《设计电路》磨课体会

蒋亚彬

本文以“科—工整合”的思路来搭建教学框架，对《设计电路》一课进行了重新设计，从整合设计思路、教学情境的创设、学生汇报方式的选择、实验器材的改进、拓展环节的优化等方面阐述了在进行教学设计和试教时的一些思考。

一、教材课程分析

《设计电路》是湘科版科学课五年级上册第四单元“电与我们的生活”中的第3课。在前面两课的学习中，学生了解了电路的组成部分，知道了闭合电路的基本概念，本课将引领学生在此基础上根据教学情境中的真实问题设计电路，在设计电路的过程中，初步了解串联电路和并联电路各自的特点。

二、教学思路设计

本课教材内容的安排根据学生的认知特点，按照由易到难的层次排列。由“一个开关控制一个灯泡”到“一个开关控制两个灯泡”，再到“有没有更多的设计思路”，层层递进，符合学生的认知规律。但是三个任务都是由教师提出的，虽然一个比一个更难，看似很有挑战性，但学生不知道为什么要进行设计，不知道这样设计之后要用在哪里，解决什么问题，就好像无源之水，终有枯竭之时。根据我们对多年的教学经验总结发现，教材中的“一个开关控制两个灯泡”的学习任务，除非之前对电路的知识有所学习，否则学生很难想到用并联的方法去设计电路，最后的“还有没有更多设计方案？”大多都是教师直接给出并联的方法并进行解释。因此很难达到发展学生思维能力的目的。而工程设计正是运用科学和技术进行设计、解决实际问题的活动。如果在本課的教学中融合工程设计，不但可以解决学习任务的“水源问题”，还能发展学生的工程素养。因此我们决定以“科—工整合”的思路来搭建教学框架。具体教学流程如下：

三、教学情境——由简到繁再化繁为简

确立了“科—工整合”的整体设计思路，那么贴近生活的工程任务自然成了教学情境的不二之选。最初我们的想法是创设一个为老师的新房装修设计电路图安装电灯的情境。设计要求为：客厅、卧室、书房三个房间每个房间安装两盏灯，赋予学生设计师和工程师的角色，把学生分成6个小组，两个小组对应一个房间，分别对三个房间的电路连接进行设计。在这里没有明确提出两盏灯需要同时控制还是分别控制，希望学生能够依据生活经验，呈现不同的设计。由于两盏灯就已经可以设计出串联和并联两种情况，因此我规定只需要安装两盏灯，避免过多数量的灯会扰乱学生的思路;限制房间的数量是考虑到其实分组只是一个“噱头”，每个小组的情况其实是一样的（都只有两盏灯）。

试教时有教师提出，这个工程问题的提出者是教师本人，而不是学生提出的;并且如果要贴近实际生活，就应该每个房间都需要设计电路图，让学生自己先思考每个房间需要几盏灯，再来进行设计，更能调动学生的积极性。按照这样的思路进行修改课堂气氛确实更加热烈，学生积极性明显提高，但新的问题更加凸显：

每个组要设计的房间不同，学生在汇报时，其他小组觉得和自己无关，因此无法做到有效倾听，最能体现学生思维的生生互动很难进行。

有的小组想设计更多的灯  （5盏、6盏），但为了避免过多数量的灯引起学生思维混乱，教师还是请他们先从两盏灯开始设计，学生的学习积极性受到打击。

权衡利弊，最终我们决定把教学情境设定为：对一间教室进行装修，需要安装两盏电灯，请学生设计电路图。这样，每个小组的工程目标是统一的，在倾听其他小组发言时更有倾听的愿望，有效的倾听自然而然地促成了生生之间的互动。在讨论中，教师的回应仅仅是作为推动讨论继续进行的手段。并且学生每天都在教室中学习，对教室中灯的布局和开关控制方式相当熟悉，可以随时联系实际生活，在讨论中更加有据可依。

由此可见，过于复杂花哨的教学情境虽然在激发学生学习兴趣的方面有优势，但也在一定程度上使学生的思维过于发散，不利于核心问题的聚焦，并且在课堂互动中很难形成有效的倾听。本课中驱动问题作为一个工程任务或者工程目标，虽然是由教师提出的，但由于贴近学生生活，又具有一定的挑战性，学生的学习兴趣仍然很高。但如果能由学生自己提出当然更好，我们也在就这一问题继续思考和研究。

四、工程设计、汇报和展示方式的选择

在科学领域，“思”指向以解释自然现象为目标的科学探究;在工程技术领域，“思”则指向服务于实际问题的工程设计。因此，工程之“思”可以有多种设计思路，在本课体现工程之“思”的方法就是设计电路图。设计电路图的方式我们最初设想的是用虚拟实验室的软件，学生只需在平板电脑上拖动要用的电路元件并且连线就可以进行设计，非常方便省时，并且可以立刻同步到大屏幕上，方便学生展示和汇报。但在使用时发现，虚拟实验室软件不限制实验材料的个数，有的学生出于好奇会拖动很多其他电路元件进来，非常干扰学生的设计思路，并且操作时常发生误点的情况，反复修改其实反而增加了设计的时间。鉴于学生用标准电路图设计电路过于抽象以及用实物图的方式浪费时间等原因，我们采取了在磁性白板上用电路元件小磁贴摆放加画线的方式进行设计，既省时又方便。

学生设计了电路图之后用什么样的方式进行展示和评价，关系着学生思维的展示和发展，只有充分展现了学生的思维，才有可能发现思维差异和产生认知冲突 ，从而引发学生对核心问题的聚焦和思考，产生继续研究的内驱力。最初我们采用了小组汇报的方式，请每个小组上台来汇报，其他学生判断他们的设计是否可行并给出修改建议。试教后发现这样的展示方式效率很低，并且教师拍照上传后，有的小组借鉴他人的设计对本组设计图又进行了修改，思维的差异没有得到呈现。为了解决这个问题，我们对学生绘制设计图的白板进行了改造，设计完成后将全班所有的设计白板用磁吸的方式贴在黑板上，教师把全班的设计整体拍照后在屏幕上放大局部进行展示。汇报时，舍弃了分组汇报的方式，改成了讨论后再集中逐个分析可行性的方法，对不可行的方案给出修改建议，这样，全班学生的注意力都集中在同一个焦点上，倾听的有效性得到了保证，为后续的思维碰撞提供了条件。此外，我们增加了对所有可行的电路图进行比较分类的环节，进一步帮助学生厘清思路，让学生在思维上先对串联电路和并联电路进行比较和区分，在发展了高阶思维的同时，为后面的连接电路以及测试评价环节打下良好基础。

工程设计是工程实践中最突出的一环。本课在设计电路图和分析研讨电路图的环节花费了大量的时间，因此，合适的设计图绘制方式和展示方式无疑对落实这一环节至关重要。本课用简单易行的方式让学生高效地完成设计图的绘制，用直观、清晰的方式展示了学生的设计图，用集中分析的方式对设计图进行聚焦研讨。所有的这些设计都是为高效的课堂而服务的。而一些看似高科技的技术，如虚拟现实、AI、同屏等等，只有在真正需要并且实用的情况下才能发挥它的真正价值，起到锦上添花的作用，否则就成了为了用而用，反而本末倒置了。

四、连接电路实验器材的选择

为了让学生有身临其境的主观感受，我最初在设计实验器材的时候用到了教室的房间模型，想让学生在模型里面安装电灯，让学生有一种真正在“施工”的体验，并且便于测试效果时学生上台展示。但显然在立体的模型上连接电路和学生设计的平面电路图之间有很大的区别，增加了学生照图施工连接电路的难度，试教时这个环节非常耽误时间。发现这个问题后，我们对实验器材进行了改进，准备了另一块磁性白板，把电路元件后面也贴上磁条，学生可以真正做到照图施工，设计图是怎么设计的，就在这块白板上怎么摆放电路元件，最后按图连接导线就可以了，大大节省了连接电路的时间。把宝贵的课堂时间留给了后面对不用连接方式的测试、评价和优化上。

五、知識迁移与工程迭代的联系

学生在完成电路连接之后，经过对两种连接方法的现象对比，认识了两种不同的电路连接方式：串联电路和并联电路，知道了两种电路各自的特点。按照开始的设计，课上到这里其实已经可以结束了，但由于在前面的讨论设计图和连接电路环节我们提高了效率，节省了一些时间，所以增加了一个回扣教学情境的知识迁移环节：请学生在认识了串联和并联两种连接方式后，再来选择更适合本课教学情境的电路连接方法，这里是回扣教学情境，同时也暗含了对两种连接方法的评价，以及优化、迭代的思想。在讨论中有学生发现串联电路中一个灯泡坏了另一个也不亮，而并联电路没有这个问题，所以并联电路比较合适;又有学生通过观察提出教室里的灯是一个开关控制一串灯所以是串联的，并得出串联比较合适的结论;立刻又有学生用刚才一个灯泡坏了但其他灯不受影响的发现反驳他，这样的讨论很好地引发了认知冲突，再次将课堂教学推向了一个小高潮，教师顺势引导学生以满足“一个开关同时控制两个灯泡的并联电路”的要求再次进行设计，在这里工程迭代的特征更加明显，甚至有学生用“超级并联”来形容这种用一个开关控制很多盏灯的并联电路，因为它兼具了串联电路的集中控制和并联电路的互不影响、亮度高等优点。至此，学生对串联电路和并联电路的认识可以说是非常落实了，并且在这个过程中，学生充分体会了工程迭代的思想，工程思维、解决问题的能力、批判性思维等高阶思维也得到了提升。

由此可见，“拓展迁移”环节虽然往往只作为一堂课的总结收尾，但其实暗含着工程优化、迭代的思想，以“科—工整合”模式进行设计的科学课，可以很好地利用这一点，联系实际生活，发展学生的工程思维和解决真实问题的能力。这样“拓展迁移”环节也能成为课堂的亮点，甚至成为学生思维发展的高点。