14 《电路暗箱》 教学设计及反思和点评

《电路暗箱》教学设计
【学科：】小学科学
【教材版本：】苏教版(2017课标版)四年级上册
【单元主题：】第4单元《简单电路》
【授课课题：】14课电路暗箱
【教学设计内容：】
教材分析：
《电路暗箱》是苏教版小学科学四年级第四单元的第三课。
本课的核心大概念指向是：
4.当事物发生变化或被改变时，会发生能量的转化，但是在宇宙中能量的总量是不变的。
11.科学认为每一种现象都具有一个或多个原因。
13.科学发现的知识可以用于开发技术产品，为人类服务。
涉及的主要概念有：
6.机械能、声、光、热能、电能、磁能是能量的不同表现形式。
课标中“物质科学领域”的相关概念要求如下：
6.4电可以在特殊物质中流动，电是日常生活中不可缺少的一种能源。
6.4.1电路是包括电源在内的闭合回路，电路的通断可以被控制。
6.4.3电是重要的能源，但有时也具有危险性。
本课着重在于电路连接的应用与和解决实际问题，是对前两课《点亮小灯泡》和《导体和绝缘体》的延续和巩固。纵向上看，本课在中年级认识材料的基础上，利用多样化的材料进行电路探究，为高年级获得能量的概念和初中建立电流、电阻、电压等概念打下基础。本课分为三个主要活动：认识电路检测器的作用；感知增加电路元件对电路的影响；通过探究获取解暗箱的方法。意在活动中促进思维逐层深入，最终获得解电路暗箱的基本方法，培养逆向思维，提升思辨能力。
学情分析：
（一）已有认知情况分析：
1.知识层面：四年级的学生对于电与电路的认识并不是一片空白，他们接触过生活中的很多用电器。在前两节课的学习中基本能够连接简单的电路，能够利用简易的检测装置识别导体与绝缘体，知道构成电路的必要元件，了解电路形成的条件及控制电路的方法。他们具备了基本的电路常识，但是没有形成对电路的更为科学的认识，对于增加电路元件造成的影响还不明确。本节课要基于数学中的排序法，利用严谨的科学方法，借助更为广厚的电路知识来解电路暗箱，对学生来说是一种挑战。
2.探究技能层面：学生可能尝试操作过用干电池做电源的一些电动玩具，但是由于在实际生活中分析和动手解决问题的机会比较受限，对于电路的操作技能还不成熟。经过三年多的科学学习，学生能够在老师的引导下提出猜想，观察现象并作记录。但是他们对细微现象的辨别意识略显薄弱，对于引起不同电路现象的原因分析还需有效引导。
（二）可能出现的问题及对策：
1.认知障碍：
①依据不同的实验现象分析电池正负极不同安装方式引起的不同结果：可以拍摄“更亮”和“不亮”连接情况对比图进行引导观察和分析。
②根据现象对内部电路进行判断可能出现障碍:电路探究的的现象非常直观，可以基于能量守恒这一核心大概念引导学生进行浅显的分析，利用表格法、图示法等及时进行梳理、记录和总结。
2.操作障碍:
①操作不规范：教师应做好示范，引导学生防止操作失误导致的检测结果无效，电路检测器应该进行自检。暗箱检测应该进行两次或三次重复实验，确保准确。
②暗箱检测不完整，有漏点：通过小组研讨，深入学习枚举法。
教学目标：
科学知识：认识电路暗箱，了解电路的基本连接方式，知道在电路中增加元件对电器产生的影响。
科学探究：能够利用电路检测器检测简单的电路暗箱；利用枚举法全面有序地检测电路的连接情况；有意识地运用图表、图示等方式进行记录；能够通过不同的电路连接呈现的亮灭、明暗等不同现象对暗箱内部连接进行合理的分析，总结解暗箱的方法，提升逻辑思维能力。
科学态度：培养以事实为依据的科学态度，能与小组成员愉快地合作，乐于利用多样的方法完成电路探究。
科学、技术、社会、环境：体会人们善于利用科学知识解决生活中实际问题，认识到科技发展对人类生活方式和思维方式带来的影响。
教学重难点：
教学重点：能够通过不同的现象对暗箱内部连接进行合理的分析，总结解暗箱的方法。
教学难点：能够做到操作准确，依据现象进行推测；对暗箱的所有触点进行检测做到不重复、无遗漏。
教学准备：
简单单路材料（U型导线、小电珠、灯座、电池、电池盒、开关、鳄鱼夹导线）电路暗箱，记录单，托盘等。
教学过程：
（一）初探暗箱，正向思维
1.创设情境，调动已有认知
①出示损坏的小汽车：同学们，请看，老师家小朋友的汽车玩具摔坏了，里面的导线露了出来，现在想要修好它，能帮忙想办法判断出左边的导线与右边的导线哪条是连接的？哪条是断开的吗？
预设：把导线连进电路或者利用上节课检测导体和绝缘体的电路检测器。
②追问：看到什么现象证明导线是连接的？
③演示：检测三根导线的通和断。
④小结：检测器可以帮助判断形成了通路还是断路。
[设计意图：]创设贴近生活的情境，调动学生的前概念。依据实际问题引出前课用来检测物体导电性能的电路检测器，再借助检测器认识暗箱中的通路和断路，把理论和生活实际结合起来。利用电路检测器串联起整节课的活动。
2.合作探究，完善电路认知
①聚焦新问题：我们的检测器除了能够检测导线外，还能检测其他的电路元件吗？比如分别把灯泡、电池等连入检测器中，灯泡的亮度会有什么不一样的变化吗？
学生猜想。
追问：为什么这么猜？
②你们想亲自进行验证吗？请说一说我们应该注意哪些问题？
提示：请大家先对检测器进行自检再连入电路元件观察，连接好电路后再闭合开关，在记录单中做好记录。
③指导合作探究。
④引导交流：和大家谈谈你们的发现。
预设：连入灯泡后灯泡变暗；
连入电池，出现两种情况：灯泡变得更亮或不亮。
提出质疑：为什么会有的小组不亮呢？什么原因导致的？
引导分析：电池正反两种情况接入电路引起的不同现象。
⑤再次验证，完善证据：为了使我们测定的结果更准确，请大家重新把电池正向和反向两次连入检测器观察。
⑥交流：为什么连入电池会出现更亮的情况？为什么增加小灯泡时亮度会变暗？
⑦小结：我们发现了这样的规律，断路时灯泡不会亮。把导线、灯泡、电池三种元件分别连接进入电路中，虽然检测器中灯泡的明暗的变化不同，但是都会形成通路。
[设计意图：] 在能量的大概念指向下，通过追问激发学生从能量的角度进行推测，促进潜在思维从微观到宏观的升华。通过自主探究总结在简单电路中增加电路元件的不同现象，体会科学探究中要综合多方面的因素搜集证据进行全面、完整的判断。
（二）再探暗箱，逆向思维
1.解密两点暗箱，初试方法
①出示课题：如果把这些元件隐藏起来，放进不能随意打开的电路暗箱中，你们能想办法检测出来吗？让我们一起来解密电路暗箱。电路暗箱上面有两个金属接线柱，连接着外面和里面。怎么做才能知道里面的连接情况呢？
②演示并推测：现在把暗箱接入电路检测器，发现灯泡没有亮。
进行推测：里面可能的连接情况时怎样的？请你推测一下。还有其他可能吗？
如何判断到底是不是电池呢？
反向再试：我们试一试反接，观察灯泡还是不亮，证明里面是什么情况？是断路。
③打开验证：为了验证大家的猜测，我们打开来看看。
④小结：解密两点暗箱时为了避免遗漏电池的情况，我们应该如何检测？是的，正反检验两次。
[设计意图：]借助两点暗箱总结出解暗箱需要正反测两次进行综合判断，再认识电池与断路之间的现象区别，突破难点。
2.解密四点暗箱，方法升华
①认识四点暗箱：你们找到了两点暗箱的解密方法，真了不起。现在难度升级，下面让我们解密四点暗箱。
②交流解密方法：该如何检测才能做到即全面又准确呢？请大家小组内讨论说一说该检测哪几对连接点呢？画一画，写一写。
每对检测点应该检测几次？是的，12次正向检测后再反向检测。
③提示：检测前有什么需要注意的问题？是的，我们要注意自检，开关，分工合作。同时，为了使结果更加准确，我们要进行复检。
④指导合作探究。
⑤交流：说说小组的推测结果。依据什么现象判断出哪些点之间的连接情况？ 有不同的检测结果吗？是你们错了还是事实就是如此？如果我们对检测器进行了自检并且反复测验，测得的结果就是正确的。我们先把相同的情况解决再来研究不同的情况。
⑥打开验证：为了检验大家的检测结果，请检测情况相同的小组打开验证，结果不同的小组加入其他小组进行观察。你们的检测结果与实际符合吗？谈谈你们的收获。
[设计意图：]通过讨论、列表、画图等方式帮助学生体会如何用排序法对四点暗箱检测，培养借助图表、表格等多种方式进行记录的科学研究习惯。在实际检测中由现象推测元件，学生的逆向思维得到充分发展。交流和总结培养学生运用科学语言与他人沟通的能力。“与众不同”的暗箱即锤炼了学生实事求是，敢于讲真话的科学品质又为再次解暗箱埋下伏笔。
（三）三探暗箱，发散思维
1.问题冲突，拓宽思维
①引出矛盾问题：这个小组的同学应该很着急，他们小组的暗箱还没解开呢。为什么会出现这样的现象呢？
②交流推测，发散思维：说说你的推测。里面可能连接的不是一个元件，可能连接了两个或者多个。你觉得是哪种组合？为什么这么想呢？试着在示意图中画出并交流。
[设计意图：]创建疑难情境，产生认知冲突，引出具有思维性、探索性、开放性的问题。在解“与众不同”的电路暗箱过程中学生接受新的挑战，发散思维，学生通过对现象更深层次的分析引发无限的猜想，进行多种推断。
2.感知多种电路连接方式，鼓励继续探索
小结：其实，不同的连接方式会产生不同的现象，即便是在同一种现象的背后，可能隐藏着不同的连接方式。你们一定特别想知道这个暗箱里是怎么连接的。它的答案可能不仅仅是一种。请同学们在后面的学习中尝试你们推测的连接方式，继续试验更多不同方式的电路连接来寻找答案，当你们有所发现时及时和同学及老师交流，老师把这个暗箱的打开权力交给发现问题的这个小组，当你们觉得时机成熟时可以在科学老师的见证下共同打开。
[设计意图：] 科学研究始于新的问题，这个新问题的探索形象、具体、可感知，符合学生的最近发展区，促进学生发散思维。鼓励学生综合运用习得的经验和方法继续探究更多可能的电路连接方式，把研究延续下去。
（四）总结拓展
1.拓展应用：介绍实验室和生活中更复杂的电路暗箱。
安全提示：我们手中的检测器只能检测使用干电池的电路，家用电器和电路，电压为220伏，不能用现在的检测器检测，因为会产生很大的危险，要选择更安全、精密的万用表等仪器来检测。
2.方法总结：除了电路暗箱外还有人体、地球等其他种类的暗箱，虽然打开这些暗箱非常的困难，但是我们可以像今天一样，利用科学知识和科学方法，借助外在的现象推测内部的情况。
[设计意图：] 联系实际进行安全教育，提升安全意识。应用迁移，认识生活中的电路暗箱及其他种类的暗箱，总结解暗箱的根本方法，学生以此为基础逐步建构解暗箱的思维方式。一方面把知识和方法进行迁移，一方面把探究的精神迁移到生活中。
板书设计：
电路暗箱
center167640导线
灯泡
电池
亮
暗
亮
亮
更亮
检测器
现象
内部
通
不亮亮
断
导线
灯泡
电池
亮
暗
亮
亮
更亮
检测器
现象
内部
通
不亮亮
断




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八、教学反思：
本课以电路检测器串联起解暗箱的系列活动：首先一探暗箱正向思维，通过自主探究掌握适当的解暗箱知识；二探暗箱，逆向思维，进行两点暗箱的方法引领，和四点暗箱的逆向思维训练，活动中学生的科学语言、科学思维品质、科学态度等都得到了有效的培养；三探暗箱，发散思维，利用“与众不同”的暗箱发散思维，延申探究时空，锤炼学生实事求是、严谨治学的科学态度；最后应用迁移，联系生活渗透解暗箱的科学方法和科学精神。
活动设计以能量为概念指向在宏观上帮助学生对电路连接有一个适合中年段学生特点的基本认识，由矛盾问题引出探究更多不同类型的电路连接方式。使学生能够在概念体系下进行更多更广泛的思维训练。
教学中情境创设的适切性较为突出：首先由实际问题引发思考，认识检测器的作用，再识通断路，把学生已有经验调动起来，以此为基础进行科学建构；再次创设问题冲突的矛盾情境，借助不同的现象情况进行深入分析，学生再解决问题中对自己的思维过程经历了调节和自我批判的过程，有效训练学生思维的深刻性和敏捷性。
本课比较好地达成了教学目标，学生的科学思维、科学研究态度、科学研究方法都得到了有效的训练和培养，帮助学生学会在广域的领域内思考问题和解决问题，在探究科学规律时能有方法上的指引，激发持续进行科学研究的动机。

【教学点评：】
点评：
本单元主题是简单电路，是原苏教版教材五年级的内容，降到四年级进行教学，而与“电路”下一次的相遇是在九年级物理《电流与电路》中才会更进一步涉猎和详细解析，因此本单元作为进阶学习的基础铺垫形式出现。电对小学生来说是既熟悉又陌生和危险的，而解电路暗箱看似简单却充满变数。如果放开教学可能会很难收住，而固定教学模式又可能会导致课程平淡无奇失去意义。
面对如此平常的一节课，教师在教学中却做到了以下几点，很值得借鉴和学习：
(一)大概念下的教学设计：本课首先从能量角度出发，最终回归能量问题延伸探究，引发学生在解密暗箱的过程中思考根本原因，有效促进学生的概念发展和建构。
(二)框架下的活动整合：基于学生的认知发展设计教学活动框架，教学内容和教学方式层层递进和深入，学生对电路连接的认识由具象到意象，促进其有效对科学语言、科学符号、科学概念进行建构。
(三)平常中制造矛盾冲突：学生在具备了基本的由现象推测内在连接的能力时，借助课堂活动巧妙地设计矛盾冲突，培养学生的证据意识，激发学生对电路连接的深入探究，促进创新思维的发展。
(四)思维的阶段性发展：学生的思维活动与教学内容之间有效融合，思维活动经历具体简单、复杂抽象、突变飞跃等进阶发展。促进学生由表面显现进行内在分析，训练学生思维过程的严密性。