手与脑兼收 做与思并蓄

顾长明+张秀杰

[摘 要]

科学学习是“动手—动脑”的过程《研究电磁铁》一课的教学源于“结构与功能”的统一，探索电磁铁磁力大小与电池电量、线圈匝数、铁芯粗细三者之间的因果关系。基于有效的控制变量对比实验，通过系列有层次的“做”来建构与积累科学活动经验，不断促进学生的动作技能向心智技能转化。

[关键词]

动手;动脑;课例;设计;评析

一、教学分析

《研究电磁铁》是苏教版小学科学五年级上册第三单元内容，本节课是在第一课时学习了制作电磁铁的基础进行教学的。基于“结构与功能”的统一，探索影响电磁铁磁力大小的因素，成于有效的控制变量对比实验，旨在通过有层次的“做”来建构科学活动经验。科学学习是“动手—动脑”的过程，操作过程中的动作和材料可以为语言表达提供有效的支撑，让动脑变得更加准确和丰盈，让科学活动体验与科学活动经验对接，并向科学活动经验转化。“做”与“思”在心理上往往是交互结伴而行，这为手脑并用、做思结合提供了依据。

本课分四个部分：一是制作电磁铁。通过制作电磁铁，展示制作电磁铁的材料，知道电磁铁的组成，为认识影响电磁铁磁力大小的因素奠定基础;二是通过调换电池正负极来改变电磁铁的磁极，进行控制变量实验;三是研究影响电磁铁磁力大小的因素。在制作的基础上观察什么样的电磁铁吸起的回形针多，引导学生对影响电磁铁磁力大小的因素进行预测，通过假设与搜集证据、控制变量的方式完成科学探究，在数据分析中发现影响电磁铁磁力大小的因果关系;四是了解电磁铁的应用。通过列举一些实例引导学生了解电磁铁在生产生活中的广泛应用，意识到科技发展给人类生产生活带来的便捷。本节课主要完成后三个部分内容。

二、教学目标

通过对比性探究实验，知道电磁铁磁极和磁力是可以改变的，概括出电磁铁磁力大小与电池电量、线圈匝数、铁芯粗细三者之间的因果关系;了解电磁铁在生产生活中的广泛应用;能对本组设计的实验方案做出说明，能以科学态度做检验假设的对比实验。

三、教学重点

从结构与功能统一的角度，探究影响电磁铁磁力大小和磁极变化的因素，体验控制变量实验的操作要求，形成操作技能。

四、教学难点

控制变量实验的操作策略。

五、教学准备

课件、电磁铁、铁钉、漆包线、电池、回形针和实验记录表等。

六、教学过程

（一）创设情境，促发研究问题

（1）教师提供材料，学生动手组装电磁铁，了解电磁铁构成。

分别让两位学生做演示性实验，尝试去靠近磁针，教师利用投影将两位学生做的过程投影放大出来。两位同学完成之后，全班共同回顾电磁铁的结构与组成，找出两位同学“做”的相同点和不同点。

评析：“组装电磁铁”既是对上一节课的巩固，又为研究影响电磁铁磁力大小的因素提供了材料上的启示，渗透结构与功能统一的思想。

（2）验证通过调换电池正负极来改变电磁铁的磁极，进行控制变量实验。

教师提问：电磁铁与永久磁铁相比，磁力大小不同，磁极也不完全相同，那磁极可不可以改变呢？磁极的改变可能与什么有关呢？学生尝试提出设计，分组验证。

（3）检测装置，发现电磁铁存在磁力大小的差异。

现场检测制作的电磁铁，当电磁铁吸引回形针的时候，教师定格画面，请同学说说观察到了什么现象，想到了什么问题。学生提出问题，教师总结梳理，明确研究问题：电磁铁磁力大小与什么因素有关？

评析：教师为学生提供了有结构的材料，学生借助有结构的材料所制作的电磁铁，吸起的回形针个数有多有少，则推论出一个磁力大，一个磁力小。这样水到渠成，学生自然想知道电磁铁磁力大小与哪些因素有关，直指本节课的核心问题。发现问题往往比解决问题更重要，教师顺势将学生的问题引向基于“结构与功能”的猜测。

（二）引导猜测，尝试提出假设

（1）在学生认识到电磁铁存在磁力大小之后，让学生思考电磁铁磁力的大小可能与哪些因素有关，并尝试从电磁铁的结构入手进行猜测。

（2）学生预测并说出依据。学生一般会猜测电磁铁磁力大小可能与电力大小、线圈匝数多少、铁芯粗细三个因素有关。教师继续让学生尝试具体说出电磁铁磁力大小可能与三者有什么关系。

（3）围绕学生的预测进行概括，筛选要探究的因素。教师将学生猜想出的影响电磁铁磁力的因素板书在黑板上，然后对同学们的猜测进行总结归纳，引出本节课所要探究的内容：电池节数、线圈匝数、铁芯粗细三个因素与电磁铁磁力大小之间的关系。

评析：认识了电磁铁的基本结构后，让学生对可能影响电磁铁磁力大小因素做出猜测，引导学生从电磁铁的组装结构入手，渗透结构与功能的统一性。让学生体验到猜测不是胡思乱想而是有根据的预测。教师不仅要学生猜测“与什么有关”，更要猜测“有什么关系”，这体现出教师要求学生做到有理有据，为选择探究问题、设计实验做好准备。

（三）设计实验，验证所提假设

（一）指导学生完成电磁铁磁力大小与电力大小的关系实验

（1）猜测与记录：电磁铁磁力大小与电力大小有什么样的关系，并将自己的预测记录在实验报告中。

评析：在控制变量实验中，教师与学生共同完成电力大小和磁力之间关系的实验，丰盈学生控制变量实验的心智技能与操作经验，为接下来的有效完成线圈匝数多少、铁芯粗细两者与磁力大小之间的控制变量关系实验提供思维与操作的支架。

（2）思考与反思：如何改变电池的电力？（学生会认为新电池电力大，旧电池电力小;也可能会认为通过增加电池节数来增加电力。无论学生选择哪一种做法都是可行的，要让学生知道实验室主要靠调节电池的节数来改变电力）

（3）讨论与交流：在改变电力大小的情况下，能否改变另外两个条件？为什么？

教师启发学生认识到另外两个变量是不能改变的，并尝试说明不能改变另外两个变量的原因。（如果同时改变了另外两个或者其中的一个变量，若结果发生了变化就不能判定是因为哪一个变量引起的结果变化）

评析：控制变量实验对学生来说具有挑战性，这种挑战主要表现为判定事物的因果关系。只有引导学生理解控制变量的道理，才能让学生应用“控制变量”法完成接下来的实验。

追问：在改变电力大小情况下，线圈匝数和铁钉粗细不改变，电磁铁磁力可能是怎样变化的？若电磁铁磁力不变这说明什么？若电磁铁磁力变大这说明什么？若电磁铁磁力变小这说明什么？

评析：通过追问来考量学生对控制变量实验中因果关系的理解，让学生动手以前先动脑，想明白了，接下来的动手操作只是验证猜测而已，手脑合融处，做思共生时。

（4）验证磁力与电力大小之间的关系。学生尝试实验，在数据记录时思考，凭借测量一次的数据就得出实验结论是否可靠。教师选择小助手合作完成实验，利用投影将实验过程投在屏幕上，全班同学参与到实验中来，帮助数吸起回形针的个数，观察实验过程，明晰实验现象。

（5）学生根据实验的现象和数据，分组完成实验报告。

猜测：              。

实验中要改变的条件是        ，不改变的是          、         。

<E：＼10月＼中小学教学研究201510＼t10q-3.tif><E：＼10月＼中小学教学研究201510＼t10q-4.tif>[电池节数＼&＼&＼&吸引回形针数量＼&＼&＼&吸引回形针数量＼&＼&＼&吸引回形针数量＼&＼&＼&平均数＼&＼&＼&]

（6）学生根据所测得的数据总结出电力与磁力的关系：在其他条件不变的情况下，电力越大，磁力越大;电力越小，磁力越小。

追问：什么是“其他条件不变”？为什么要说“其他条件不变”？

评析：做的过程是积累科学活动经验的过程，电磁铁磁力大小与电力大小的关系实验是在教师引导下学生逐步完成的，扶放结合，以扶为主，为学生完成接下来的变量对比实验奠定基础。

（二）引导学生自主完成电磁铁磁力大小与线圈匝数、铁芯粗细关系实验

1.分组讨论与制定方案

（1）猜测电磁铁磁力大小与线圈匝数可能有怎样的关系？要改变什么？不改变什么？为什么？需要什么器材？填写在实验报告上。

（2）猜测电磁铁磁力大小与铁芯的粗细可能有怎样的关系？要改变什么？不改变什么？为什么？需要什么器材？

2.交流实验方案

学生在交流的基础上完成实验报告中的预测和实验过程中保持不变的条件和需要改变的条件，参照电磁铁磁力大小与电力大小的关系实验，完成磁力与线圈、磁力与铁芯的关系实验。

强调：在磁力与线圈的实验过程中将电磁铁接到电池的两端会产生大量的热量，所以在每次测量结束后要立刻切断电源;在磁力与铁芯实验中，由于用的是铁芯，通电后铁芯很容易被磁化，为了消除磁化对实验的影响，可以在每次测量之后将电磁铁的两个接线柱反接或者将铁芯轻轻在地上敲打几下即可;每个实验一般取三次实验数据的平均值。

评析：实验前让学生明确“做什么”“怎么做”“做的过程中应该注意什么”，这样的探究才是有目标、有计划、有针对性的，使学生明确对比实验中必须控制好相同条件与不同条件，通过相互质疑与补充，不断完善实验方案。

3.学生分组实验

探究电磁铁磁力大小与线圈匝数、铁芯粗细长短的关系。每组从上面两个实验中任选一个感兴趣的实验进行验证，通过平均值归纳出影响磁力大小的因素。

4.小组汇报结论

在其他条件不变的情况下，线圈匝数越多，电磁铁磁力越大。线圈匝数越少，电磁铁磁力越小;铁芯越粗，电磁铁磁力越大。铁芯越细，电磁铁磁力越小。

师生共同总结：具体说来，在其他条件不变的情况下，电池节数越多，电磁铁磁力越大。电池节数越少，电磁铁磁力越小;线圈匝数越多，电磁铁磁力越大。线圈匝数越少，电磁铁磁力越小;铁芯越粗，电磁铁磁力越大。铁芯越细，电磁铁磁力越小。

评析：如果说前面的实验侧重于“扶”，这里的实验则侧重于“放”。学生猜测了许多因素会影响电磁铁磁力大小并掌握控制变量实验的方法后，就可以自主探究其他因素对磁力的影响了。“做”带给了学生经验生长的力量。

七、联系实际，拓展延伸应用

（一）了解电磁铁“芯”的材质

科学上把绕在铁芯上的通电线圈叫做电磁铁。如果把线圈绕在其他金属物体上，比如说绕在铅棒上（出示铅棒）会怎么样呢？学生尝试完成并演示。

教师总结：看来电磁铁必须用铁质材料做芯才能起到较好的效果，并非只要是金属就能做芯。当然，如果能够找到一种材料效果要比铁芯更好，也可以用它来替代铁芯。课后，可以尝试着继续去研究其他的材料。

评析：结构性材料铅棒的出现拓展了学生的认知。铅棒与铁棒的对比环节活跃了课堂气氛，启迪了学生的思维，在认知冲突中产生思维碰撞，科学实验的重要性得以凸显。激活了学生进一步探究的欲望，体现了将探究贯穿于课内外的理念。

（二）介绍电磁铁在日常生产生活中的应用事例

以图片的形式介绍电磁铁电话、马达、音响、电磁起重机等的应用，同时介绍在这些电器的哪些部位能找到电磁铁，并让学生说一说在哪些地方可以找到电磁铁？

评析：科学知识源于生活，用于生活，将课堂所学知识应用于生活是科学教学的要求。只有学生对电磁铁的知识有了充分认识，才能用学到的知识去解释生活中的一些现象。

（三）根据电磁铁的性质，设想电磁铁在生活中的拓展应用

本课学习了三种方法可以改变电磁铁磁力的大小，知道了不仅磁力大小可以改变，而且磁极也是可以改变的，可见电磁铁简直就是“活”磁铁。那么，能利用电磁铁的这些特性突发奇想地制作什么吗？（学生组内讨论交流）

评析：基于生活原型的突发奇想并不都是胡思乱想，只要能根据电磁铁磁力大小的原理对生活中的事物进行合理的改进与完善，并加以说明解释即可，既检验了学生对所学内容的理解，又使所学知识得以应用，思维路径得以发散，创造品质得以提升。

总评：通过学生不同层次的“做”使学生经验得以再造与提升，体验得以内化与丰盈，促进体验不断地向经验转化，感性不断地与理性对接。本节课的“做”表现为三个层次。一是通过“做”，创设情境，合理引出新知识。学生首先认识了通电导线会产生磁性，利用这个特征做出了电磁铁，对电磁铁的结构有了初步了解。学生在做电磁铁的同时又发现了电磁铁磁力大小存在差异，想到探究电磁铁磁力大小与哪些因素有关，继而围绕电磁铁的构造与磁力大小的关系进行猜测。电力、线圈、铁芯与磁力具体的关系只有通过实验来得出结论。二是通过“做”，示范引导，促进体验感悟。指导学生完成电磁铁磁力大小与电力大小的关系实验是以“扶”为主的，在“扶”的过程中重在教会学生如何制定实验方案和实验步骤。在实验中用到了“控制变量法”，通过改变一个条件，而保持其他条件不变来研究因果之间的关系，使学生初步感知因变量、自变量和无关变量之间的关系。三是通过“做”，自主探究，促进经验生长。让学生利用在“扶”的过程中所积累的“变量控制”经验，组内制定实验步骤和操作方案，完成相应数据采集和实验报告，利用有结构的材料，测出线圈、铁芯与磁力大小之间的关系，积累了做的经验，提升了做的水平。纵观全课，“提出问题——科学猜测——实验探究——拓展延伸”是整节课的教学流程。在此过程中，教师充分发挥生活中常见电磁铁现象的科学探究价值，紧扣教学主题，结合学生的生活经验、身心特点和认知水平开展灵活有效的教学活动，促进学生不断由动作技能向心智技能的转化;手因心运，做随思遣，让更多的妙想在指尖流淌，让更多的智慧从指尖诞生，让心灵与手巧同构共生。

[参 考 文 献]

[1]顾长明.做思共生：科学教学的理想课态[J].教学仪器与实验，2015（4）.

[2]王政.《电磁铁》教学设计与反思[J].科学课，2011（8）.

[3]顾长明.做中学：在“动手与“动脑”间追寻[J].中小学教师培训，2013（8）.

（责任编辑：符 洁）