用有结构的材料引领孩子们踏上科学探究之路(孙辉刚、周友福)

第一篇：用有结构的材料引领孩子们踏上科学探究之路(孙辉刚、周友福)

用有结构的材料引领孩子们踏上科学探究之路

——科学材料的选择、设计与使用

孙辉刚 周友富

材料引起活动，活动产生思维。

在引导学生进行科学探究的过程中，我们会运用有结构的实验材料帮助学生经历认识过程，形成科学概念，同时调动学生探究的积极性，让他们体验科学探究的快乐，更好地投入到科学课的学习之中。

在此，我们借助具体的教学案例，对如何选择材料、如何使用材料等问题，一起来进行探讨。

一、什么是有结构的材料？

有结构的材料是教师经过精心设计的典型材料的组合，这种材料组合，既要能揭示与教学内容有关的一系列现象，体现教材的科学性，又要符合学生的年龄特征和认知规律，保证学生有能力、有兴趣通过材料来发现问题、解决问题、获取新知。

二、材料的设计与选择

1、材料的设计指向概念的方向 【案例1】 《磁铁》一课的材料设计

选择磁铁、铁块、镍块、铜块、铝块组合到一起，学生在操作这组材料时发现：磁铁和铁、镍能发生相互作用，而与铜、铝却不能发生作用，这便是磁铁的特性。学生通过摆弄这些实验材料，形成了磁铁的概念。

【案例2】 《电和磁》一课的材料设计

准备的材料主要有电池、电线、小磁针、铁钉、大头针。在准备时应精心挑选器材，比如导线，不能太粗、太硬，如果太粗、太硬，不利于学生在铁钉上缠绕，且容易短路。导线缠在铁钉上还不能松散、脱落。铁钉不能太小，要大的，有利于缠绕导线。铁钉还要在火上烧红粹火，这样在断电后磁性马上消失，使学生更能直观地观察到电磁铁通电产生磁性，断电磁性消失。【案例3】 《导体和绝缘体》一课的材料组合

层次一： 教师提供给学生的材料有铜、铁、铝、干木头、玻璃、石头、塑料、铅笔芯等。学生借助简单电路可以发现，有的材料导电，有的材料不导电，分别叫它导体和绝缘体（这个过程是归纳）。

层次二： 出示塑料外壳的圈笔刀，问它是导体还是绝缘体？学生运用上面的研究方法，发现圈笔刀一部分是导体，一部分是绝缘体，这时学生发现不能简单地回答圈笔刀是导体还是绝缘体，只能分开表述；学生会发现要准确地描述导体和绝缘体，就应该从材料的特性来描述（在演绎的过程中学习抽象，获得了新的认识）。

层次三： 提问“人体、水、大地是导体还是绝缘体？”这个问题很重要，它涉及安全用电的问题。用简单电路来检测，又不能发现它的导电性，如果在第一层次就出现这些材料，学生一定会给它们归纳到“不能导电的物体”一类。人的思维具有“先入为主”的特点。当学生一旦形成了错误的概念，我们就要花更多的精力来纠正。

科学课就是帮助学生从生活概念走向科学概念，正确地认识世界。在认识提升的过程中新知会与旧知产生激烈地冲突，只有打破原有的认知结构，建立新的认知结构，才能产生新的认识。

【案例4】《鸟》一课的材料设计

《鸟》一课教学时，教师出示了鹦鹉、鸽子、麻雀、蝙蝠、公鸡、蜻蜓、蝴蝶等部分实物和标本，让学生通过生活经验判断哪些是鸟哪些不是鸟。在这组材料中，蝙蝠似鸟非鸟、公鸡是鸟但常以“家禽”类出现，这样的材料，就引起了学生生活经验中的“鸟”和科学概念中的“鸟”的思维冲突。这一冲突正是我们进一步研究的良好基础。

2、材料的数量保证操作的需要

【案例】 《磁铁磁性的强弱比较》材料的选择 教师A预设了三种方案：

方案1： 在磁铁的不同地方挂回形针，比一比哪个地方挂的多。

方案2： 用磁铁的不同地方慢慢地靠近一个铁钉，比较磁铁把铁钉吸过来的距离远近。方案3：用一个小钢珠慢慢靠近磁铁，看它往哪边跑。

事实上，材料并不是越多越好，也不是越好玩越好。教师应该从教学目标、教材特点、学生实际、学校条件、当地环境资源等实际情况出发，精心准备探究材料，让材料与科学问题、探究结论紧密联系，具有典型性，要做到“少而精”，切忌“多而滥”，防止因材料而引起学生过多地关注无关的现象，真正让学生的探究活动落到实处。

3、材料的选择保证探究的质量

【案例1】 《毛细现象》一课的材料选择

教师为每组学生提供了一份固定在支架上的餐巾纸，浸入红水中后，观察到水沿纸上升的现象。接着，教师为学生提供以下材料：粉笔、铁棒、玻璃片、棉布条、水彩笔芯、硬纸片等材料，并提出了探究的目标：水还能沿着哪些物体上升呢? 【案例2】 《舞台灯光》一课的材料选择

“光”是小学科学教材中重要的教学内容，但在课堂中很难让学生直观地看到光的传播路径。鄂教版四年级《舞台灯光》一课中，用了两个传统实验来认识“光的直线传播”。

一是让手电筒的光沿着黑板面照射出去，在黑板上画出光射出去的路线…… 二是通过两块纸板上的小孔看到蜡烛火焰，再将另一块带小孔的纸板在两块纸板间调整，通过三个小孔看到蜡烛火焰为止。仔细观察三块纸板和蜡烛的位置，这说明什么问题？

一位教师自制了“光的传播演示箱”，将光的直线传播、光的折射、光的反射等现象变得更直观，收到了较好的教学效果。

【案例3】 《种子的发芽》一课的材料选择

本课研究水分对植物发芽的影响，而不是研究发芽的快慢和发芽的好坏。书中是这样做的（略）。一位教师在实验中进行了改进（略），实验效果比较好。

【案例4】 《风力的利用》一课的材料组合

教师为每一组学生分别准备了三个叶片、六个叶片、八个叶片且形状不同的纸风车，玩后提问：哪一种风车转动得快？学生不假思索地回答：八个叶片的风车转得最快，学生总结得出：风车叶片越多转得越快。

这一课我们重点研究的是：怎样使同一个风车转得快？叶片正对风向，风力要大。而不是叶片多少与转得快慢之间的关系。这一组材料没有引导学生形成正确的认识，所以，它的结构没有体现教材的科学性。

4、材料应鼓励学生自备

课前准备材料是科学探究活动的重要组成部分，让学生自己去准备一些相关的实验器材，这是一个很平常的课前准备，却能带来很多好处：一是减轻了教师备课的压力，十几个小组、每组十几种材料，如果教师准备，那要花多少时间？二是学生准备的材料范围大、式样多，有利于增加实验的说服力。三是学生用自己的材料进行探究，积极性高。四是给学生一种暗示，生活中也有许多材料可以进行探究实验。

教学《衣料的吸水性》时，一位老师就多费心思，因为准备各种布料对现在的学生来说有点困难。现在的家庭几乎都是买现成做好的衣服，家里根本没有碎布头，也不能将衣服毁掉剪些碎布头来。教师事先摸一摸学生的“底细”，原来有个同学家是开缝纫店的，也有同学的邻居是进行服装加工的，还有个同学的奶奶喜欢做手工活，有很多碎布头。就把收集的任务落实到这几个人头上，指导他们要收集什么样的布料。结果，同学们带来的布料很理想，模拟实验过程中，观察到了“毛毛雨”、“中雨”时布料的不同变化。

一个普通的气球，既可以揭示空气的存在，又可以去揭示弹性；既可以演示“空气流动形成风”，又可以去解释“反冲”现象，还可以用来体会水、空气的压力和气体、液体的热胀冷缩等。普通的注射器是研究空气的存在、空气占据空间、压缩空气、浮与沉、潜水艇、小容器等很好的材料。

尽管在小学生的科学启蒙阶段，我们要尽量科学规范地演示实验，使用规范的器材，但我们还是要尽量选择一些符合学生年龄特征，贴近儿童生活的材料，这些材料就是学生常见的坛坛罐罐，它们对学生有吸引力，又便于学生操作，具有趣味性和普遍性。

怎样让学生养成自觉准备材料的习惯呢？（1）学期初列出能让学生课前准备的材料清单（2）指导学生如何准备实验材料 要站在学生的角度去考虑，想一想我们布置的任务是否合理？是否能够轻松完成？假如随意布置，学生不带材料或带的材料不适合是必然的。

（3）发挥小组作用，建立材料准备的检查机制

我们应该充分发挥小组的力量，帮助孩子们养成认真准备材料的良好习惯。首先，要提前通知，最好能够有样本，让学生清楚该准备怎么样的材料；其次，发挥课代表的作用，在上课的前一天放学前再进行通知落实，减少忘记的可能性；最后，由各小组长做好检查、督促工作。

（4）要对准备的材料进行正确的评价

对精心准备材料的学生，可以采用各种各样的奖励机制，比如奖励小星星，贴在科学书本的封面上；可以让他当小组长，帮助教师分发材料，督促本组成员开展实验探究；可以在课堂时间允许的情况下，让这些学生多做一次实验，以激发其更大的学习热情；还可以将多余的实验材料分发给那些认真完成材料准备的学生，进一步激发他们准备材料的积极性„„

（5）发放“告家长书”，寻求家长的支持

对那些经常忘带材料的学生，我们更需要家长的帮助，密切与家长的联系。为让家长了解孩子们的课前准备工作，可采用发放“告家长书”的方式，让家长理解科学课在培养孩子思维、能力方面的重要性，认识到孩子参与材料准备的重要意义，并能协助孩子完成一些材料的准备工作，能够经常询问孩子学习科学的情况。

5、材料的选择应因地制宜

许多材料不一定要在实验室里找，大自然中就有许多不错的材料。如种子的萌发实验，要用到的材料有杯子、蚕豆、玉米种、布、线、盘子，这些材料每个同学家里都有。《食物的营养》中所用的瘦肉、蛋白、米饭、面条、土豆、苦瓜、白菜，哪个家里没有? 实验材料除了能在自然界里寻找外，有些材料我们还可以用其他的东西来代替。如酒精灯用蜡烛代替，烧杯用玻璃瓶代替，滴管用废弃的注射器代替，水槽用盆代替，集气瓶用饮料瓶(玻璃类)代替„„只要我们换个想法，实验仪器照样可以丰富多彩，一点也不比城里的学校逊色。

在农村有很多蔬菜大棚、养殖基地、果园林场等，这是农村特有、实用的优秀课程资源。我们把孩子带进这些地方，请专业人员带领他们看、讲给他们听、教他们学。

《新的生命》单元的观察活动是从观察油菜花开始的。第一课《油菜花开了》，最重要的观察材料就是油菜花，由整株的观察到锁定一朵花的细致解剖，再到对整株油菜的观察。孩子们会从田野里拔上一大束，通过观察、解剖，清晰地认识了油菜花的结构特点，孩子们很有兴趣，知识掌握也很好。下课后，油菜花或是丢进了垃圾筐，或是摆在角落很快枯萎败落。第2课《各种各样的花》，很自然，甚至不需要老师布置，孩子们又掐来了成束的鲜花„„

然而，在我们号召自备材料时，对学生进行珍爱生命的教育意识被淡漠、忽略了，学生学了点关于生命成长的知识，却以践踏生命为代价，漠视生命会被他们视为理所当然，为此，我们应做些改革，力求做到两者兼顾：既要完成观察任务，又能尽量避免伤害植物生命，并提高一株植物的利用率。孩子们自备材料时，让他们把整株的油菜花移栽到花盆里，成活后带到教室，上课时用来观察，平时就让学生照顾其生长。这样，不仅能美化教室的环境，还能让学生持续地观察它的生长与变化，第一课用完后，第二课还可以接着用。

三、材料的使用与呈现

一组材料就预示着一个现象，可以设置一个情境，进行一项探究，每一组材料的出现都有自己的目的性。教师通过对材料的选取和组合，以及交给学生时的次序，可以帮助学生发现和提出问题。

为使材料的结构更清楚，让孩子们更容易看出其内在结构，材料的发放有时需要分阶段、分层次进行。材料怎么出示，如何出示，应该引起我们的思考。

在实际教学中，应根据教学活动的具体情况，选择恰当的材料呈现方式。

1、材料的提前呈现。

2、材料的即时呈现。

【案例1】 《磁铁的相互作用》一课的材料呈现

教师A为了节省时间，课前把两块磁铁放在桌面上，材料在课前就出现在学生的眼前。教师把一只用纸做的小鸭放在水面上，鸭子轻轻转动，停止后鸭头朝北。提问：你看到了什么? 这应该是一个足以引起学生兴趣的演示实验，也是极富趣味性的导入。但我们看到的是部分学生被桌上的磁铁牢牢吸引了，有的开始玩起了磁铁，对教师的提问置之不理。

接下来，老师的提问，学生的回答，部分学生都两耳不闻，而当真正开始需要用两块磁铁研究时，他们的兴趣已经消失，开始打扰其他学生的活动。

教师B把材料事先藏了起来，桌子上什么都没有。和上一位老师一样，教师演示：把一只小鸭放在水面上，鸭子轻轻转动，停止后鸭头朝北。

教师提问：你看到了什么? 不难看出，在A教学中，由于材料的过早出现，分散了学生的注意力，产生了自由活动的冲动，整个教学活动很松散。在B教学中，材料及时出现，教学井然有序，学习热情自始至终高涨。

【案例2】 《桔子》一课的材料呈现

这一节课的执教者是著名特级教师章鼎儿。章老师在上课时用气球做引子活跃课堂气氛，然后他拿出一个装有水果的袋子，一下子就把孩子的目光吸引过来了，学生当然非常想要拿到这个袋子，静了下来。这时，章老师讲清楚了玩法，就把这个装有水果的袋子分发给学生，拿了水果的学生自然会去实验，过了一会儿，章老师拿出一个杯子，这个杯子里装的是黄色的桔子水。他说：“这个杯子里面的水是用桔子榨的。你们的桔子也可以榨出这样的桔子水出来。”当学生静下来以后，章老师就开始分发材料，课堂一下子就又“闹”开了„„

等学生活动得差不多的时候，章老师又拿出一个小桔灯。孩子们一看，又有新东西出来了，他们立即停止了榨汁。

课就是在这样一环套一环的节奏中进行着。

【案例3】 《热的传递》一课，其中一个环节是探究热在固体中是怎样传递的。老师是这样组织教学的：

（之前先讨论实验的方法，在铝片上找3个点，涂上凡士林，看凡士林熔化的顺序判断热在固体中是怎样传递的。）

师：要想做这个实验，需要哪些材料呢？ 生：酒精灯、火柴、铝片、凡士林。师：还有没有？

生：还要用夹子夹住铝片加热，不然会烫到手的。师：你考虑得真周到，请组长上台来领取实验材料。

小组长很兴奋地上台领实验材料，组内其他成员有的已按捺不住，站起身来伸长脖子看着实验材料，等组长把材料放到桌上后，教室里顿时热闹起来。

师：（表情严肃）请大家先把手中的材料放下，我们再来看看，做这个实验还需要注意些什么？

师：（边说边点鼠标，屏幕显示“实验注意点”）请大家安静，坐好，我们来看看，做实验还需要注意些什么，把这些“注意点”记在脑子里，然后开始实验。

这时，有的同学盯着屏幕看“注意点”，但更多的同学得到老师做实验的指令，已迫不及待地动起手来。显然，老师的“友情提醒”并未对他们起多大作用。

3、材料的分层呈现

这种材料往往是学生已完成一个阶段的研究，要进行下一阶段研究时所要用的。由于各个小组之间存在差异，研究进度不统一，这就要求教师对那些研究进度比较快的小组先发放材料，使材料在相应的阶段发挥出特有的作用。当然也可以对表现好的小组先发放材料，这样能起到调控教学的作用。

【案例1】 《燃烧与灭火》，老师在材料的发放上处理得很到位。（课堂一开始，就让组长从桌下取出1号信封，里面装有木条、木炭、蜡烛、铁丝等，先让学生熟悉这些材料，然后让组长用蜡烛点燃木条，仔细观察，认识燃烧现象。通过实验，发现燃烧一定要有可燃物，还要达到一定的温度。）

师：具备这两个条件后，燃烧就能产生吗？请组长从桌下取出2号信封中的材料，小组自主研究，看燃烧是否还需要其他条件。

组长取出2号信封里的材料，里面除了木条、木炭、蜡烛等材料外，还多了一个烧杯。材料取出后，各小组开始进行实验。

实验完后，汇报交流。师：燃烧还需要其他条件吗？ 生：要有空气。师：你怎么知道？

生：我先把蜡烛点燃，再用烧杯罩住蜡烛，把蜡烛与外面的空气隔绝开，一会儿它就熄灭了。生：燃烧需要干燥的环境，木条弄湿了，就点不着了。

师：说得很有道理。是的，燃烧的确离不开空气。确切地说，是离不开空气中的氧气。

这个教学环节，后发放的2号信封里的材料就称为“后续材料”。这位老师发放材料时注意了层次，把烧杯等作为后续材料发给学生，是很明智的选择。后续材料的呈现，不仅循序渐进地增加问题的复杂性，而且使学生在逐渐复杂的问题中思维活动步步深入，继而产生强烈的探究欲望，促使他们进一步探究。

我们需要考虑的是：如何利用材料让孩子的思维向形成概念的方向发展，如何调控孩子的思维由浅层次、无序性向深层次、概念性方面发展。材料的典型性、暗示性就意味着材料和概念之间的关联性，材料出示的次序就代表着思维的层次性。

【案例2】 《红黄蓝》一课的材料呈现

章鼎儿给一年级小朋友上的课。他准备好了红、黄、蓝3种颜色的液体，在讲清注意事项后，将3种颜色的液体同时发给学生，期望学生通过不同颜色、不同量液体的勾兑，观察出现哪些不同的颜色。章老师满以为学生会勾兑不同颜色的液体，但事实是，学生们很快就把3种颜色的液体全混在一起了。因为他们一直在不停地勾兑，只注意倒液体，却忘了量的多少和及时停下来观察。

第二次上课，章老师没把3种颜色的液体一起发下去，只发两种颜色的液体，学生操作完并汇报后，再发另一种颜色的液体，结果，活动按老师的设想，课堂走向了理想的境界。

一样的材料，一起发放就容易出现混乱，分开发放则精彩纷呈，因为材料本身也预示着教师思维的状态。为使材料的结构更清楚，让孩子们更容易看出其结构，学具的发放有时需要分阶段、分层次进行。在研究红、黄、蓝配色时，因为每组材料之间都有极强的先后逻辑顺序，因此，材料就必须分阶段发放。后续材料可以循序渐进地增加问题的复杂性，并使学生的思维活动在逐渐复杂的问题中步步深入、步步推进，继而引发更强烈的探究欲望和动力，促使学生去进一步发现。第一次教学之所以失败，就在于这3组材料没有分阶段出现，因为，孩子们看不出材料的结构，不知道该什么时候倒液体、倒多少，这组材料的无序和发放的无结构性，使得学生无法产生强烈的探究欲望和动力，思维活动始终处于模糊的状态。而第二次材料的结构就始终牵制着学生思维活动的发展，使学生的思维伴随着对这些材料的操作不断推进。

兰本达教授认为材料就意味着科学概念。有结构的材料就是对自然现象或运动变化规律暗自“呈现”的材料，必须组成启发、揭示科学概念的结构，学生通过操作材料收集事实、整理事实，在这个基础上探究科学规律、形成科学概念。因此，材料的选择要以能够体现事物的科学概念为基础，揭示正确的科学规律，材料的选取、组合、发放次序也要符合科学性，避免引起错误的认识。

学生对熟悉的材料操作不会有认知的发生，因为他们只是在重复已有的经验；而面对新奇的现象，他们的思维会随着材料的组合产生高速的运转，在运转过程中，他们需要重新组合在这方面曾有过的经验：现在所遇到的现象和以前接触到的现象有什么不同?又有什么联系?怎么用以前的知识解释当前的现象?„„这就是材料使孩子们产生的一系列的思考，这就开始了概念的形成之旅!农村小学的科学教学能否顺利进行关键在教师。一个勤于思考、不断探究、敢于创新的教师一定能培养出勤于思考、不断探究、敢于创新的学生，这是我们共同的期待！