材料结构化思考逻辑化

刘凌

三年级的学生刚接触小学科学学科，对于科学的兴趣高涨。由于年龄特点，学生对于科学学习所需的逻辑思维能力尚需逐步养成，对于科学探究的兴趣也存在持续性差的问题，整体科学素养处于较低水平。科学素养的形成需要长期、持续的培养，需要在教师精心组织与引导下逐步形成较强的逻辑思维能力，并在持续的教学中以兴趣为抓手持续激发科学探究兴趣。

《做一个指南针》是教科版科学三年级下册第四单元的内容。教材按照实践学习的顺序分成三个步骤：第一步是做磁针，通过用磁铁摩擦的方法使钢针变成磁针，用已有的知识判别磁针的南北极。第二步是安装磁针，想办法使磁针能在水平方向上自由转动，从而能指示南北方向。第三步是展示和交流制作好的指南针。

在实际教学中，原教材安排学生在制作指南针时，教师给学生提供制作材料，材料比较单一，教师给什么材料，学生就用什么材料做指南针。教师教授制作步骤，学生跟着学做指南针。虽然很多学生最后都能够做出指示南北方向的指南针，但是学生的创新能力没有得到发展。学生的看法比较单一、不够全面，不能从多个角度去思考问题，思维能力得不到很好的锻炼。更重要的是，学生探究兴趣无法通过运用材料完成制作及探究活动得以持续维持。

针对以上问题，运用STEAM教育理念中倡导项目化学习，以任务为驱动组织教学，以逻辑化的探究活动激发学生兴趣这一教学宗旨，对本课中的材料进行结构化处理，让学生在制作活动中发现问题，不断引发思考，进而持续激发学生探究兴趣。

将“设计制作指南针”这一项目作为课程主题，围绕怎样利用多种材料设计制作指南针为切入点重构教学。为帮助学生解决“设计制作指南针”这一项目问题，对原教材中的实验环节进行重构。学生在解决问题的过程中，获得知识，锻炼能力，培养毅力，意识到尊重科学规律的重要性，并激发他们学习科学的兴趣和团队协作能力。

活动一：学做磁针

原教材教师出示小钢针演示：用磁铁摩擦的方法使钢针变成磁针。给学生提供小钢针，让学生制作磁针。由于学生的钢针只有一种，很快就把磁针做好了。如果这时教师对材料进行结构化的处理，提供给学生的钢针有粗、细不同的两种，为后期引发学生思考用哪种材料做磁针能够达到理想效果这一问题做好铺垫。

【活动设计】

1.要做一个指南针，你认为我们需要的最重要的材料是什么？为什么？

2.出示小钢针，你认钢针可以用来代替磁针吗？为什么？

3.有什么方法可以使钢针变成磁针吗？教师演示：用磁铁摩擦的方法使钢针变成磁针。

4.有什么方法可以判断钢针是否变成了磁针？检测钢针是否带上了磁性。

5.想不想如何亲自做一枚小磁针？教师出示两种粗、细不同的钢针。提示：两种钢针该怎么选？制作中两种钢针在磁铁上摩擦的次数是不是要一样的？你为什么要选择某一种钢针？

6.你们的钢针变成磁针了吗？你是怎么知道的？

7.磁铁都有南北极，那么我们做的小磁针哪一端是南极？哪一端是北极？有什么方法可以辨别？

8.用指南针辨别磁针的南北极，并在记录纸上做好记录。

在本活动开展之前，以项目化的方式呈现本课的活动，对于后续主体活动的开展奠定了明确的目标，学生清晰认识到需要系列活动来实现项目目标，该活动的安排也变得顺其自然，且符合学生进一步探究的需要。

在本活动中，教师先示范了磁针的制作方法，然后安排学生自主操作。在学生材料中，教师安排了两种不同的钢针，其目的在于让学生进行合理选择，选择的唯一标准是“选用怎样的材料才能达到更好的效果？”这种选择在该活动中具有隐性特征，是基于后期的深入探究埋下的伏笔。

该材料的安排隐性引导学生有层次地思考两个问题：1.大、小磁针的制作细节是一样的吗？2.制作后的效果会一样吗？在制作中增加有逻辑结构的问题，学生在制作活动中带着疑问，将探究的兴趣从初始活动就逐步展开。同时，在活动中安排观察记录与统计活动，将数学领域引入进来。数学作为一种科学学习的辅助工具，能充分将有结构的材料特性进行数据化呈现，对于帮助学生后期围绕制作产生的隐性问题起到必要的辅助分析认知作用。

活动二：安装磁针

原教材安排给学生提供比较单一的指南针组装材料。对组装材料进行结构化重构后，教师为多种支撑方式提供不同套材，让学生选择合适的材料，想办法安装磁针，使其能够灵活地水平转动并准确地指示南北方向达到项目活动的目标。

【活动设计】

1.有了小磁针，要让它能指示南北方向，接下去我们还需要解决什么问题？

2.小组讨论：有什么方法可以使磁针在水平方向自由转动？需要什么材料？教师为学生提供多种材料（碗、杯子、形状不同的吹塑纸、粗细、长短不同的绳子等）让学生选择合适的材料。想办法安装磁针，使其能够准确地指示南北方向。

3.汇报交流。

4.学生领取材料，分组安装磁针。

5.我们做指南针可以指明方向吗？检测自己做的指南针能否准确地指示方向。我们自制的指南针能应用在哪些场合？你准备怎样使用？

在该活动中，有组织的对支撑结构材料进行了安排。提供水悬浮、悬吊、单点支撑三种不同类型的支撑材料，让学生自由选择合适的支撑结构。学生在對支撑结构进行选择时，将继续面对“怎样才能做出指南针”这一项目问题。选用哪种形式、什么材料才能让自己制作的磁针能完成指南的任务？是学生需要进行合理思考和选择的。而这种选择又往往要随着实际操作而不断发生调整以适应新的需求。

反复选择、反复尝试，引发学生逻辑思考：这些材料有什么特点？它能满足我的哪些需求？我再怎么利用选定材料的特性实现“指南针”这一作品？教师在学生自主实验中，有针对性地对具有较强逻辑思维能力的学生进行实时评价，将对全体学生逻辑思维能力的养成起到促进作用。不断尝试、创造，为实现最终目标而动手实践与思考，将维持并进一步激发学生开展类似科学探究活动的欲望和热情。

在教学实践中，学生运用已有知识明确“磁针只有在能自由转动的情况下才能指示南北方向”，通过小组讨论让学生设计磁针可以自由转动的方法，引导学生安装磁针。测试时如果指南针不能正确的指出南、北方向，教师引导学生思考到底是什么地方出了问题，让学生通过观察、实验、比较等方法明白为什么这种材料不行，要如何选择新的材料。

教师同步提醒学生制作指南针时要注意指南针实用性和美观度，重视艺术与科学的融合。实施调整后，学生自主思考的方面增多，层次性增强，能尝试从多个角度去想问题，较好地锻炼了学生的思维能力。活动整体在有组织结构的材料支持下，通过精心安排的有逻辑层次的问题，激发学生在科学探究中敢于质疑和勇于探究的精神。

STEAM教学理念对于科学学科进一步发展具有积极作用，其以项目为核心围绕实际解决问题，开展系列有层次与逻辑联系的活动，并最终实现项目目标的思路，对于当前解决科学学科教学中学生持续探究能力弱、学习兴趣难以形成系统化延续的问题具有积极的借鉴作用。

借鉴其强烈的结构性、逻辑性和目标性思想，精心组织实验材料，设计问题，对于维持和激发学生探究热情和欲望具有积极促进作用，并为进一步发展学生科学素养奠定良好的技术基础。

（作者单位：武汉市江汉区北湖小学）