改进器材，让学生的科学思维更明晰

叶军

【摘   要】推理与实证是科学精神的重要特质，也是培养学生科学思维的重要途径。当教材中的器材与学生的观察、探究活动不适应时，教师可以寻找更具代表性的器材，体现用教材的思想。以《神奇的小电动机》一课为例，教师可以通过换一换、推一推、测一测、比一比等策略，让学生的科学思维过程更明晰。

【关键词】小学科学;器材;科学思维;神奇的小电动机

思维是学习者核心学习能力的体现，也是其适应现代社会发展的核心力量。科学思维能力是科学课程核心素养的重要组成部分，不仅能对学生的学习及生活产生重要作用，还能迁移到其他领域。小学科学课程以活动引领学生探究，一个好的活动设计，一套有结构的探究器材，不仅能让学生经历科学探究的过程，还能让他们在探究过程中获得科学思维与探究能力的双螺旋发展。以教科版《科学》六年级上册《神奇的小电动机》一课为例，教师应基于教材、改进器材与设计，让学生在探究活动中明晰科学思维，提升核心素养。

一、分析教材，让教学更有针对性

《神奇的小电动机》一课是教科版《科学》六年级上册“能量”单元的内容。学生在研究了电能和磁能以及电磁铁的基础上，通过拆解真实的小电动机认识其内部结构，证实转子是电磁铁。同时通过简单模型研究磁铁与转子的转动、转动速度、转动方向，以了解电动机的工作原理，感受奇妙的能量转换过程。

小电动机对学生来说比较熟悉，在玩具小车中十分常见，不少学生（尤其是男生）也有拆解小电动机的经历。学生知道只要给小电动机通上电，它就会转動。拆解小电动机后，学生通过观察能够发现里面有磁铁;看到线圈缠绕在转子上，学生能推断出这是个电磁铁，并得出电动机的转动可能与磁铁和电磁铁磁极的相互作用（相吸和相斥）有关。

为了让不同层次的学生都有较好的发展，教科书对“为什么电动机通电后就会转动”提出了三个层次的理解要求。浅层次的学生能知道转子上有线圈绕在铁芯上，它是个电磁铁，因此能转动。中层次的学生能知道电磁铁的转动是利用了电磁铁产生的磁性与磁铁之间相互排斥或吸引的力。深层次的学生能知道换向器改变了线圈中的电流方向，从而导致了电磁铁的磁极交替变化，最终使转子能持续不断地转动。

教科书要求大部分学生都能达到中层次的要求，但这些认识都只是建立在推测的基础上，学生并不能在小电动机上获得足够的证据来证实自己的推测，更难以从能量转换的角度（磁的相互作用）来认识电动机转动的本质。基于这一背景，教师改进了器材，并设置了相应的教学策略。

二、采用策略，让科学思维更明晰

（一）换一换，让学生看得清楚

本课中，学生无法通过指南针去检测转子的磁极及磁极的变化，原因之一是小电动机的转子太小，不易检测，原因之二是转子上有三个电磁铁，学生难以分清是哪两个电磁铁与磁铁的磁极发生相斥或吸引而转动。这也是教材舍弃用指南针检测转子的原因。

对此，教师采用直流二极电动机（如图1）代替小电动机，让学生进行观察研究。对比小电动机，观察直流二极电动机的好处有：模型更大，学生能看得更清楚;结构更简单，学生能看清楚两边的磁铁、中间缠着线圈的转子、与电池的正极、负极相连的两片铜片（换向器）;检测更方便，学生拿下两边的磁铁，就可以用指南针直接确定转子通电后的南北极以及转半圈后南北极的变化情况。

器材的改进，是为了让学生进行更有效的观察。学生只有观察清楚，才有可能提出进一步的想法，并通过检测证实自己的想法。检测、证实预想的过程，不仅是解决问题的过程，也是科学思维发展的过程。

（二）推一推，让学生想得明白

南宋教育家朱熹曾说：“读书无疑者须教有疑，有疑者却教无疑，到这里方是长进。” “须教有疑”，就是要有真实的问题情境，让学生在情境中产生疑窦，从而进行积极的思考。因此，思考不仅是问题提出的契机，也是学习深入的源头。

学生看到电动机在接通电路转动起来后，自然会产生“它是怎么转动起来的”的疑问。此时教师再让学生观察电动机，看一看里面有什么，想一想可能是怎样的作用让它转动起来的，学生观察后回答。师生对话如下。

生：两边标着S、N的是磁铁，中间缠着线圈的铁片是电磁铁，通电后电磁铁与磁铁同极相斥、异极相吸，于是电动机就转动起来了。

师：看到两块标着S、N的物体，就能马上认定它是磁铁了吗？怎么证实？

生：可以用指南针检测是不是S、N极，从而证明是不是磁铁。

生：也可以拿下来相互接触，看看有没有相斥或相吸的现象。

师：给你们1分钟时间，马上检测一下旁边的两块物体是不是磁铁。

学生通过检测证实两块物体确实是磁铁。接着，教师让学生依据黑板上的板贴模型（如图2），顺着这一思路继续推理。

师：我们已经证实旁边两块物体是磁铁。按你们的推理，中间的转子是电磁铁。如果确实如此，请你说说它是怎么转动起来的。

生：中间的电磁铁通电后，会产生南极和北极。这样，北极和北极互相排斥，北极和南极互相吸引，它就转起来了。

师：怎么排斥和吸引？请你用箭头和文字在黑板上表示出来。

（学生画箭头标注“吸、斥”）

师：如你所说，它会怎样转动？

（学生顺时针转动电磁铁至图3）

师：有什么问题吗？

生：S和N极相互吸住了，转不下去了。

生：我觉得它转起来有惯性，惯性让它继续转下去。

生：就算有惯性让它转下去，它转到中间跟右边的磁铁是同极相斥的，再转回来还是会吸住的。

师：是的，这和我们刚才观察到的连续转动的情形不一样。那么，请你想一想，有没有办法让它继续转下去？

生：可以，上节课我们学过电磁铁可以改变南北极，只要把电磁铁的南北极换一下，它就又能达到同极相斥，按顺时针转下去了。（生边说边演示）只要转到异极相吸的时候换一下南北极，就能一直转下去。

师：同学们的想法非常好！事实是不是这样呢？我们需要通过检测来证实。

这个推理是学生基于对电动机转动的观察和对磁铁本质的证实之后的连续推理，是学生在认识磁铁与电磁铁同极相斥、异极相吸以及电磁铁可以改变南北极之后的推理，是学生对已有知识的运用推理。科学教育的价值，不在于学生掌握了多少知识，而在于解决问题的过程中能否运用所学的知识。科学教学中，让学生充分表达他们的想法，进而证实他们的想法，是培养学生科学思维能力和实证意识的一个重要手段。

（三）测一测，让学生理解实证

推理之后的实证检测，是学生建构科学概念的重要过程。《义务教育小学科学课程标准》在总目标中提出：掌握基本的思维方法，具有初步的科学思维能力。这就要求学生能够合理分析与综合判断各种信息、事实和证据，运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测，从而形成初步的推理与论证能力。

有了前一步骤的推理，本课中，学生的检测、证实已不再是问题。学生需要了解的是转子电磁铁在转动过程中是怎样改变南北极的。

师：在检测中，你们有什么发现吗？

生：中间的转子是电磁铁，它通电后有南极和北极，断电后没有南极、北极。

师：其他组的发现也是这样吗？

生：是的。

师：好，请你到台上来展示自己的检测。

（学生在展示台上检测、展示。）

师：你们还有什么发现？

生：这个电磁铁的南、北极是不固定的，转过去以后会发生改变。

师：和我们刚才的推测是一致的，也请你检测给大家看看。

生（边检测边解说）：通上电后，电磁铁红色的这一端是南极，白色的这一端是北极，转过去以后，红色的一端变北极，白色的一端变南极。继续转，红色的一端又变成南极，白色的一端又变成北极。

师：南、北极的改变意味着什么？

生：它可以和两边的磁铁连续相斥和相吸，一直转下去。

师：同学们非常厉害。你知道它是怎样改变南北极的吗？给你们2分钟的时间，再仔细看一看，找一找秘密在哪里。

生：转子是一个电磁铁，它通电的地方是两片金属片，现在红色的一端连的是电池的正极，白色的一端连的是电池的负极。转过去以后，白色的一端连电池的正极，红色的一端连电池的负极，电磁铁连接电池的正、负极改变了，南、北极也就改变了。

师：你们真棒。在短短15分钟的时间里，你们不仅检测证实了自己的想法，而且把转子如何改变南北极也弄清楚了。秘密就在两片金属片上，科学家给它们起了一个名字——换向器。

实证是科学精神的重要特质，也是培养学生科学思维的重要途径。对学生来说，寻找证据既是验证自己想法的过程，也是建构概念的过程。在探究的过程中寻找证据，在交流的过程中重现证据，以证据来支撑自己的结论，正是学生科学思维和科学精神的体现。

（四）比一比，讓学生拓展认识

教材之所以选用小电动机，是因为学生对此十分熟悉。而二极直流电动机，学生基本未曾见过。所以本课的最后，有必要让学生对小电动机和二极直流电动机的构造进行对比，建立联系，感受技术进步带来的便利。

师：今天这个电动机，在使用中有不便之处？

生：需要把转子拨到中间再放开手，它才会转起来。

师：生活中的电动机需要这样操作吗？

生：不需要。

师：老师给你们一个小电动机，你可以把它拆开观察。你有什么发现？

（学生拆解小电动机）

生：小电动机有三个电磁铁，三片换向器。

生：小电动机比这个电动机进步了。

师：是的，技术在不断进步，我们今天研究的是最简单的电动机，但不管是多么复杂的电动机，它们的工作原理都一样。你知道是什么吗？

生：电转变成磁，利用磁的相互作用引起转动。

学到此处，课堂内容已经结束，但学生依然兴趣盎然。他们产生了更多的问题：为什么三个电磁铁、三片换向器的转子通电后不用拨就能自己转起来？三片换向器中只有两片连接电池的正负极，那么，三个电磁铁的南北极是怎样的？转动过程中它们依次是怎样改变的？能不能用指南针测出它们的磁极变换……教师可以适当地加以引导，如布置学生自己动手去做一个电动机模型，研究磁铁与转子转动的速度、方向之间的关系。由此，学生接触的就不仅仅是电动机转动的原理，而是以电动机为主题而展开的一系列探究活动。

三、总结反思，让科学经验更深刻

改进教学器材与设计，能激发学生的学习兴趣，使学生在探究活动中获得更深刻的认识，使科学课的素养导向更明确。在器材改进的基础上，如何让学生的科学经验更加深刻？

（一）适时点拨，引导学生提出有价值的问题

爱因斯坦曾经说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”当学生看到连续转动的小电动机时，脑海中也会呈现很多直接性的问题，比如为什么要把转子拨到中间才会转？为什么它会转起来？为什么断开以后就不会转了……教师要引导学生在观察、思考的基础上提出可以进一步观察和研究的问题，如它是怎样转起来的？是什么力让它转起来的……一个有研究价值的问题能帮助学生进一步去观察，并在观察的基础上提出自己的推测，而后去证实。让问题伴随学生思考、研究的过程，学生的思维才会更加聚焦。

（二）适时支持，给学生提供思考支架

学生在观察、研究的过程中，会常常迷失方向。这就需要教师适时提供支持，帮助学生解开疑窦。比如一个小组的学生在检测转子的南北极时，始终在一边检测，发现这一边始终是南极，但找不到进一步思考和深入的方向。此时，教师可用口头语言或小纸条提示学生：关注一个磁极在转动的过程中有什么变化，想一想这个变化是怎样形成的。学生在教师的点拨下豁然开朗——原来转子在转的过程中，其南北极始终在变，从而进一步发现换向器的作用。学生解决问题的过程，也是逐步建立解释的过程，教师的适时支持可以促进学生进行下一步的观察和思考。

（三）组织交流研讨，内化学生的认知

交流研讨是学生探究活动后的信息处理与加工过程，也是共享与分析、整理信息的过程。因此，教师要给学生留足交流研讨的时间，让他们充分表达在观察、探究中的发现，同时以实验佐证观点。学生的表达与交流过程是其思维的呈现过程，也是知识内化为自我认知的过程。学生的交流越充分，其思路也就越清晰。

科学课之所以有魅力，是因为它一直激励着学生探究未知的领域，使学生始终兴致勃勃。就本课而言，掌握电动机的原理知识，并不是学生学习的最终目标。电动机只是学生学习的一个载体。教师要带领学生在学习、探究电动机的过程中，不断提升自身的科学观察能力、思维能力和实证水平。

（浙江省安吉县天荒坪小学   313399）