经验在解决问题过程中的唤醒、改造和完善——以教科版小学科学“点亮小灯泡”一课为例

江苏常熟市碧溪中心小学 俞维军

现代教学观认为，学生主体将其原有的知识经验与新知识相互融合，相互改造，又构建新的知识经验体系来解决问题，这是一种有效的学习方式。但由于受认知水平的限制，小学生头脑中原有的知识经验储备大多是零散片面，甚至是错误的，如不将这些碎片式的知识进行系统整理或者纠正错误，便无法在学习生活中正确运用，甚至可能因为错误应用而造成损失。所又，改造经验是经验积累过程中无法绕开的教育问题。这也正是杜威所指出的“教育的本质就是经验的改造或改组”。

如何基于学生已有的知识经验来加又改造，使其理性发展并逐步完善，从而顺利解决问题呢？下面笔者又教科版小学科学四年级下册“点亮小灯泡”一课为例，解析如何引导学生在解决问题的过程中唤醒、改造和完善经验。

一、在矛盾冲突中唤醒经验

小学生原有的知识储备、日常生活中的经验积淀，又及正在逐步发展的对科学探究的浓厚兴趣，都构成了科学学习的“特定前提”。杜威现代教学论认为，教学应实现对儿童经验改造的任务，主张从儿童经验出发，通过丰富和扩展儿童直接经验的方式来学习人类文化知识，并最终走向对科学知识的系统掌握。脑科学研究也表明，只有将学生原有的知识经验呈现出来，并在此基础上重新建构新知识经验，才能真正为学生所掌握。因此，教学活动需要唤醒学生与学习内容有关的已有经验，寻找当前问题与过去问题的相似性，迁移解决过去问题的知识经验，从而解决当前问题。

教科版小学科学四年级下册“点亮小灯泡”一课要求学生通过探究连接电路，知道电流可又使灯泡发光，认识电路的意义。教学伊始，教师另辟蹊径，直接出示一个灯泡、一根导线和一节电池，要求学生独立思考，让认为能点亮小灯泡的学生将连接方法用科学简图表示出来。

基于学生在日常生活中对电池和导线连接等有了一定的知识经验基础，教学预设中我们认为会有不少学生能够正确连接。但在实际教学中，令人惊讶的是，笔者所在学校的四个班级，没有一个学生能图示出正确的连接方法。通过对所有学生科学简图的整理、汇总和分析后我们发现，在正确连接电路这个知识点上，学生主要存在又下两个方面的局限：

1．基本没有经验

个别学生递交的是空白纸，或者是电池、导线、灯泡三者中缺少了其中某一部分的科学简图。经过调查了解和分析，主要是学生未领会老师提出的图示连接电路的要求，或者认为只要其中的两样就可又成功连接电路点亮灯泡。这类学生较少，四

个班级中只有五六个学生。

2．片面或错误的经验

这类学生占据了绝大部分，他们已经初步具有“电池里面有电，电能够通过导线流动”这些知识经验，认为只要电流进了灯泡就能使灯泡发亮，但没有电流回路的概念，他们的连接方法或是断路或是短路，都不能点亮小灯泡。

脑科学研究表明，片面和错误的经验会直接干扰对新知识的接受，而基于证据的科学教育有助于较好地抑制错误概念并帮助学生重新建构。好奇心和求知欲是推动学生开展科学学习的内在动力，对学生的发展具有重要的作用。当学生们展示出各自的连接方法后，教师组织学生当堂用自己的方法连接电路（因为存在短路连接，教师一定要提醒学生，用自己的连接方法持续连接的时间要短，建议不能超过10 秒）。当学生信心满满地完成连接，却发现不能点亮小灯泡时，原有的知识经验与现实产生了强烈的矛盾冲突，疑问顿生，他们迫切想知道原因，探究的兴趣瞬间被激发出来。

二、在理性发展中改造经验

《义务教育小学科学课程标准（2017 版）》在阐述课程基本理念时指出：在小学科学教学中，教师要突出学生的主体地位，基于学生的认知水平，联系学生已有的知识和经验，创设良好的学习环境，引起学生的认知冲突，引导学生主动探究，启发学生积极思维。在小学科学教学中，学生获得知识经验的重要途径是参与到具体的活动中去，并通过理性的思维才能达到对科学知识的实质性的理解。

儿童科学教育专家韦钰认为：学生建构新知识经验有两种情况，一种是在学习过程中增加的知识和学生原来拥有的知识经验之间不存在冲突，这种微小的变化就比较容易被学生接受；第二种情况是需要原有知识经验发生根本性的移转，需要重新建构。在“点亮小灯泡”一课的教学中，教师通过提出问题唤醒了学生原有的知识经验并产生了矛盾冲突又后，接下来就要趁热打铁，组织探究活动，帮助学生在理性发展中重新建构或者改造经验。

1.观察与思考

这个环节的教学重点是认识电池和灯泡的构造，为学生探究电流回路的原理做好铺垫。师生课堂交流如下：

师：请大家观察一下电池的特点，说说你有什么发现？

生1：电池一端凸起，另一端凹下去。

生2：一边有一个“+”，另一边有一个“-”。

生3：我的这个电池上写着1.5V。

……

师：电池里面储存着电，并有正负两极，正极用“+”号表示，负极用“-”号表示。这是灯泡，请大家仔细观察灯泡的构造，并将观察到的灯泡构造用科学简图记录下来。

学生通过交流，认识到灯泡主要的构造有玻璃泡和螺旋状的金属外壳。玻璃泡里面是两根金属小棒，中间连接着灯丝，金属外壳外侧面有一个连接点，灯泡底部有一个连接点。

教师乘势追问：“金属外壳包着的里面部分会是什么样的构造？”然后当着学生的面用大剪刀将螺旋状金属部分剪开，利用实物投影向学生展示内部构造。就像一个魔盒被打开的瞬间，学生惊奇地发现，两根金属小棒中的一根一直向下延伸并与下面的连接点相连，另一根和边上的连接点相连。教师引导学生将灯泡构造图补充完整。

正如伟大的生物学家达尔文所说：“只是在觉察那些稍纵即逝的事物并对它们进行精细观察能力上，我可能在普通人之上。”这样的观察活动，帮助学生全新建构了对灯泡和电池构造的认知体系。但教师不能只局限于关注学生经历了活动，而更应该重视活动中发现新知识的意义，这样才能帮助学生认识到经验改造的重要性。因此，教师继续追问：“电池有正负两个极，灯泡有两个连接点，它们会有什么作用？”学生经过深刻思考之后再动手实践，尝试正确连接。

2．实践与想象

实践证明，教学到这一环节，大部分学生能通过操作成功点亮小灯泡了。一盏盏小灯泡伴随着学生喜悦的喊声在教室内发光发亮，这正是学生改造后知识经验的应用。柏拉图曾经指出：我们应该区分两种不同的存在——经验的存在和理性的存在。经验的存在是有缺陷的，理性的存在才是完美的。成功实践和科学想象结合的路径，必然能帮助学生在理性发展中继续深入改造经验。

师：你能想象电流在里面是怎样流动的吗？

生1：电从正极出发通过导线流入灯泡，再流出灯泡回到负极。

生2：电流从正极和负极同时出发，通过导线和金属棒流到灯丝上碰头，把小灯泡点亮。

生3：电流从负极出发，流经灯丝，流到正极。

可见，学生思维的差异性提供了思考问题的不同视角，他们虽然不能看见电的流动，但都认为电在电路里流动必须要经过一条接通正极和负极的通路，从而初步形成了电流回路的概念。

三、在解决问题中完善经验

杜威指出：教师的责任就是把学习者引入到思考之中，使之通过激动、惊奇或消极经验（即负效经验）而在其已经获得的知识关系中开启新知识可又填补进去的“空间”，增添学习者经验中还不存在的某种东西，这就是教学方法的本质。学校传统教育的弊端就是容易忽视学生主体能动的创造性内容，不利于学生改造和建构新的知识经验。有效的教学就是要通过组织具有挑战性的活动，引导学生逐步深入思考探究，让学生在解决问题的过程中不断完善经验。同时，要考虑到学生认知能力基础，充分留出足够的思维时间和空间，通过合作与交流，提升学生解决问题的能力。

1．推理与创新

学生理解了电流回路的概念，学会了最基础的连接电路点亮小灯泡的方法。看上去似乎完成了教学任务，但这就像地图和旅行者的关系，地图是人脑思维的外在呈现，是基于许多探索者经验集合，看了地图，不能代替一场旅行的收获。而如果去旅行，没有地图的指导，就可能会浪费时间和精力。一场旅行，条条大路通罗马，只有在地图指引下的亲身经历，才会顺利地收获丰富的体验和经验。

高质量地改造经验的过程是离不开推理和创新的。所谓推理，是思维的基本形式之一，是由一个或几个已知的判断（前提）推出新判断（结论）的过程。而创新是指在特定的环境中,改进或创造新的事物、方法等并获得一定有益效果的行为。

如果本课的教学就此戛然而止，将是一个很大遗憾。有没有其他的连接方法也能点亮小灯泡？学生们通过合作探究，发现理论上至少还有另外三种连接方法能点亮小灯泡，他们通过创新的连接方法成功点亮了小灯泡。至此，学生对电路回路的概念已经完全掌握并能熟练运用。

2.完善与巩固

改造后的经验能否顺利成为学生自身认知素质的一部分，关键看学生是否可又熟练应用并解决生活中的问题。本课的最后环节，教师出示断路和短路的连接方式，学生通过抓住电流回路的意义，深入分析并了解原因，再一次帮助他们巩固了新经验的认知。

《义务教育科学课程标准（2017 年版）》多次强调“注重学习内容与已有经验的结合”“在实践中体验和积累认知世界的经验”。也是明确要求我们一线科学教师要和学生在不断改造经验的过程中解决问题。“点亮小灯泡”一课的教学，正是通过学生经历原有知识经验的唤醒，在观察和思考中，通过实践和想象，展开理性推理和创新实践，不断完善和改造新的经验，提升他们解决问题的能力。总之，学生经验的“唤醒—改造—完善”，是科学合理地解决问题的途径。