曾寶俊

《三十六計》中的“偷梁換柱”原文為：“頻更其陣，抽其勁旅，待其自敗，而后乘之，曳其輪也。”古時候人們蓋房子時發(fā)現(xiàn)，如果搭建好了房梁和立柱，整個房屋的框架就出來了，在排兵布陣中，也按照這個道理來排列自己的主力部隊。此計運用此象理，是說好比拖住了車輪，車子就不能運行了?！巴盗簱Q柱”是指講究排兵布陣的策略，在古代戰(zhàn)爭中，統(tǒng)帥常常調(diào)動自己的主力部隊，變化陣形，敵人就會跟著調(diào)動。在科學課教學中，教師并不需要對學生進行欺騙，但可以利用有結(jié)構的材料，巧妙地幫助他們建構科學概念。本文將“偷梁換柱”改成了“添梁架柱”，這是教學中常用的策略之一。

一

巧婦難為無米之炊。開展探究活動需要設計相應的材料，然而，材料是不會說話的，怎樣讓材料活起來呢？這就必須運用老師的智慧，根據(jù)一堂課的教學目標，精心選擇，精心設計，為學生的探究活動提供典型的材料，這樣的有機組合，便是一門藝術。蘭·本達教授對材料有一段論述：

材料的種類和組合以及交給孩子們的次序就是材料的結(jié)構。所謂結(jié)構嚴密指的是各個材料之間、材料與教學內(nèi)容和教學目標之間具有緊密的聯(lián)系。因此，具有這樣功能的材料叫作具有嚴密結(jié)構的材料，簡稱“有結(jié)構的材料”。

這段話最早出現(xiàn)在蘭·本達教授所著的《小學科學教育的“探究—研討”教學法》里，這是她第一次對科學課堂中的“材料”做了具體而又細致的界定。

蘭·本達教授認為材料意味著科學概念，因為課堂上的材料可以演示出科學現(xiàn)象。學生通過操作材料可以觀察到一系列科學現(xiàn)象，科學現(xiàn)象背后隱藏著科學原理?，F(xiàn)在，大家普遍認識到要讓學生操作“有結(jié)構的材料”來收集事實、整理事實，在這個基礎上形成概念、探求規(guī)律。

美國科學FOSS教材主編勞倫斯教授也說了一段類似的話：準備好最精練的上課材料，并且思考材料出示的次序和步驟，這是我們老師在做課前準備的時候必須思考的問題。勞倫斯教授是研究腦科學的，他認為：課堂是一個認知的環(huán)境，在這個環(huán)境里，如果學生面對的是一堆雜亂無章的材料，認知就不會產(chǎn)生。如果學生面對的是一組具有典型結(jié)構的材料，他們就會對這個材料產(chǎn)生興趣，這些材料就會引發(fā)好奇。人有好奇的天性，奇則察，細察則生疑，疑遂生思，冥思而深究。當學生琢磨材料與材料之間會存在什么關系的時候，認知就產(chǎn)生了。所以勞倫斯教授提醒我們：單純的講解不會引起孩子的認知和思考，必須用材料引領孩子的思維。

例如，在探索“空氣在哪里”時，我們可選用日常生活中最常用的塑料袋、氣球等材料引導學生探究：

1.用塑料袋（氣球）來做“捉”空氣;

2.用感官來感知空氣并描述（看、聞、嘗、摸……）;

3.選擇磚塊來設疑，探究磚塊里有沒有空氣（實心的固體中是否有空氣）;

4.探究一些簡單、表面有孔的物體如海綿、蛋糕……是否有空氣;

5.探究表面看似無孔的物體如木頭、粉筆……是否有空氣;

6.探究辣椒中有沒有空氣？

經(jīng)過層層遞進的探究活動，最終使學生理解空氣無處不在、無孔不入，只要有空間，空氣都會鉆進去。

從這個實例可以看出，所謂有結(jié)構的材料就是教師經(jīng)過精心設計的典型材料的組合。這種材料的組合，既要揭示與教學內(nèi)容有關的一系列現(xiàn)象，體現(xiàn)科學性，又要符合學生年齡特征和認知規(guī)律，貼近他們的日常生活，還應具有趣味性，使學生喜歡并有能力通過對材料的探索來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，獲取新知。教師針對“空氣在哪里”這一問題，提供了不僅貼近學生的日常生活，而且遵循學生年齡特征和認知規(guī)律的有結(jié)構的材料，引導學生探索，從而發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、獲取新知。

二

特級教師路培琦曾經(jīng)上過一節(jié)著名的課——《玩注射器》。在這節(jié)課上，他準備的材料非常簡單，只有一盆水、兩個注射器、一根軟管。學生對這類材料非常熟悉，前半節(jié)課自由操作時，多數(shù)學生是把注射器放進水里面，抽一管水，擠出去，或者抽一管水擠壓到軟管里面去，沒有玩出什么新花樣。

隨著課堂的推進，路老師讓學生將材料進行組合：將兩個注射器用軟管連在一起。這么一連通，學生的操作就發(fā)生了非常明顯的變化，發(fā)現(xiàn)了一些新現(xiàn)象：這邊一推，那邊就出來了;這么一抽，那邊就縮下去了。這是怎么回事？學生立刻對新產(chǎn)生的現(xiàn)象產(chǎn)生了興趣，于是探究就沿著這個思路進行下去了。這組材料妙就妙在這根連接管上，簡單的材料被連出了新花樣，這就是“添梁架柱”的藝術——通過材料架構起學生科學概念形成的階梯。

路老師還有一節(jié)課《連通氣球》，是將兩個氣球用管子一連，結(jié)果引發(fā)了全國科學教師長時間的爭論。這節(jié)課的研究材料非常簡單：兩個氣球和一根管子。對于吹氣球很熟悉的學生，他們也會對兩個連通的氣球產(chǎn)生濃厚的興趣，因為熟悉的材料中往往隱藏著深奧的科學道理。學生一旦在材料面前產(chǎn)生了有序的思考，就說明材料選擇成功了。

這兩節(jié)課之所以取得成功，其精妙之處就在于材料的選擇。這兩組材料妙就妙在有這么一根軟管，兩個注射器或兩個氣球被軟管連起來，產(chǎn)生的是“1+1>2”的效果，課堂就發(fā)生了質(zhì)的變化。所以，結(jié)構嚴謹、巧妙而精當?shù)牟牧弦坏┏尸F(xiàn)在學生面前，就會對他們產(chǎn)生一種思維沖擊，導致認知的發(fā)生。學生在操作熟悉的材料時是沒有認知發(fā)生的，因為他們只是在重復已有的經(jīng)驗。面對新奇的現(xiàn)象，他們的思維會隨著材料的組合高速運轉(zhuǎn)，需要重新組合已有經(jīng)驗：現(xiàn)在遇到的現(xiàn)象和以前接觸到的現(xiàn)象有什么不同？有什么聯(lián)系？它們之間有什么關系？怎么用以前的知識解釋當前的現(xiàn)象？認知就這樣發(fā)生了。

三

下面提供一組有結(jié)構的材料，供大家借鑒、品味材料的內(nèi)在結(jié)構。

案例1：《磁鐵》一課的材料設計

選擇磁鐵、鐵塊、鎳塊、銅塊、鋁塊組合到一起。學生操作這組材料時發(fā)現(xiàn)：磁鐵和鐵、鎳能發(fā)生相互作用，而與銅、鋁不能發(fā)生作用。學生通過擺弄這些材料，初步認識了磁鐵的特性。

案例2：《電和磁》一課的材料設計

準備的材料主要有電池、電線、小磁針、鐵釘、大頭針。在準備時教師精心挑選器材，比如導線不能太粗、太硬，如果太粗、太硬，不利于學生在鐵釘上纏繞，且容易短路;導線纏在鐵釘上不能松散、脫落;鐵釘不能太小，要大的，有利于纏繞導線;鐵釘還要在火上燒紅淬火，這樣在斷電后磁性馬上消失，使學生能更直觀地觀察到電磁鐵通電產(chǎn)生磁性，斷電磁性消失。

案例3：《導體和絕緣體》一課的材料組合

層次一：教師提供給學生的材料有銅、鐵、鋁、干木頭、玻璃、石頭、塑料、鉛筆芯等。學生借助簡單電路可以發(fā)現(xiàn)，有的材料導電，有的材料不導電，分別叫它們導體和絕緣體（這個過程是歸納）。

層次二：出示有塑料外殼的卷筆刀，問它是導體還是絕緣體。學生運用上面的研究方法，發(fā)現(xiàn)卷筆刀一部分是導體，一部分是絕緣體。這時學生發(fā)現(xiàn)不能簡單地回答卷筆刀是導體還是絕緣體，只能分開表述。學生會發(fā)現(xiàn)要準確地描述導體和絕緣體，應該從材料的特性來描述（在演繹的過程中學習抽象，獲得了新的認識）。

層次三：提問：人體、水、大地是導體還是絕緣體？這個問題很重要，它涉及安全用電問題。用簡單電路來檢測，不能發(fā)現(xiàn)它們的導電性，如果在第一層次就出現(xiàn)這些材料，學生一定會給它們歸納到“不能導電的物體”一類。人的思維具有先入為主的特點，學生一旦形成了錯誤的概念，教師可能要花更多的精力來糾正。

科學課就是幫助學生從生活概念走向科學概念，正確地認識世界。在認識提升的過程中，新知會與舊知產(chǎn)生激烈的沖突，只有打破原有的認知結(jié)構，建立新的認知結(jié)構，才能產(chǎn)生新的認識。

案例4：《鳥》一課的材料設計

《鳥》一課教學時，教師出示了鸚鵡、鴿子、麻雀、蝙蝠、公雞、蜻蜓、蝴蝶等實物或標本，讓學生通過生活經(jīng)驗判斷哪些是鳥哪些不是鳥。在這組材料中，蝙蝠似鳥非鳥，公雞是鳥但常以“家禽”出現(xiàn)，這樣的材料，引發(fā)了學生生活經(jīng)驗中的“鳥”和科學概念中的“鳥”的概念沖突，這一沖突正是引領他們進一步探究的良好基礎。

四

在造房子過程中，“添梁架柱”是一個關鍵環(huán)節(jié)，需要一步一步落實到位。同理，在課堂上要讓學生建構科學概念，要適時呈現(xiàn)經(jīng)過精心挑選典型的、有結(jié)構的材料，如果沒有把握好呈現(xiàn)的時機，材料的作用就會大打折扣。為了讓學生更容易看出材料的結(jié)構，有時需要分階段發(fā)放和呈現(xiàn)材料。

《溶解》一課是一個傳統(tǒng)內(nèi)容，但很多課由于材料選擇不典型、課堂架構不清晰、實驗現(xiàn)象比較混亂，學生很難建構起清晰的“溶解”概念。下面通過分析這節(jié)課，闡述一下如何通過材料合理架構兒童的科學概念。

許多教材是讓學生觀察比較食鹽、沙子、面粉在水中的變化情況，抓住溶解和不溶解的主要特征，逐步加深學生對溶解的認識和理解，幫助學生形成關于“溶解”的描述性概念。在這個過程中，關鍵材料沙子、面粉、食鹽等如同建造概念“大廈”的“梁”和“柱”。

教學中，一般會讓學生把食鹽、沙子放入水中并攪拌，觀察它們在水里的變化，思考：哪些現(xiàn)象可以說食鹽在水中溶解了？哪些現(xiàn)象可以說沙子在水中沒有溶解？學生發(fā)現(xiàn)看不到食鹽的顆粒了，但是能看到沙子的顆粒，他們初步知道像食鹽這樣，放在水里經(jīng)過攪拌看不見了，就是溶解;像沙子在水里那樣還能看見顆粒的就是沒有溶解。

隨后出示面粉，面粉在水里的情況顯然不同于食鹽和沙子在水里的情況，這個材料的出現(xiàn)引出了新問題——面粉到底是溶解于水還是不溶解于水呢？教師鼓勵學生大膽猜測，表達自己的想法，然后通過實驗驗證自己的猜測。但是，實驗后學生有可能針對沉淀與否的問題再次出現(xiàn)爭議，教師順勢引導，讓學生通過實驗了解判斷物質(zhì)在水中是否溶解的另一個方法——過濾。教師通過講解過濾裝置，吸引學生目光，演示怎樣過濾食鹽、沙子，請學生猜測過濾紙上會留下什么。結(jié)果溶解的食鹽沒有被分離，而不溶解的沙子被分離，這樣就可以推理：如果面粉被分離開，說明它不溶解于水。學生分組做過濾面粉、食鹽、沙子混合液的實驗，效果非常明顯。本課最后的交流也指向“溶解”概念，學生對溶解從原來的“說不清楚”到能夠說出主要特點，這正是本課教學所期望的。

五

實驗材料要指向科學概念的有意義建構，避免無關的干擾，特別是三、四年級學生，觀察的點往往分散，即使教師一再強調(diào)觀察的重點，它們也不會完全按照教師的要求有序觀察，所以材料要做到簡約而不簡單。同時，分發(fā)材料的時機也很重要，所謂用材料控制教學節(jié)奏，說的也是這個道理。請看下面這一組案例中，教師是如何選擇材料來保證探究質(zhì)量的。

案例1：《毛細現(xiàn)象》一課的材料選擇

教師為每組學生提供了一份固定在支架上的餐巾紙，學生把餐巾紙浸入紅水中后，觀察到水沿紙上升的現(xiàn)象。接著，教師為學生提供以下材料：粉筆、鐵棒、玻璃片、棉布條、水彩筆芯、硬紙片等，并提出問題：水還能沿著哪些物體上升呢？

案例2：《舞臺燈光》一課的材料選擇

在課堂教學中，很難讓學生直觀地看到光的傳播路徑。《舞臺燈光》一課中，教師用兩個傳統(tǒng)實驗引導學生認識光的直線傳播：

一是讓手電筒的光沿著黑板面照射出去，在黑板上畫出光射出去的路線。

二是通過兩塊紙板上的小孔看到蠟燭火焰，再將另一塊帶小孔的紙板在兩塊紙板間調(diào)整，通過3個小孔看到蠟燭火焰為止。仔細觀察3塊紙板和蠟燭的位置，思考這說明什么問題。

還有一位教師自制了“光的傳播演示箱”，將光的直線傳播、光的折射、光的反射等現(xiàn)象變得更直觀，收到了較好的教學效果。

案例3：《風力的利用》一課的材料組合

教師為每組學生準備了3個葉片、6個葉片、8個葉片且形狀不同的紙風車，組織學生玩后，教師提問：哪種風車轉(zhuǎn)動得快？學生不假思索地回答：8個葉片的風車轉(zhuǎn)得最快。學生總結(jié)后認為風車葉片越多轉(zhuǎn)得越快。

本課重點研究的是怎樣使同一個風車轉(zhuǎn)得快，而不是葉片多少（不同的風車）與轉(zhuǎn)得快慢之間的關系，這組材料的結(jié)構沒有引導學生形成正確的認識。

面對有結(jié)構的材料，學生的探究能力是驚人的，完全可以在所呈現(xiàn)材料的暗示下進行探究：

1.有了經(jīng)過優(yōu)化的有結(jié)構的材料，學生才能開展真實有效的探究活動。教師對材料的再設計和再加工，可以增強趣味性、實用性和可操作性。學生通過有結(jié)構的材料能夠多層次、多角度地探究。

2.有結(jié)構的材料能夠體現(xiàn)學生探究活動的主體性。學生是探究活動的主體，受年齡特點、認知水平等因素的限制，他們的探究活動需要有比較形象的材料作為探究載體。學生通過對材料的操作自主探究，可以不斷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，得出正確結(jié)論。

3.層次性、針對性強的探究材料能夠滿足學生探究的欲望。兒童與生俱來有一種探求學習的習慣，如果只是讓學生進行沒有收獲和意義的虛假的“探究”，很難滿足他們的認知需要。

4.在有結(jié)構的材料引導下的探究活動，有助于學生構建和諧的人際關系，體驗合作的快樂，有利于他們逐步形成正確的價值觀和責任感，培養(yǎng)科學精神與人文精神。

六

在選擇和設計有結(jié)構的材料的過程中，“添梁架柱”的策略有哪些呢？請看案例——《磁鐵磁性的強弱比較》。

一位教師預設了三種方案：

方案1：在磁鐵的不同地方掛回形針，比一比哪個地方掛得多。

方案2：用磁鐵的不同地方慢慢靠近一個鐵釘，比較磁鐵把鐵釘吸過來的距離遠近。

方案3：用一個小鋼珠慢慢靠近磁鐵，看它往哪邊跑。

這樣的設計，能夠很好地引導學生比較磁鐵磁性的強弱。事實上，材料并不是越多越好，也不是越好玩越好。教師應該從教學目標、教材特點、學生實際、學校條件、當?shù)丨h(huán)境資源等實際情況出發(fā)，精心準備探究材料，讓材料與科學問題、探究結(jié)論緊密聯(lián)系，具有典型性。材料要“少而精”，切忌“多而濫”，防止因材料而引起學生過多地關注無關現(xiàn)象，真正讓學生的探究活動落到實處。

策略一：化繁為簡，生活化探究，建構針對性和操作性強的材料結(jié)構體系。如《形狀與結(jié)構》單元，為了研究各種框架的穩(wěn)固性，搭建的材料有很多選擇：用牙簽和胡蘿卜切塊進行高塔搭建，用吸管搭建等。學生創(chuàng)造性地選擇材料開展搭建活動，能夠更深刻地理解形狀與結(jié)構的抗彎曲能力。

策略二：充足備份，材料來源多元化，建設自助餐式“材料超市”。經(jīng)常用到的探究材料，可以充分發(fā)動學生，利用集體的力量和智慧準備充足，以便隨時取用。

策略三：去粗存精，個性化準備材料。如在《水鐘》一課教學中，可以將普通礦泉水瓶從中間一分為二，組合起來既可以做成受水型水鐘，又可以做成泄水型水鐘。礦泉水瓶還可以有多種用途，如種植鳳仙花、做雨量器、做水火箭，以及代替玻璃器皿做簡單反應裝置等，大的透明塑料筒更是做生態(tài)瓶的好材料。

策略四：創(chuàng)意改進，合理搭配，發(fā)揮材料的綜合效用。如《證明地球在自轉(zhuǎn)》一課，可以根據(jù)實際情況在可以轉(zhuǎn)動的圓桌上放置穩(wěn)定的、擺繩較長的擺，通過轉(zhuǎn)動圓盤模擬地球轉(zhuǎn)動，從而讓學生直觀地觀察到擺的擺動方向不會受到底盤的影響，準確理解傅科擺為什么能證明地球在自轉(zhuǎn)。

策略五：就地取材，巧妙利用，優(yōu)化材料結(jié)構層次，充分利用校內(nèi)外的各種資源。如《光和影》一課用投影儀做光源，研究影子產(chǎn)生的條件和變化特點，做手影游戲;在《宇宙》單元中，用投影儀模擬太陽，能幫助學生理解。

學生科學概念的建構不是一蹴而就的，在他們初步建立一個科學概念后，引導他們充分挖掘概念的內(nèi)涵并拓展概念的外延是建構核心概念的有效途徑。在這個過程中，教師提供的材料要有一定的梯度與層次，做到循循善誘、層層深入。