蔣亞彬

本文以“科—工整合”的思路來搭建教學框架，對《設計電路》一課進行了重新設計，從整合設計思路、教學情境的創(chuàng)設、學生匯報方式的選擇、實驗器材的改進、拓展環(huán)節(jié)的優(yōu)化等方面闡述了在進行教學設計和試教時的一些思考。

一、教材課程分析

《設計電路》是湘科版科學課五年級上冊第四單元“電與我們的生活”中的第3課。在前面兩課的學習中，學生了解了電路的組成部分，知道了閉合電路的基本概念，本課將引領學生在此基礎上根據(jù)教學情境中的真實問題設計電路，在設計電路的過程中，初步了解串聯(lián)電路和并聯(lián)電路各自的特點。

二、教學思路設計

本課教材內容的安排根據(jù)學生的認知特點，按照由易到難的層次排列。由“一個開關控制一個燈泡”到“一個開關控制兩個燈泡”，再到“有沒有更多的設計思路”，層層遞進，符合學生的認知規(guī)律。但是三個任務都是由教師提出的，雖然一個比一個更難，看似很有挑戰(zhàn)性，但學生不知道為什么要進行設計，不知道這樣設計之后要用在哪里，解決什么問題，就好像無源之水，終有枯竭之時。根據(jù)我們對多年的教學經(jīng)驗總結發(fā)現(xiàn)，教材中的“一個開關控制兩個燈泡”的學習任務，除非之前對電路的知識有所學習，否則學生很難想到用并聯(lián)的方法去設計電路，最后的“還有沒有更多設計方案？”大多都是教師直接給出并聯(lián)的方法并進行解釋。因此很難達到發(fā)展學生思維能力的目的。而工程設計正是運用科學和技術進行設計、解決實際問題的活動。如果在本課的教學中融合工程設計，不但可以解決學習任務的“水源問題”，還能發(fā)展學生的工程素養(yǎng)。因此我們決定以“科—工整合”的思路來搭建教學框架。具體教學流程如下：

三、教學情境——由簡到繁再化繁為簡

確立了“科—工整合”的整體設計思路，那么貼近生活的工程任務自然成了教學情境的不二之選。最初我們的想法是創(chuàng)設一個為老師的新房裝修設計電路圖安裝電燈的情境。設計要求為：客廳、臥室、書房三個房間每個房間安裝兩盞燈，賦予學生設計師和工程師的角色，把學生分成6個小組，兩個小組對應一個房間，分別對三個房間的電路連接進行設計。在這里沒有明確提出兩盞燈需要同時控制還是分別控制，希望學生能夠依據(jù)生活經(jīng)驗，呈現(xiàn)不同的設計。由于兩盞燈就已經(jīng)可以設計出串聯(lián)和并聯(lián)兩種情況，因此我規(guī)定只需要安裝兩盞燈，避免過多數(shù)量的燈會擾亂學生的思路;限制房間的數(shù)量是考慮到其實分組只是一個“噱頭”，每個小組的情況其實是一樣的（都只有兩盞燈）。

試教時有教師提出，這個工程問題的提出者是教師本人，而不是學生提出的;并且如果要貼近實際生活，就應該每個房間都需要設計電路圖，讓學生自己先思考每個房間需要幾盞燈，再來進行設計，更能調動學生的積極性。按照這樣的思路進行修改課堂氣氛確實更加熱烈，學生積極性明顯提高，但新的問題更加凸顯：

每個組要設計的房間不同，學生在匯報時，其他小組覺得和自己無關，因此無法做到有效傾聽，最能體現(xiàn)學生思維的生生互動很難進行。

有的小組想設計更多的燈 ?（5盞、6盞），但為了避免過多數(shù)量的燈引起學生思維混亂，教師還是請他們先從兩盞燈開始設計，學生的學習積極性受到打擊。

權衡利弊，最終我們決定把教學情境設定為：對一間教室進行裝修，需要安裝兩盞電燈，請學生設計電路圖。這樣，每個小組的工程目標是統(tǒng)一的，在傾聽其他小組發(fā)言時更有傾聽的愿望，有效的傾聽自然而然地促成了生生之間的互動。在討論中，教師的回應僅僅是作為推動討論繼續(xù)進行的手段。并且學生每天都在教室中學習，對教室中燈的布局和開關控制方式相當熟悉，可以隨時聯(lián)系實際生活，在討論中更加有據(jù)可依。

由此可見，過于復雜花哨的教學情境雖然在激發(fā)學生學習興趣的方面有優(yōu)勢，但也在一定程度上使學生的思維過于發(fā)散，不利于核心問題的聚焦，并且在課堂互動中很難形成有效的傾聽。本課中驅動問題作為一個工程任務或者工程目標，雖然是由教師提出的，但由于貼近學生生活，又具有一定的挑戰(zhàn)性，學生的學習興趣仍然很高。但如果能由學生自己提出當然更好，我們也在就這一問題繼續(xù)思考和研究。

四、工程設計、匯報和展示方式的選擇

在科學領域，“思”指向以解釋自然現(xiàn)象為目標的科學探究;在工程技術領域，“思”則指向服務于實際問題的工程設計。因此，工程之“思”可以有多種設計思路，在本課體現(xiàn)工程之“思”的方法就是設計電路圖。設計電路圖的方式我們最初設想的是用虛擬實驗室的軟件，學生只需在平板電腦上拖動要用的電路元件并且連線就可以進行設計，非常方便省時，并且可以立刻同步到大屏幕上，方便學生展示和匯報。但在使用時發(fā)現(xiàn)，虛擬實驗室軟件不限制實驗材料的個數(shù)，有的學生出于好奇會拖動很多其他電路元件進來，非常干擾學生的設計思路，并且操作時常發(fā)生誤點的情況，反復修改其實反而增加了設計的時間。鑒于學生用標準電路圖設計電路過于抽象以及用實物圖的方式浪費時間等原因，我們采取了在磁性白板上用電路元件小磁貼擺放加畫線的方式進行設計，既省時又方便。

學生設計了電路圖之后用什么樣的方式進行展示和評價，關系著學生思維的展示和發(fā)展，只有充分展現(xiàn)了學生的思維，才有可能發(fā)現(xiàn)思維差異和產(chǎn)生認知沖突 ，從而引發(fā)學生對核心問題的聚焦和思考，產(chǎn)生繼續(xù)研究的內驅力。最初我們采用了小組匯報的方式，請每個小組上臺來匯報，其他學生判斷他們的設計是否可行并給出修改建議。試教后發(fā)現(xiàn)這樣的展示方式效率很低，并且教師拍照上傳后，有的小組借鑒他人的設計對本組設計圖又進行了修改，思維的差異沒有得到呈現(xiàn)。為了解決這個問題，我們對學生繪制設計圖的白板進行了改造，設計完成后將全班所有的設計白板用磁吸的方式貼在黑板上，教師把全班的設計整體拍照后在屏幕上放大局部進行展示。匯報時，舍棄了分組匯報的方式，改成了討論后再集中逐個分析可行性的方法，對不可行的方案給出修改建議，這樣，全班學生的注意力都集中在同一個焦點上，傾聽的有效性得到了保證，為后續(xù)的思維碰撞提供了條件。此外，我們增加了對所有可行的電路圖進行比較分類的環(huán)節(jié)，進一步幫助學生厘清思路，讓學生在思維上先對串聯(lián)電路和并聯(lián)電路進行比較和區(qū)分，在發(fā)展了高階思維的同時，為后面的連接電路以及測試評價環(huán)節(jié)打下良好基礎。

工程設計是工程實踐中最突出的一環(huán)。本課在設計電路圖和分析研討電路圖的環(huán)節(jié)花費了大量的時間，因此，合適的設計圖繪制方式和展示方式無疑對落實這一環(huán)節(jié)至關重要。本課用簡單易行的方式讓學生高效地完成設計圖的繪制，用直觀、清晰的方式展示了學生的設計圖，用集中分析的方式對設計圖進行聚焦研討。所有的這些設計都是為高效的課堂而服務的。而一些看似高科技的技術，如虛擬現(xiàn)實、AI、同屏等等，只有在真正需要并且實用的情況下才能發(fā)揮它的真正價值，起到錦上添花的作用，否則就成了為了用而用，反而本末倒置了。

四、連接電路實驗器材的選擇

為了讓學生有身臨其境的主觀感受，我最初在設計實驗器材的時候用到了教室的房間模型，想讓學生在模型里面安裝電燈，讓學生有一種真正在“施工”的體驗，并且便于測試效果時學生上臺展示。但顯然在立體的模型上連接電路和學生設計的平面電路圖之間有很大的區(qū)別，增加了學生照圖施工連接電路的難度，試教時這個環(huán)節(jié)非常耽誤時間。發(fā)現(xiàn)這個問題后，我們對實驗器材進行了改進，準備了另一塊磁性白板，把電路元件后面也貼上磁條，學生可以真正做到照圖施工，設計圖是怎么設計的，就在這塊白板上怎么擺放電路元件，最后按圖連接導線就可以了，大大節(jié)省了連接電路的時間。把寶貴的課堂時間留給了后面對不用連接方式的測試、評價和優(yōu)化上。

五、知識遷移與工程迭代的聯(lián)系

學生在完成電路連接之后，經(jīng)過對兩種連接方法的現(xiàn)象對比，認識了兩種不同的電路連接方式：串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，知道了兩種電路各自的特點。按照開始的設計，課上到這里其實已經(jīng)可以結束了，但由于在前面的討論設計圖和連接電路環(huán)節(jié)我們提高了效率，節(jié)省了一些時間，所以增加了一個回扣教學情境的知識遷移環(huán)節(jié)：請學生在認識了串聯(lián)和并聯(lián)兩種連接方式后，再來選擇更適合本課教學情境的電路連接方法，這里是回扣教學情境，同時也暗含了對兩種連接方法的評價，以及優(yōu)化、迭代的思想。在討論中有學生發(fā)現(xiàn)串聯(lián)電路中一個燈泡壞了另一個也不亮，而并聯(lián)電路沒有這個問題，所以并聯(lián)電路比較合適;又有學生通過觀察提出教室里的燈是一個開關控制一串燈所以是串聯(lián)的，并得出串聯(lián)比較合適的結論;立刻又有學生用剛才一個燈泡壞了但其他燈不受影響的發(fā)現(xiàn)反駁他，這樣的討論很好地引發(fā)了認知沖突，再次將課堂教學推向了一個小高潮，教師順勢引導學生以滿足“一個開關同時控制兩個燈泡的并聯(lián)電路”的要求再次進行設計，在這里工程迭代的特征更加明顯，甚至有學生用“超級并聯(lián)”來形容這種用一個開關控制很多盞燈的并聯(lián)電路，因為它兼具了串聯(lián)電路的集中控制和并聯(lián)電路的互不影響、亮度高等優(yōu)點。至此，學生對串聯(lián)電路和并聯(lián)電路的認識可以說是非常落實了，并且在這個過程中，學生充分體會了工程迭代的思想，工程思維、解決問題的能力、批判性思維等高階思維也得到了提升。

由此可見，“拓展遷移”環(huán)節(jié)雖然往往只作為一堂課的總結收尾，但其實暗含著工程優(yōu)化、迭代的思想，以“科—工整合”模式進行設計的科學課，可以很好地利用這一點，聯(lián)系實際生活，發(fā)展學生的工程思維和解決真實問題的能力。這樣“拓展遷移”環(huán)節(jié)也能成為課堂的亮點，甚至成為學生思維發(fā)展的高點。