让科学思维的火花在活动中跳跃①——以“设计简单电路”教学为例

卜 宁

(江苏省南京市钟英中学,江苏 南京 210000)

教学的一个重要目的就是要培养学生的科学思维，建构主义教学理论认为：学生的学习是一个积极主动的建构过程，教师要为学生创设良好的学习环境和适当的问题情境，引起学生的认知冲突，激发学生积极思维，更能突出核心素养的教学应该是思维型教学。本文以“设计简单电路”教学为例，探讨在初中物理综合实践活动教学中培养学生科学思维能力的途径。

1 制作“病房呼叫电路”，培养思维的逻辑性

师：在生活中，我们有很多任务可以通过简单电路来完成。比如医院的住院部有很多病人，但只要某一病人按下床头的开关，护士便知道是哪位病人发出了求助信号。请同学们思考一下，护士是如何知道的呢？如果让你设计病房呼叫电路,你会用到哪些实验器材?

生1：护士听到了铃声,所以需要电铃。

生2：护士不仅听到铃声了，还看到对应病床的灯亮了,这些都是护士需要知晓的信息。所以不仅要电铃，还需要灯。

师：如果有两张病床,灯和电铃该如何连接？请画出电路图。

刚开始大部分学生设计了如图1和图2所示的电路。

图1

图2

当学生设计出这一类有待改进的电路时，教师应将课堂交给学生，让学生相互评价，从而引发思维碰撞，培养学生思维的逻辑性。

生1：图1中只有一盏灯、一个电铃和一个开关，第二张病床的病人不可能和第一个病床的病人共用同一个开关。很明显，这个电路不符合设计要求。

生2：图2符合设计要求，病床1呼叫时，L1灯亮且铃响；病床2呼叫时，L2灯亮且铃响。

生3：铃响是共同点，因此只需一个电铃，装在干路上就行。

生4：对，从节约材料的角度来说，电铃不需要两个,1个电铃就能满足设计需求。

根据学生的评价与交流，经过改进最终确定了双病房呼叫电路的设计(图3)。

图3

通过病房呼叫电路的设计过程，让学生明白思维活动应遵循的逻辑，按照逻辑顺序进行，思考要有理有据，条理清晰，不能含糊不清。在这一过程中，教师适当引导但无需过多干预，放手让学生自由讨论，学生的科学思维能力会在设计、评价和不断改进中得到提升，思维的逻辑性也会得到培养和训练。

2 设计“双向控制电路”,培养思维的创新性

师：同学们刚才设计的呼叫电路，护士可以关掉电铃和灯吗？如果护士想要关掉电铃和灯该怎么办呢?

学生讨论得出应该在护士站添加一个开关，就能满足要求，因此大部分学生设计了如图4所示的电路图。

图4

紧接着教师拿出自制教具，邀请学生扮演护士和病人，用教具展示两张病床的区别。如图5所示，当1号病床病人按下红色按钮开关呼叫，护士可以关掉电铃和灯,但护士关掉后，1号病人就无法再呼叫了；如图6所示，当2号病床病人按下黄色面板开关呼叫，护士可以关掉电铃和灯，2号病人还可再呼叫，能够实现病人和护士的双向控制。

图5

图6

师：以2号病床为例，你能设计出病人和护士双向控制的病房呼叫电路吗?

上述问题提出后，教室陷入了一片寂静，学生在沉思，3分钟后仍旧没有学生提出解决方案。

师：如果模拟交通信号灯电路，你会怎么设计？很快，有学生给出如图7的电路设计。

图7

师：这样的设计符合生活中的交通灯的规则吗?

生1：符合，闭合开关S1红灯亮；闭合开关S2绿灯亮。

生2：不符合,若同时闭合开关S1、S2，红灯和绿灯都亮。

生3：对，生活中，不可能出现红灯和绿灯同时亮的情况。

师：为了符合实际需求，红灯亮时，绿灯必须灭；绿灯亮时，红灯又必须灭。应该怎么设计?

生1：S1闭合时S2必须同时断开，S2闭合时S1必须同时断开。

生2：把两只单刀开关合二为一就行，共用一把“刀”。

在讨论中，学生不断发现问题并解决问题，创新性思维得到了训练，单刀双掷开关也就呼之欲出了，学生自主设计、改进的交通信号灯电路如图8。在以上讨论的基础上，学生很快设计出护士和病人双向控制的病房呼叫电路(图9)。

图8

图9

3 完善“简单电路模型”,培养思维的发散性

师：结合生活实际，还有哪些任务能利用现有器材制作的简单电路完成?

学生通过设计病房呼叫电路，已经积累了利用电路设计来模拟生活情境的经验，当这个开放性问题提出后,学生迅速进入了热烈的讨论中,使发散性思维得以培养。其中一个小组设计了防止行人闯红灯的电路(图10)，红灯亮时，导线ab使电铃短路，电铃不响；若此时行人闯入人行道，使导线ab断开,电铃声响起，以提醒行人。

图10

4 结语

教师不仅要引导学生从物理的角度观察生活现象，还要培养学生从真实问题情境中提取有效信息的能力，找到思维的着力点，激发学生的科学思维。运用科学思维方法，引导学生梳理信息，帮助学生从现象中发现问题，通过科学思维解决问题，培养学生思维的逻辑性、创新性和发散性，不断提升学生的核心素养。