《三十六计》中的“偷梁换柱”原文为：“频更其阵，抽其劲旅，待其自败，而后乘之，曳其轮也。”古时候人们盖房子时发现，如果搭建好了房梁和立柱，整个房屋的框架就出来了，在排兵布阵中，也按照这个道理来排列自己的主力部队。此计运用此象理，是说好比拖住了车轮，车子就不能运行了。“偷梁换柱”是指讲究排兵布阵的策略，在古代战争中，统帅常常调动自己的主力部队，变化阵形，敌人就会跟着调动。在科学课教学中，教师并不需要对学生进行欺骗，但可以利用有结构的材料，巧妙地帮助他们建构科学概念。本文将“偷梁换柱”改成了“添梁架柱”，这是教学中常用的策略之一。
　　一
　　巧妇难为无米之炊。开展探究活动需要设计相应的材料，然而，材料是不会说话的，怎样让材料活起来呢？这就必须运用老师的智慧，根据一堂课的教学目标，精心选择，精心设计，为学生的探究活动提供典型的材料，这样的有机组合，便是一门艺术。兰·本达教授对材料有一段论述：
　　材料的种类和组合以及交给孩子们的次序就是材料的结构。所谓结构严密指的是各个材料之间、材料与教学内容和教学目标之间具有紧密的联系。因此，具有这样功能的材料叫作具有严密结构的材料，简称“有结构的材料”。
　　这段话最早出现在兰·本达教授所著的《小学科学教育的“探究—研讨”教学法》里，这是她第一次对科学课堂中的“材料”做了具体而又细致的界定。
　　兰·本达教授认为材料意味着科学概念，因为课堂上的材料可以演示出科学现象。学生通过操作材料可以观察到一系列科学现象，科学现象背后隐藏着科学原理。现在，大家普遍认识到要让学生操作“有结构的材料”来收集事实、整理事实，在这个基础上形成概念、探求规律。
　　美国科学FOSS教材主编劳伦斯教授也说了一段类似的话：准备好最精练的上课材料，并且思考材料出示的次序和步骤，这是我们老师在做课前准备的时候必须思考的问题。劳伦斯教授是研究脑科学的，他认为：课堂是一个认知的环境，在这个环境里，如果学生面对的是一堆杂乱无章的材料，认知就不会产生。如果学生面对的是一组具有典型结构的材料，他们就会对这个材料产生兴趣，这些材料就会引发好奇。人有好奇的天性，奇则察，细察则生疑，疑遂生思，冥思而深究。当学生琢磨材料与材料之间会存在什么关系的时候，认知就产生了。所以劳伦斯教授提醒我们：单纯的讲解不会引起孩子的认知和思考，必须用材料引领孩子的思维。
　　例如，在探索“空气在哪里”时，我们可选用日常生活中最常用的塑料袋、气球等材料引导学生探究：
　　1.用塑料袋（气球）来做“捉”空气;
　　2.用感官来感知空气并描述（看、闻、尝、摸……）;
　　3.选择砖块来设疑，探究砖块里有没有空气（实心的固体中是否有空气）;
　　4.探究一些简单、表面有孔的物体如海綿、蛋糕……是否有空气;
　　5.探究表面看似无孔的物体如木头、粉笔……是否有空气;
　　6.探究辣椒中有没有空气？
　　经过层层递进的探究活动，最终使学生理解空气无处不在、无孔不入，只要有空间，空气都会钻进去。
　　从这个实例可以看出，所谓有结构的材料就是教师经过精心设计的典型材料的组合。这种材料的组合，既要揭示与教学内容有关的一系列现象，体现科学性，又要符合学生年龄特征和认知规律，贴近他们的日常生活，还应具有趣味性，使学生喜欢并有能力通过对材料的探索来发现问题、解决问题，获取新知。教师针对“空气在哪里”这一问题，提供了不仅贴近学生的日常生活，而且遵循学生年龄特征和认知规律的有结构的材料，引导学生探索，从而发现问题、解决问题、获取新知。
　　二
　　特级教师路培琦曾经上过一节著名的课——《玩注射器》。在这节课上，他准备的材料非常简单，只有一盆水、两个注射器、一根软管。学生对这类材料非常熟悉，前半节课自由操作时，多数学生是把注射器放进水里面，抽一管水，挤出去，或者抽一管水挤压到软管里面去，没有玩出什么新花样。
　　随着课堂的推进，路老师让学生将材料进行组合：将两个注射器用软管连在一起。这么一连通，学生的操作就发生了非常明显的变化，发现了一些新现象：这边一推，那边就出来了;这么一抽，那边就缩下去了。这是怎么回事？学生立刻对新产生的现象产生了兴趣，于是探究就沿着这个思路进行下去了。这组材料妙就妙在这根连接管上，简单的材料被连出了新花样，这就是“添梁架柱”的艺术——通过材料架构起学生科学概念形成的阶梯。
　　路老师还有一节课《连通气球》，是将两个气球用管子一连，结果引发了全国科学教师长时间的争论。这节课的研究材料非常简单：两个气球和一根管子。对于吹气球很熟悉的学生，他们也会对两个连通的气球产生浓厚的兴趣，因为熟悉的材料中往往隐藏着深奥的科学道理。学生一旦在材料面前产生了有序的思考，就说明材料选择成功了。
　　这两节课之所以取得成功，其精妙之处就在于材料的选择。这两组材料妙就妙在有这么一根软管，两个注射器或两个气球被软管连起来，产生的是“1 1