被学生“逼”出来的探究材料

李愉均

兰本达说：“材料对帮助孩子们观察世界，对发展孩子们的关于方法的概念，对发展孩子们所发现的事实间互相关联的概念，都很重要。”

探究材料是学生在科学探究活动中的操作对象，是学生解决科学问题、获得科学知识、提高探究能力的基本载体，对探究材料的操作和思考是学生获取科学知识和方法、培养创造性思维能力的主要途径。

教科版小学科学教材中的大部分都配有概念建构的材料模板，一线教师几乎无需动脑只需辛勤准备就行。但有些教学内容是无法准备探究材料的，只有采取资料分析、视频播放等方法，通过接受式发现学习法完成教学任务。笔者在《找拱形》一课中没有那么幸运，学生不依不饶地要求通过实验探究完成概念建构，在学生的“强迫”下，在学生智慧火花的碰撞下，还真找到了该课的探究材料。

一、基于预设——计划中的“按部就班”

[案例现场]

哇！3个乒乓球有这么大的承受力呀！老师，我们把4个凳子都放上去了，乒乓球还没有趴呢……老师，我要站上去……太神了！太不可置信了！……

这是教科版小学科学第六册（上）《形状与结构》单元第四课《找拱形》的教学环节，当学生了解乒乓球的厚薄软硬后，猜测3个乒乓球可以承受20或40本书甚至100本书时，已经不敢再想了。当学生用凳子作支撑面，叠加全部的课本、作业本乃至自己的座凳时，他们简直不敢相信自己的眼睛……让人震惊的实验场景建构了圆顶形的第一个特点——圆顶形有承载压力大的特点。

师：圆顶形和拱形有什么不同呢？

生：拱形是单一面弯曲，圆顶形

是一个圆做底盘的圆曲面形状。

生：拱形是平的底面，圆顶形的底面是圆形的。

师：请看课本上插图（图一），

拱形与圆顶形又有什么联系呢？

生1：圆顶形是一个拱形转起来

后形成的，球形又是围绕圆心旋转起

来的。

生2：科学课不是要用实验来证明吗？我们能不能做出拱形变到圆顶形的过程呢？

生3：这种想法想象一下就可以了，实验是做不出来的，我们又没有这样的机器。

当学生基于教材静态图片描述出动态过程，已经基本建构起拱形到圆顶形的动态形成过程，教材的编写意图也应该到此为止，教学目标也已达成。生2质疑这是拱形到圆顶形的假想演变过程，必须实验才可信，生3认为六年级学生可以想象这个形成过程，因此本环节就这样过了。至此，探究活动仍未结束。

二、基于意外——预设外的“引领碰撞”

3个对切乒乓球所支撑起的重量，让学生震惊，也让我感到实验的成功。但有一个小组的其中一个乒乓球破了，学生举着对切的半只乒乓球问我原因。学生自己认为是圆顶形受力后，将力往下传递再往外传递时把乒乓球压破了。一时争执不下，我顺势在黑板上板演了一个圆顶形，让学生画出力的传递过程。

[案例现场]

师：回忆一下我们拱形学习时

是怎样分析力的传递方向的，然后

在图上用箭头表示出圆顶形承受

力的传递方向。

学生在黑板上、自己簿子上进行了受力分析，图二是学生比较统一的一种认识。

学生对于圆顶形的受力分析，完全是基于对乒乓球受力后的认知，对于学生来说难度较大，教材用一句话来表述：圆顶形可以看成拱形的组合。它有拱形承载压力大的特点，而且不产生向外推的力。

如何让学生基于科学探究而自主建构“圆顶形不产生向外推的力”，实现“做中学”的科学理念，“材料的提供和使用”是最为重要的，但是教材对此显然是希望学生通过教师的教授建构起一种认知的层面，而不是深刻的理解，因为难度太大。遗憾的是学生对此并不满足。

生：这个乒乓球受到外力后，最后压破，说明圆顶形受力后还是产生向外推的力。

师：那我们怎样才能看到力的传递呢？能设计一个材料吗？

生：把乒乓球剪成一条一条的，就像切西瓜那样，然后再拼回去。

生：这样乒乓球会产生很强的支撑力吗？

生：是否可以用我们刚才的矿泉水瓶的瓶身来代替呢？

……

（学生讨论得很热烈，很快就到了下课时间）

原本希望通过图示法进行圆顶形的受力分析，但学生还是基于自己前概念的认识，并且无法摆脱对概念重构的影响。学生要求再次通过实验“观察”力的传递，材料的讨论花费大量时间，学生在智慧火花碰撞下，完成了圆顶形探究实验材料的初步设想。

兰本达指出：“通向建立概念的路总是始于经历，而有结构的材料则引出这种经历。学生希望通过基于自己探究实验的经验来发现和建构概念，这是非常值得称道的。当学生发现自己的理解与教师矛盾，还坚定自己的认知，这是科学素养提升的见证。”

接下来的工作就是学生和我共同准备实验的过程了。

三、基于探究——生成中的“概念建构”

[案例现场]

师：请用一个塑料圆环和塑料拱制作一个圆底拱形，用手按压并观察圆环的变化，用箭头表示力的方向。（如图三、四所示）

生：圆环受到了向外推的力，但是没有一直被向外推，似乎被牢牢拉住。

师：如果再放上一个拱形，你认为圆环还会这样被外推而变形吗？

生：会成为一个近似四边形形状的变形。

师：如果再加上4个圆底环还会变形吗？

下面是学生概念建构中的思辨过程：

生：放上两个拱形后，圆底环的形变不明显了， 比一个拱形更难以下压了。（如图五、六所示）

师：为什么两个拱形叠加后圆底环的形变不明显？力是向什么地方传递的？

生：当两个拱形被下压时，圆

底环4个方向被向外推，但是每个endprint

向外推的点上又同时被8个方向

沿着圆底环向内拉回，所以下压时

的手指会感到更难。（如图七所示）

生：拱形的力首先向外推，然后又被圆底环向内拉回，力是这样传递的。

师：4个拱形呢？手指下压时圆底环会有什么变化吗？手指有什么感觉？

生：当手指下压时，力从8个点向外推，但是又被16个方向向内拉回，所以向外推的力越大，向内拉的力也就越大，圆底环反而越不容易变形。（如图八所示）

生：如果再给我8个拱形，搭出来的不是拱形而是锅盖了。

师：锅盖是什么形状？

生：锅盖就是圆顶形了。

师：请同学们利用半圆环，制作一个硬度最大的圆顶形，并用手按压，分析力的传递。

生：已经看不出拱形有向外推

的力了。力被无数个点向内传递而

分散抵消了，所以没有变形。（如图九所示）

四、通过实验探究完成概念建构的思考

学生从基于教材分析到基于图示分析再到基于探究材料操作思考，科学概念螺旋上升发展，逐步建构圆顶形特征，其中探究材料起到核心作用。因此，教师对于部分教学内容要根据课堂变化及时、巧妙地制作和替换材料，这是一种技术，也是一种智慧，更是一门艺术。所以，我们不妨从以下几点进行把握。

（一）发挥学生智慧，设计探究材料

学生的科学智慧是无穷的，发挥学生智慧进行科学探究材料的开发，只要方法得当，时机成熟，潜能激发是能够做到的。如在《找拱形》一课中学生对于塑料矿泉水瓶巧妙利用，就是基于学生学习经验的利用，学生从西瓜的切分组合拱形中受到启发，又从乒乓球切分成为拱形迁移到当堂探究材料矿泉水瓶上，思维得到了创新性的发展和培养。

（二）发挥师生能动性，巧换小材料

实验探究材料是科学教学的基本载体，但有时非常难寻，此时师生的能动性发挥进行探究材料的巧妙调换对于及时开展实验非常有效。比如第六册（下）第一单元的显微镜使用中，洋葱是一个很好的观察内容，透明的内表皮很容易剥落，但是有学生对于刺鼻的味道不适应，甚至有学生会发生呕吐，怎么办？学生想到了芦荟，想到了笛膜（毛竹内表皮），这些替代品使实验的开展变得更为生动，探究内容更为丰富。

（三）将自然材料整合为实验材料

在自然、常识学科中有很多的材料与现在的科学课程编排不相符合，但是这些材料只要稍加整合就会成为现成的科学实验材料，如笔者发现：简单机械实验盒中的小塑料桶、塑料杠杆尺以及一个金属钩在现行科学教材《杠杆》一课基本派不上用途，而在《摆的研究》一课中这些材料又正好非常合适，因此，笔者将这些材料进行整合，组合成《摆的研究》的支架。

探究是科学灵魂所在，材料是科学探究的生命所在，两者缺一不可。有效发挥学生的力量进行材料的开发和设计，不仅对学生能力的提高非常有帮助，还会降低教师的材料准备的难度。

（责任编辑：符 洁）endprint

向外推的点上又同时被8个方向

沿着圆底环向内拉回，所以下压时

的手指会感到更难。（如图七所示）

生：拱形的力首先向外推，然后又被圆底环向内拉回，力是这样传递的。

师：4个拱形呢？手指下压时圆底环会有什么变化吗？手指有什么感觉？

生：当手指下压时，力从8个点向外推，但是又被16个方向向内拉回，所以向外推的力越大，向内拉的力也就越大，圆底环反而越不容易变形。（如图八所示）

生：如果再给我8个拱形，搭出来的不是拱形而是锅盖了。

师：锅盖是什么形状？

生：锅盖就是圆顶形了。

师：请同学们利用半圆环，制作一个硬度最大的圆顶形，并用手按压，分析力的传递。

生：已经看不出拱形有向外推

的力了。力被无数个点向内传递而

分散抵消了，所以没有变形。（如图九所示）

四、通过实验探究完成概念建构的思考

学生从基于教材分析到基于图示分析再到基于探究材料操作思考，科学概念螺旋上升发展，逐步建构圆顶形特征，其中探究材料起到核心作用。因此，教师对于部分教学内容要根据课堂变化及时、巧妙地制作和替换材料，这是一种技术，也是一种智慧，更是一门艺术。所以，我们不妨从以下几点进行把握。

（一）发挥学生智慧，设计探究材料

学生的科学智慧是无穷的，发挥学生智慧进行科学探究材料的开发，只要方法得当，时机成熟，潜能激发是能够做到的。如在《找拱形》一课中学生对于塑料矿泉水瓶巧妙利用，就是基于学生学习经验的利用，学生从西瓜的切分组合拱形中受到启发，又从乒乓球切分成为拱形迁移到当堂探究材料矿泉水瓶上，思维得到了创新性的发展和培养。

（二）发挥师生能动性，巧换小材料

实验探究材料是科学教学的基本载体，但有时非常难寻，此时师生的能动性发挥进行探究材料的巧妙调换对于及时开展实验非常有效。比如第六册（下）第一单元的显微镜使用中，洋葱是一个很好的观察内容，透明的内表皮很容易剥落，但是有学生对于刺鼻的味道不适应，甚至有学生会发生呕吐，怎么办？学生想到了芦荟，想到了笛膜（毛竹内表皮），这些替代品使实验的开展变得更为生动，探究内容更为丰富。

（三）将自然材料整合为实验材料

在自然、常识学科中有很多的材料与现在的科学课程编排不相符合，但是这些材料只要稍加整合就会成为现成的科学实验材料，如笔者发现：简单机械实验盒中的小塑料桶、塑料杠杆尺以及一个金属钩在现行科学教材《杠杆》一课基本派不上用途，而在《摆的研究》一课中这些材料又正好非常合适，因此，笔者将这些材料进行整合，组合成《摆的研究》的支架。

探究是科学灵魂所在，材料是科学探究的生命所在，两者缺一不可。有效发挥学生的力量进行材料的开发和设计，不仅对学生能力的提高非常有帮助，还会降低教师的材料准备的难度。

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向外推的点上又同时被8个方向

沿着圆底环向内拉回，所以下压时

的手指会感到更难。（如图七所示）

生：拱形的力首先向外推，然后又被圆底环向内拉回，力是这样传递的。

师：4个拱形呢？手指下压时圆底环会有什么变化吗？手指有什么感觉？

生：当手指下压时，力从8个点向外推，但是又被16个方向向内拉回，所以向外推的力越大，向内拉的力也就越大，圆底环反而越不容易变形。（如图八所示）

生：如果再给我8个拱形，搭出来的不是拱形而是锅盖了。

师：锅盖是什么形状？

生：锅盖就是圆顶形了。

师：请同学们利用半圆环，制作一个硬度最大的圆顶形，并用手按压，分析力的传递。

生：已经看不出拱形有向外推

的力了。力被无数个点向内传递而

分散抵消了，所以没有变形。（如图九所示）

四、通过实验探究完成概念建构的思考

学生从基于教材分析到基于图示分析再到基于探究材料操作思考，科学概念螺旋上升发展，逐步建构圆顶形特征，其中探究材料起到核心作用。因此，教师对于部分教学内容要根据课堂变化及时、巧妙地制作和替换材料，这是一种技术，也是一种智慧，更是一门艺术。所以，我们不妨从以下几点进行把握。

（一）发挥学生智慧，设计探究材料

学生的科学智慧是无穷的，发挥学生智慧进行科学探究材料的开发，只要方法得当，时机成熟，潜能激发是能够做到的。如在《找拱形》一课中学生对于塑料矿泉水瓶巧妙利用，就是基于学生学习经验的利用，学生从西瓜的切分组合拱形中受到启发，又从乒乓球切分成为拱形迁移到当堂探究材料矿泉水瓶上，思维得到了创新性的发展和培养。

（二）发挥师生能动性，巧换小材料

实验探究材料是科学教学的基本载体，但有时非常难寻，此时师生的能动性发挥进行探究材料的巧妙调换对于及时开展实验非常有效。比如第六册（下）第一单元的显微镜使用中，洋葱是一个很好的观察内容，透明的内表皮很容易剥落，但是有学生对于刺鼻的味道不适应，甚至有学生会发生呕吐，怎么办？学生想到了芦荟，想到了笛膜（毛竹内表皮），这些替代品使实验的开展变得更为生动，探究内容更为丰富。

（三）将自然材料整合为实验材料

在自然、常识学科中有很多的材料与现在的科学课程编排不相符合，但是这些材料只要稍加整合就会成为现成的科学实验材料，如笔者发现：简单机械实验盒中的小塑料桶、塑料杠杆尺以及一个金属钩在现行科学教材《杠杆》一课基本派不上用途，而在《摆的研究》一课中这些材料又正好非常合适，因此，笔者将这些材料进行整合，组合成《摆的研究》的支架。

探究是科学灵魂所在，材料是科学探究的生命所在，两者缺一不可。有效发挥学生的力量进行材料的开发和设计，不仅对学生能力的提高非常有帮助，还会降低教师的材料准备的难度。

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