低年段科学探究活动的设计与实施

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  2018年5月,在全国第六届小学《科学》(教科版)优秀课评选暨新教材培训会上,我执教了二年级上册《磁铁》单元的第三课《磁铁的两极》。本节课以探究条形磁铁不同部位的磁力大小为线索,通过感受磁力大小、观测磁铁不同部位吸引铁质物体的顺序、观察铁粉在磁铁不同部位的分布情况等活动,引导学生构建磁铁的两极的概念,最后指向的是“磁场”的认识。
  本课内容由4部分组成:
  第一部分是聚焦:通过推测条形磁铁不同部位磁力大小是否相同,了解学生的前概念,同时引出本课的研究问题。
  第二部分是探索:根据推测,通过借助回形针用感官感受磁铁不同部位的磁力、观察相同轻重的回形针被磁铁不同部位吸引的先后顺序以及借助铁粉盒观察铁粉在磁铁上的分布等活动,搜集磁铁不同部位磁力大小不同的证据。
  第三部分是研讨:根据观察到的现象构建磁极的概念。
  第四部分是拓展:认识其他磁铁的磁极。
  通过本节课探究活动的设计与实践,我发现,在低年段科学课教学中,基于学生的感受推进教学过程,通过定性观察构建科学概念,让他们通过活动、评价,感受课堂的趣味,有利于促进他们的科学学习。我们应当引导学生基于他们的原有认识和亲身感受的观察活动,在善学、善研、善思中,让科学学习成为他们喜欢做的一件事。
  把学生的原有认知作为教学的起点
  学生的原有认知(前概念)是我们课堂教学的起点,这已经成为教师的共识,并且在很多课堂教学中得到贯彻落实。在很多课堂中,教师会安排几分钟时间调查学生的前概念,但调查之后还是按照原来的设计推进教学过程,这不是真正的“基于学生起点实施教学”的课堂。要想真正让学生的原有认知成为教学起点,教师应当在设计教学活动前,对学生进行调查,根据调查的结果设计探究活动。
  1.画“磁力”呈现原有认知
  在执教《磁铁的两极》一课前,我让任教班级的每个学生围绕“条形磁铁各个部位的磁力大小是怎样的”问题,用画画的方式表达磁力大小,磁力大的颜色涂得浓一些,磁力小的颜色涂得淡一些,没有磁力的就不涂颜色。课前的调查活动,既了解了学生对于条形磁铁磁力大小的前概念,成为设计探究活动的依据,也对本课观察记录的方法进行了指导。
  2.说“磁力”聚焦研究主题
  在本课教学开始,呈现各种典型的学生关于磁力大小的画,并请学生根据图画说一说磁铁不同部位的磁力大小情况,引发他们的认知冲突,从而快速地聚焦本课的研究主题,让课堂教学以学生的原有认知为起点。
  让学生的感官体验成为探究活动的基础
  1.感官体验是我们认识周围世界最简单、最直接、最常用的方法
  《磁铁的两极》一课,与教科版《科学》三年级现行教材中的活动设计相比,二年级的教学更加注重学生的感官体验,丰富学生对磁力大小的直观感受。如果仅仅观察吸引回形针的顺序、所吸回形针的数量多少,学生对于磁力的大小就没有直接的感受。
  2.感官体验是学生开展探究活动的基础
  这节课中,磁力到底有多大,学生通过直观感受,基本能大致感觉出来:两端磁力大,中间磁力小或没有磁力。这种直接的感性经验,为后续观察磁铁不同部位吸引回形针的先后顺序奠定了感性基础。观察磁铁不同部位吸引回形针的顺序,进一步验证了学生的感受,从而促进他们构建科学概念。
  让定性实验成为探究的主要形式
  小学科学实验主要有定量实验和定性实验,定量实验的目的是要测出某对象数值,定性实验是通过实验现象判断因素是否存在,某些因素间是否存在联系等。从学生的实验操作能力、数据分析能力、归纳概括能力来看,再加上实验器材无法满足精确测量,低年段科学实验应倡导定性实验。
  1.材料选择破难点
  在本课的探究活动中,通过平推磁铁观察磁铁不同部位吸引回形针的顺序是难点。学生能否顺利观察到条形磁铁不同部位吸引回形针的先后顺序的前提是要有好的实验器材——磁铁和回形针,如果这两种材料选得不好,会严重影响实验结果。因此,在准备材料时,要选择磁力分布均匀的磁铁,而且磁铁的磁力不易过大。磁铁的磁力过大,不能区分吸引回形针的先后。一般的回形针被磁铁多次吸引之后,容易被磁化,會影响实验结果,最好选择外包塑料皮的回形针。
  2.平推磁铁是关键
  本课中,学生在观察磁铁吸引回形针先后顺序的实验中,能否平推磁铁是关键。为此,可以设计一张实验单,印上回形针摆放的位置,以及帮助学生平推磁铁的间隔0.5 cm平行线。学生操作时,可以根据平行线平推磁铁,减少非关联因素对实验产生的影响,降低实验难度,提高实验效率。
  3.模糊分析,构建概念
  磁铁吸引回形针先后顺序的实验现象,理论上先是两端的1号、5号同时被磁铁吸引,其次是接近两端的2号、4号回形针同时被磁铁吸引,中间的3号回形针不能被磁铁吸引。据此可以得出磁铁的两极磁力最大,从两极向中间部位磁力逐渐减小的结论。但受实验材料、低年段学生操作能力等因素的影响,真实的实验现象多数为1号、5号回形针先后被磁铁吸引,接着2号、4号回形针先后被磁铁吸引,3号回形针接近理论现象。低年段学生没有关于“误差”的认识,他们往往在两边的回形针同时被吸引时,才认为磁力大小是相同的。因此,如果精确地分析回形针被磁铁吸引的先后顺序,就会出现数据越精确,概念越错误的情况。所以,我在分析这节课的实验现象时,进行了相对模糊的分析,不对每个点的顺序进行研讨,并且在分析过程中进一步强调实验器材、操作过程等影响实验结果的客观因素。实验结果研讨的模糊化而非精确化,不仅降低了研讨分析的难度,让学生有成功的体验,也容易帮助他们构建正确的科学概念。
  让课堂评价成为探究活动的推力
  课堂评价的目的在于激发学生的学习兴趣,推动他们的探究活动走向深入。设计本课教学时,我除了采用有针对性的个性化语言评价、小组量化评价外,还采用微视频呈现学生实验过程、奖励小磁铁的评价方式。
  1.“微视频”呈现学生实验过程
  本课中,学生实验过程的呈现对实验现象的研讨、概念构建发挥着重要作用。在学生分组实验时,我用Pad拍下小组实验过程中最能反映他们实验操作、合作等方面的优点和问题的短视频。在交流研讨时,学生汇报实验结果,我把汇报组实验过程的视频播放给全体同学看,其他小组学生就能发现该小组实验的优点,能看出实验结果出现问题的原因,并根据真实的实验场景提出改进意见。通过“微视频”呈现学生实验过程的评价方式,进一步促进了学生的探究活动走向深入。
  2.“小磁铁”促进学生拓展研究
  本节课最后的“拓展”环节是“怎样找到蹄形磁铁的磁极”。对这个问题的处理,教师通常会提问:蹄形磁铁的磁极在哪里,你能找到吗?请小朋友课后研究研究,然后就没有下文了。为了能真正推动学生的课后探究,提出研究的问题后,我把学具袋中的小蹄形磁铁作为奖品,发给每个学生,请他们把研究的结果通过小视频、画画的方式发给老师。这样做,提供给学生课后研究的材料,保护了他们的学习积极性,让他们的研究有载体,研究有反馈。
  让学习内容拓展延伸
  《磁铁的两极》一课的内容隐含着观察方法、手段的发展,能帮助学生获取更多的证据,形成新的认识。从感官体验到用回形针做实验,再到用铁粉做实验,可以让学生不断完善对磁铁各个部位磁力大小的认识。本课教学中,学生借助现有的材料发现磁铁中间部位磁力很小,但用传感器能测出中间的某个点上确实是没有磁力的。这使学生认识到,随着观察方法、技术手段的发展,人类认识世界的视野将会进一步扩大。
  低年段开设科学课,对于科学老师而言既是机遇,也是挑战。我们应当抓住低年段学生具象、好动、好奇心强的特点,丰富他们的感官经验,渐进地推进教学过程,让他们动得起来学,也能静得下来思,充分发挥低年段科学教学的启蒙作用。
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