基于发现的教学设计，再加点科学史的佐料
——以《点亮小灯泡》教学实录为例
（注：本图片及封面用图来自网络）
一、教学设计分析
《点亮小灯泡》是教科版小学科学四年级下册第一单元《电》中的第二课。前面一课介绍了摩擦起电及电荷的知识，为学习简单电路做了知识上的铺垫。
笔者对比了现行的小学科学苏教版教材，这一内容被安排在了五年级上册第三单元《电和磁》的第一课，而且没有电荷知识的铺垫，直接从一张圣诞树上的彩灯图片开始，呈现一个电池、三根导线和一个小灯泡，向学生发出挑战：你能用下面的材料点亮小灯泡吗？
起初，笔者很认可教科版的内容，从电荷到电路中的电流，知识体系清楚，学生学习难度会减小。然而，在试教了一两个班后，笔者发现，学生并不是头脑空空的来到教室——他们有对电的认知，尽管不是很清晰。特别是在有个别学生因短路操作被烫了一下后，我突然想到：当初研究电的科学家们，他们曾经也一定被烫过，他们也是经历了很多年的研究才逐渐对电路中的电是如何运行的有了认识。为什么不让我们的学生也经历科学家经历过的事情呢？
科学的本质是主观世界对客观世界的认识，是发现物质及其相互作用或运行的规律。因此，科学探究课堂就要创设情境来让学生去体验发现的乐趣。同时，考虑到课堂要有学生思维质量的提升，笔者设计了从众多“发现”中去学会总结并找寻共同特征的实验归纳思维培养环节。
教科版教材中有对电流的简单介绍，而苏教版教材中没有提及电流。笔者所在地区已经实行全年级共用一套课本，多数情况下我并不发放课本给学生看。因此，学生头脑中对于电路中有什么且是如何运行的并不明确。这样，就有机会让让学生对电路内在的规律进行猜想，构建自己的学说。如同当年科学家们所提出的各种假设。如果学生知道自己的想法竟然历史上伟大的科学家也曾经有过，想必定会给他们以极大的鼓舞，激发起科学探索的热情。
在实验材料的结构配置上，教科版教材设计了让学生尝试用一根导线点亮小灯泡，并让学生判断课本图中哪种方法可以点亮小灯泡。而苏教版教材中呈现了三根导线，且旁边的一幅配图在灯泡连接处也不是很清晰。笔者分析：一根导线显然让“发现”的数量不足，而三根导线会影响课堂效率，两根导线最为合适。
基于以上考虑，本节课以认识电流的通路为知识目标，贯穿体验发现的乐趣的设计主线，把教学环节设计简化为实验层面的发现与思维层面的发现，重点落在科学思维的提升与科学精神的培养。
二、教学过程
（注：“生”表示是学生集体回答；“生1、生2……”表示个别学生应答）
1.聚焦话题，导入新课
（ 注：图片来自网络 ）
师：同学们看，这座桥漂亮吗？
生：漂亮！还是玻璃做的桥！
师：对，不过到了夜晚它更美了（出示桂林玻璃桥的夜景）。
生：哇！
师：还有更美的。再看这个“日月双塔”。美不美？
生：太美了。
师：为什么这些建筑物到了夜晚会变得如此绚烂多彩呢？
生：因为有光照在上面了。
师：对，彩光把夜色装扮的如此美幻。那是什么物体发出这么美的光呢？
生：灯！
师：对，就是这些五彩的灯（图片）。
设计意图：从夜晚建筑物的美景引入灯泡，能引起学生的注意与兴趣。同时，考虑课堂要把更多时间留给学生，因此这一环节简单明了为宜。
2.介绍材料，发布挑战
师：我们今天就来研究灯泡。大家见过这种灯泡吗？（PPT中呈现小灯泡实物图）
生1：见过，在我家地下室就是这种灯泡。
师：对，这是一种款式比较老的灯了，在我像大家这么大的时候，咱们中国普遍用的是这种灯泡。大家看看这种灯泡有什么特点呢？（出示彩色剖面图）
生2：上面是玻璃泡，里面有灯丝。灯丝还是一圈一圈绕着，架在金属架上。灯丝两头接在两个连接点。
师：对，我们看，灯丝接在两个地方，说明这两点一样不一样呢？
生：不一样。
师：嗯，（指着灯泡原图的侧面与底部）说明这两个部位是不同的。那么要点亮这个灯泡，需要什么？
生：电池/导线……
师：对，我们需要能量！谁来提供能量的来源呢？就是电池（出示图片）。大家看看，这是电池，谁能说说，从外形来看，电池的结构有什么特点？
生3：电池里面有能提供电的物质……
师：对的，你知道的真多。我们能不能从外形上看看电池的特点？大家都一定都见过电池。
生4：电池的上面是凸起，下面是平的。一端是正极，一端是负极。
师：看来，电池这两个地方也是不同的。除了电池，我们还得需要导线（出示导线的图片）。今天，我们的挑战任务就是点亮小灯泡。下面，老师来说一下任务要求：
首先，我们使用的材料只有一节电池、一个小灯泡和两根导线。导线大家使用两根也可以，只用一根也可以，自己决定。我们的初始目标虽然是要点亮小灯泡，但老师更想看看，哪个小组能发现点亮小灯泡的方法最多，也就是你们要努力发现点亮灯泡的新方法，发现的越多，得到的表扬卡就越多！
这里，老师提出两个要求：1. 如果发现了点亮小灯泡的方法，组长举手即可，不能大声喧哗，喊“我们发现了”。2. 如果你尝试了别人的方法，请不要叫出来，继续去寻找新方法。
下面是老师给各组的分工建议——
组长：手持电池。卫生部长和纪律部长：手持导线去连接灯泡。发言人：检查电路连接是否符合设计图，做好方案可行性的记录（打×或√）。
不过，在领材料之前，每位同学得先在作业本上画出电池与小灯泡，像黑板上的一样。然后再用铅笔来连线（铅笔线代替导线），看看你觉得怎么样能让灯泡亮起来（在黑板上事先画好六个灯泡与电池的简图，教师用手势比划来示范）。这样，大家有了电路设计图，我们领了材料，就可以对照每位同学的设计图来进行验证。如果小组四个人都完成设计图，用坐姿告诉我，哪个小组就先领材料。 现在开始画图设计。
（…………教师下去巡视，观察并督促学生连线。）
设计意图：有序分工，鼓励发现，激发学生的上课热情。同时，强调作图和电路的设计环节，促进学生动脑去设计，构建模型。）
3.发放材料，初次实验
师：好，第X组的卫生部长上来领材料。
（各组逐一上来领取材料。教师巡视，看图纸的连线，询问是否有被烫的，如果有，马上中止实验）
师：同学们，先暂停一下。把材料交给谁保管？
（各小组自觉把材料交给纪律部长保管。）
师：同学们，刚才老师发现几个问题，我们需要来说一下。第一，我们发现个别小组的同学好像被烫了一下。有吗？
生5：有啊，我！
师：啊，真有，其他班也有这情况。怎么回事的？
生5：我把这条导线连起了正极和负极，手指就烫了。
师：同学们，看来我们这个实验有一定的危险啊！我们必须注意安全问题！大家一定要注意，从电池两端引出来的导线（在黑板上画图），这两头是不能碰在一起的，会很烫。这就是短路（板书） 第二，我发现有些组的连接方式与自己的设计图不一致：设计图上是接在灯泡的这里，可实际上操作的同学为却明明把导线头接在那里，那我们得出的结论肯定就不准确了。同学们，想一想，如果我们以后大学毕业，成了工程师，我们在做工程时，不按已经设计好的图纸办事行不行？
生：不行！
师：如果是盖房子，房子会……？
生：会塌！
师：所以，不能想怎么来就怎么来，那会出大乱子的。所以，再次提醒大家，特别是各组的发言人和组长，一定要认真细致。第三，有些同学在尝试新方法的时候，好不容易点亮了灯泡，结果再重新试的时候又忘记怎么连线了。所以，老师再次提醒大家，一定要先画好电路设计图，再逐个去验证。好，大家再次实验。
（学生再次活动。在让那些点亮的组把图画在黑板上的同时，也提醒一些
组用一根导线试一试。会有小组成功后大喊，只需提醒他们不能再喊，不必惩罚。
另外，要鼓励那些被烫过的同学不要害怕，大胆地重新尝试。）
设计意图：本环节是基于学生的初次操作肯定会发生短路，有人因而被烫手指这一事件，让其体验科学研究存在一定的风险，培养一种科学研究中的冒险精神。同时，设计图的要求和操作的规范性要求也能培养学生一种认真严谨的科研态度。）
4.思考“发现”，归纳共性
师：（学生在黑板上完成四至六个图的连线后）好，请纪律部长把材料收好。同学们，是不是这些电路设计图都可以让灯泡亮起来？这种连接方式可以吗？（指着其中一个连接图。）
生：可以。
师： 用实验证明过的小组举手。
（各组组长代表本组举手。）
师：嗯，好，看来大部分小组都验证这个连接方式可以。那这个图呢？验证过的请举手。
（可能出现只有一两个组举手的情况。）
师：看来，好多组没有试验过这个方案，那就不能说明他们的连接方法正确了。现在给大家20秒的时间，所有小组都来验证一下这个连接方式是否能点亮小灯泡。
（所有小组共同验证。）
师：可以亮吗？
生：可以！
…… （如此，逐一明确黑板上画出的连线图。）
师：同学们，我们看看这些图，它们好像长得不一样啊？你看，有的正极与负极连接点与另一个不同，有的呢只用一根导线就实现了，有的也用一根导线，却是另一种接法……它们的方式不同，却都能让小灯泡亮起来。这说明了什么呢？你有什么想法吗？
（学生一般会沉默一分钟。）
生6：它们都与电池连着了。
师：哦，与电池相连就能让小灯泡亮起来？
生7：那不一定，我们的方案就没成功。
师：嗯。现在我们黑板上的连接方案可都是被证明成功了的。大家看看，它们各自不同，却都能完成同一个任务，说明了什么？
（如果学生说不出来，可以用“不同的人都可以去超市买到方便面，因为口袋里
有相同的东西——钱”这一比喻来暗示。）
生8：说明它们都有相同的东西。
师：哦，相同的东西才实现了同样的功能。那是什么（结构）相同呢？
生8：老师，我发现了，电池的两端要分别和灯泡的两个接触点相连，灯就亮了，这是它们相同的地方。（学生找到了外表的共同之处）
师：嗯？（故作惊讶）大家看看，是不是这样？（分别指着几个图）这个是吗？这个是吗……
生：是的，都是这样相连的。
师：（用粉笔描粗正负极与两个灯泡的接触点，并绕过灯丝）哦，这样接，大家看看像什么？像不像两个人手拉住手？（请一个男生，与其手拉手示范）我们两个组成了个什么？
生：像条路。
师：路？什么样的路？像什么形状？
生：圈/一个循环？
师：循环？循环是个什么样子？
生：圆圈，来回跑。
师：这个电池、导线与小灯泡组成的圈，我们就叫做“通路”
设计意图：世界的表象如此丰富，但科学却要揭示其背后共同的简单规律。在学生们自主探索完成“发现更多点亮小灯泡的方法”这一任务后，引导他们从多样的表象中构建电流通路的模型，这又让学生经历了一次发现之旅——思维层次的发现。
5.发散猜想，构建学说
师：那这个圆圈是如何点亮小灯泡的？你觉得电池和导线里有什么？它们是如何运行的？（往更深层的原理机制导引）
生9：老师，我觉得是能量从电池里流动到了灯泡里，灯就亮了。
师：你认为是能量流动，从电池到了灯泡。那是怎么流动的呢？
生10：老师，我认为是从正极发出能量，从负极也发出能量，然后两股能量在灯泡处汇合，碰撞就让灯丝发光了。（让其上台指着黑板说）
师：哦，这位同学不仅猜测电池里面有什么，怎么运行，还指出了它们是如何发生作用导致灯丝发光的。我们有了第一种说法了，非常棒，那就以你的名字命名吧，叫“xx学说”。
生11：老师，我还有……
师：哦，那你上来说一说。
生11：（上台）我认为是电流从正极出来，经过灯丝，再回到负极。
师：哦，这位同学是这种看法，只有一种电流/能量。好，那就以你的名字命名吧，“xx学说”。
生12：老师，我也有解释。我看到灯丝很细，而金属架又不发光。所以，我认为是电子，从正极跑到灯丝，再跑回到负极，然后再跑，一直跑下去，然后就让灯丝发热了，灯泡就亮了，直至没了能量。
师：嗯，这位同学注意到了灯丝与金属架的区别，认为细，所以更容易发热，就亮了。非常有道理，那就以你的名字命名，叫“xx学说”。
生13：老师，我给他修正一下——我认为电子有可能是从负极跑出来的，也有可能是正极和负极都发出电子，然后在灯丝那里出碰撞，才发光的。
师：那你既是修正，也是综合了前面几位同学的说法啊。不错，能把别人的想法进行重新组合，变成自己的看法，也是一种创新。那就以你的名字命名这种说法吧，叫“xx学说”。（可能还有学生发言，因时间关系，可以中止）
看来，大家不但发现了点亮灯泡的不同方式，而且还找到了这些方法背后的共同之处，更重要的是，大家还提出了灯丝发光的猜想。那么大家的说法，谁对呢？其实都是有道理的。
看，这些都是历史上非常出名的研究电的大科学家（一张图片展示研究电的八个科学家），他们也经历了这样的一个探索过程。起初他们也不知道电池或电路里有什么，在进行着怎样的运行。就像大家一样，他们也提出了很多猜想。刚开始，他们以为是两种电荷在运行，因为电池里确实存在两种电荷。后来猜测，固体电池中可能是正电荷在跑，并规定从正极出发到负极为正方向。再后来经过更深入的研究，特别是带负电的电子被人们观测到，才知道原来是可以自由移动的带负电荷的电子在跑，从负极到正极，正好与原先的规定相反。但是，大家已经约定俗成，习惯了这种说法，就还是这样统一规定电路里电流的方向——从正极到负极为正方向，就像这样（PPT视频或动画呈现电路中电流的流动）。灯泡的两个接点要分别接在电池的正负极两端，电流在灯泡与电池之间这样的流动（用笔描出方向）。
同学们，看看这些科学家们的探索经历，大家觉得，我们自己是不是就是科学家呀？！
生：是的。
设计意图：本环节在学生得出共同规律的基础上，进一步让学生对电路内部不可见的物质及其运行规律进行大胆猜想。这既将科学探究的思维引向了更深层次，又是符合科学研究在一定阶段向本源进发的特点。同时，给学生的猜想冠以他们自己的名字，既是科学史上常用的形式，也是对学生原创性的尊重。向学生展示历史上伟大的科学家们也曾做过类似的猜想后，学生能受到极大的鼓舞，激发起科学研究的信心。
6.回顾总结，拓展延伸
师：嗯，大家都了不起。现在，我们再回顾一下：电流在这个由电池、导线和小灯泡组成的圈里流动，这就叫电流的通路。所有用电器的两端都要分别接在电源的正负极，才能形成电流的通路而正常工作。下节课我们一起来试试小电机。除此以外，我们还会用到其他材料，电池盒、灯座，特别是这个——开关。大家知道它有什么用吗？
生：知道，用来控制灯的亮灭。
师：对的，打开灯就灭，合上就亮，也就是能控制电流通不通。下节课我们来用开关分别控制小电机与小灯泡，大家敢不敢接受这个挑战！？
生：敢！
师：最后，老师给大家带来一个好玩的游戏。来，边上坐的同学，咱们手拉手……（外围的学生，手拉手，组成一个圈。老师面前的两个同学，每人抓住导电球的一个金属螺母）大家看一看，灯亮了没？
生：亮了。
师：那咱们现在组成了一个什么啊？（用手比划画圈）
生：一个大圈！
师：对，我们这些同学组成了一个通路，电流就在同学们的身上流过，又跑回到这个导电球里来，灯就亮了。我再让它灭（让远处的两个同学把手放开，圈断开）。
生：哇，灭了！（学生们很惊奇）
师：这时就不再是通路了，而叫断路。看来，我们人体可不可以导电？
生：可以！
师：不过，我要提醒大家。电给我们人类带来了很多好处，但是它也很危险。我们现在用的电池是直流电源，电压小，才1.5v，还是安全的，但即便这样，有时也会被烫手。那我问大家，教室里日光灯上的电压，有谁知道是多少伏吗？
生：220v。
师：200多倍，加你身上，可怕不可怕？
生：可怕，太危险了。
师：我们小学生才开始学习电的知识，知识储备还不够。家里的电路可不敢随便碰，那种电压很高，很危险！ 大家记住了吗？
生：记住了！
师：好，下课！
设计意图：回顾电流的通路，并用一个游戏来让学生更形象地理解通路与断路。同时，也自然而然地引伸到人体导电与用电安全的教育上来。
总 结：
科学理性有两个来源：欧几里德的逻辑论证和培根与伽利略开创的实证（实验）研究。本节课的开发与设计结合了科学史的内容，创设发现的探索情境。在实验探究方面，让学生自主设计实验，鼓励其关注新发现、新事物。在面对别人的实验结果时，要质疑，要验证，运用实验得到证据。在思维培养方面，重视科学实验归纳法的学习，让学生学会透过表象关注共性的规律。对于暂时无法深入探查的事物，鼓励学生大胆猜想，构建自圆其说的理论。实验发现是创造的因素之一，而发明理论来解释现象本身就是一种创造。基于创造的教学活动能让学生在思维的高阶层次上进行学习。同时，本节课既有科学方法的培养，也渗透了科学精神的教育。
