巧搭学习支架，突破教学难点

江翠情

【摘 要】文章以“机械摆钟”一课的教学研究为例，分析科学探究中学习支架的作用，优化课堂教学中的支架设计，引导学生突破观测钟摆运动和数据分析等学习难点，自主构建钟摆摆动计时的科学概念。

【关键词】学习支架 教学难点 钟摆实验

根据维果茨基的理论，学生从现有水平到达可能的发展水平，要越过中间的最近发展区。合适的最近发展区可以帮助学生在学习中主动构建认知，但若是最近发展区的跨度较大，大部分学生较难通过自身努力来跨越。此时，教师应该及时给学生提供高度合适的“学习支架”，使学生可以沿着它逐步攀升去“采摘”学习成果。提供学习支架，这并不意味着让学生放弃思考，而是提供一些合理的材料支持、方法支撑和思维点拨，引导学生进行有序的科学探究，整个“攀爬”的过程依然由学生独立去完成。

从素养生成的角度来看，学习支架可以分为文化支架、操作支架和观点表达支架。从功能性角度来看，学习支架可分材料支架、情境支架、问题支架、信息处理支架、模型支架、指导支架、微课支架等。根据学生学情和探究活动的不同，教师需要分析探究过程中的难点，设计具有针对性的学习支架。此外，提供支架的“高度”、时机和方式也需要考虑，确保给学生留出充足的探究时间和空间。本文以“机械摆钟”一课为例，以突破教学难点培养学生核心素养为目标，对探究过程中的支架设计进行阐述。

一、梳理教材，厘清教学难点

“机械摆钟”是教科版科学五年级上册“计量时间”单元的第四课。在前面的学习中，学生已经了解了计量时间的不同工具，如日晷、水钟等简易的时钟，本课的教学目标是认识“机械摆钟”，学生通过观察、制作、交流、研讨等活动归纳分析出钟摆的等时性。在探究过程中，主要有以下难点：

（1）学生观察钟摆的运动，能够理解来回摆动为一个周期，但较难准确测量摆的摆动次数。在通常的教学中，大部分小组会因为没有注意到实验操作细节，而得不到合理的探究结果。

（2）由于数据较多，学生在分析数据和归纳总结摆的运动特点时也会遇到困难。此外，基于实验结果提出合理猜想，寻找证据进行初步验证，这也对学生的科学思维提出了较高的要求。

二、巧搭支架，助力科学探究

（一）借助模型支架，奠定认知基础

1.实物模型支架——激活经验

近现代是如何准确计时的？围绕这个驱动问题，引导出本课的学习对象——机械摆钟。由于学生在日常生活中很少看见机械摆钟，对其比较陌生。因此，教师直接展示实物，接着拆除外部结构展示摆钟的内部结构。以此作为实物模型支架（如图1），引导学生观察并认识摆钟的结构。

2.自制模型支架——明确概念

对于五年级学生而言，理解来回摆动为一个周期、准确测量摆的摆动次数等具有一定的难度。因此，教师自制结构更加简单的模型（如图2）作为支架，在黑板上模拟演示。学生通过观察模型的摆动特点，思考摆钟的计时方式，生成“摆动计时”的概念，认识摆动的周期性。

3.软件模型支架——协同探究

明确了摆动计时的概念之后，学生还不能准确地测量其摆动次数。他们容易将摆动的一个周期（左→右→左）计为两次，或将不完整的周期计为一次，导致计数结果有偏差。因此，笔者使用了网络在线模拟软件。软件内可以设置不同的摆动条件，如摆绳长度、摆锤重量等，而且具有标尺、摆动轨迹线等功能，教师可以根据教学需要进行个性化的设置。借助现代技术支架的模型支架，学生可以进一步明确摆动计时的概念，同时提高观测摆动次数的能力。

（二）准备材料支架——提高实验效率

在“自制一个摆”的探究活动中，绳子打结、测量长度等操作会花费较长的时间。由于这些操作不是本课的重点，笔者在教学准备时为学生提供已经打结好、定好长度和摆重的半结构化材料作为材料支架（如图3），简化学生的操作，提高了实验探究的效率。

在准备材料时，教师还可以有意设计差异化的材料，如不同摆长、不同摆重的摆。各小组在实验后进行数据分析时会发现同一个摆具有等时性，但是不同摆的摆动次数是不同的，摆的摆动次数和什么因素有关呢？差异化的实验材料为后续的研讨提供了较大的空间。

（三）提供指导支架——细化实验细节

由于本课实验具有一定的难度，教师可以先进行现场演示作为指导支架。接着，再邀请学生上台进行操作示范。学生的操作可能会有一些错误，教师可以抓住失败实验中的正面效应，邀请其他同学进行点评。师生共同讨论总结出实验操作的要点：（1）起始时不能给摆推力，让其自由摆动；（2）摆动幅度不能太大；（3）摆动过程中不能撞击到铁架台。

此外，教师还可以在探究记录单上标注一些实验操作方法、重点步骤指示和记录内容作为指导支架，进一步降低探究过程中实验操作的难度，提高实验的有效性。

（四）设计信息处理支架——构建科学概念

汇总并分析小组实验探究获得的大量实验数据这一步骤非常关键。本课除了给学生提供探究记录表，笔者还设计了班级汇总表和数据趋势图作为信息处理支架（如圖4）。学生需要将收集的小组实验数据粘贴到班级的图表中。利用这些可视化的数据图，学生不仅可以看到自己小组的数据，也会关注全班的数据，并把数据转化为观点，在研讨环节中进行集体论证。

通过比较，学生很容易发现同一个摆的摆动次数基本相同，即摆具有等时性的特点。但学生在比较不同小组的数据时，会发现矛盾冲突：不同小组摆的摆动次数并不相同。利用这种生成式的教学资源，教师适时地引导学生进行深入思考：摆的快慢和什么因素有关？学生会有很多猜想，比如摆绳的长短、摆锤的重量、摆动幅度等。如何验证这些猜想呢？笔者邀请摆动次数明显不同的三个小组展示实物，学生通过观察不同的摆，寻找证据来支撑观点。这种信息处理支架的设计，可以引导学生在繁杂的数据中进行归纳总结。

（五）嵌入多样支架，激发探究兴趣

教师作为科学探究的引导者和参与者，在课堂上应把握学生的探究过程和思维过程，适时地提供相应的资源、工具和方法作为学习支架，让学生想探究、能探究、乐探究。除上文提到的支架，本课还可提供其他的支架设计促进学生科学探究。

1.问题支架——启发学生思维

在引出探究对象后，学生对于机械摆钟会感到好奇并产生许多疑问。教师应该尊重学生的好奇心，可以通过提出开放性问题：“关于机械摆钟，大家有什么想要了解的知识？”引導学生主动提出想探究的问题，如：机械摆钟是怎样工作的？摆钟的测量误差是多少？摆钟能不能一直摆动下去？学生在提出问题的同时也启发其他同学的思维，营造班级讨论的气氛。最后由教师汇总学生的问题，形成课堂的驱动问题。从学生感兴趣的问题引入探究活动，能够极大地调动学生的积极性和探究欲，体现出“以生为本”的课堂理念。

在对本课的驱动问题进行实验探究和研讨后，有些学生会显得意犹未尽，教师可以引导学生发现更多问题，比如“为什么摆动幅度越来越小”等问题。通过对开放性问题的探讨，引导学生学思结合，有效训练学生思维，培养学生主动探究的学习习惯。

2.微课支架——拓展认知范围

在了解摆的等时性后，有学生依然不理解真实的摆钟是如何通过摆动来计时的，如果此时教师没有去引导学生关注这个问题，学生可能会很快失去兴趣。因此，教师可以通过播放微课视频，让学生认识擒纵器这一关键钟摆结构，及时为学生答疑解惑，让学生产生进一步探究计时工具的兴趣，也感受到生活中处处有科学。

三、优化设计，促进思维成长

开展有价值的科学探究活动，是科学学习的关键。但是学生在进行科学探究活动时会遇到许多困难，影响学习效果。教师通过巧搭学习支架，可以帮助学生突破学习难点并完成科学概念的建构。本课的教学设计主要有以下特色：

一是设计合理的学习支架（如图5）。在本课的教学中，对于不同探究过程的学习难点，教师应适时地提供学习支架，帮助学生顺利完成一系列有逻辑的学习活动，逐步探索钟摆运动的特点，进行有效的科学探究。

二是注重学生科学思维的培养。本课的教学利用学习支架的设计，引导学生提出问题，开展科学探究收集数据。通过对班级记录表的数据分析，学生在观察和自我监控中，形成新的思维增长点，将数据转化为观点进行输出。学生在自主建构科学概念的同时，尝试依据实验数据提出猜想，建立证据与假设之间的联系，促进了科学思维的发展。