。人们规定电流方向从电源正极流向负极（实际电子移动方向相反）。教学处理：小学阶段不必深入，可类比水流帮助理解方向性。  ▲13.串联（初步感知）：电路元件逐个顺次首尾相连的连接方式。本节课的开关、灯泡、电池就是串联。特点：电流路径只有一条，一处断开，整个电路断路。  ▲14.应用实例：手电筒电路。一个典型的、最简单的完整电路应用。可拆解分析其内部构成。  ▲15.安全用电常识（拓展渗透）：水是导体，不用湿手触碰开关和插头；发现电线皮破损要及时告知大人更换；不靠近高压带电体；雷雨天气注意防雷等。价值观渗透点：科学知识服务于生命安全与生活质量。八、教学反思  本次教学设计以“探究式学习”为核心，力图将“结构差异素养”三维深度整合。从假设的课堂实施反观，预设目标的达成度需依赖几个关键节点的有效把握：导入环节的“拆解手电筒”挑战是否成功激发了全体学生的认知冲突和探究欲望？任务二的“试错”环节，教师能否敏锐捕捉典型错误连接，并将其转化为全班研讨的宝贵资源？这直接关系到“完整电路”概念的建构深度。差异化体现在任务卡的分层与器材的拓展包准备上，但在实际课堂中，教师对“快组”的引导与对“慢组”的支架提供，其时机和方式需要极高的教学机智，需避免“快组”无事可做或“慢组”被包办代替。  (一)各环节有效性评估  1.导入与新授任务链：从“认识元件”到“绘制电路图”的五个任务，逻辑递进性强，符合“实物感知操作体验概念抽象符号表达”的认知规律。任务二（点亮灯泡）是核心探究点，预计学生会花费较多时间试错，这正是价值所在——“孩子们，失败不是结束，而是发现‘此路不通’的路标，它正在为我们指明正确方向。”教师在此处的巡视指导与关键提问至关重要。任务五（电路图）的引入自然，但由实物图到标准电路图的跨越对部分学生仍有难度，需要更多示范与个别指导。  2.巩固与小结环节：分层巩固任务设计兼顾了诊断、应用与挑战，反馈机制中融入同伴互评与典型展示，能较好地实现“后测”功能。课堂小结引导学生进行结构化梳理和元认知反思，如能邀请学生用自己的语言复述“完整电路”概念，并举例说明，将能更有效地评估其理解程度。“你觉得今天最大的收获，是学会了连接电路，还是明白了它背后那个‘必须回家’的电流规则？”此类问题能引导学生触及思维本质。