教師課前“下水實驗”的五個關注點

陳志強 程偉鋒

實驗是科學探究活動的重要組成部分，教師的“下水實驗”指科學教師在指導學生實驗前，對課堂上學生要做的實驗進行多次的預演或試驗，從而為有效指導學生開展實驗（科學探究活動）做好準備的行為。教師課前的“下水實驗”對于提高整個探究活動的有效性能起到積極的作用。在《浙江省小學學科教學建議·科學》中就有如下建議：“教材上的觀察、實驗活動，教師在上課前要親自做一遍，保證課堂教學順利實施。”那么如何做好“下水實驗”以提高課堂科學探究活動的有效性呢？

一、優(yōu)化實驗材料

科學探究離不開材料，材料選用合理與否，直接關系到教學的成敗。因此課前教師親自去當一回學生，“下水實驗”一番，檢驗材料的有效性，進行合理的改進，從而選擇結(jié)構(gòu)合理的探究材料，為提高探究活動的有效性打好基礎。

如筆者教學《空氣的熱脹冷縮》一課，課前通過“下水實驗”，對教師用書中建議提供給學生的材料進行了多次優(yōu)化改進，并對實驗材料進行了一定的增減與替換。教參上提供的材料是：燒瓶、L形玻璃管、熱水、常溫水、冰水、錐形瓶，氣球、紅墨水。課前實驗發(fā)現(xiàn)，要將紅墨水裝入L形玻璃管還需要滴管，而且紅墨水滴入L形玻璃管里需要一定的技巧，學生較難操作；其次，用常溫水使空氣受冷現(xiàn)象已很明顯，可將冰水去掉，降低準備材料的難度；再次，錐形瓶瓶口大，容積小，里面容納的空氣量較少，套在瓶口的氣球較大，效果不夠明顯，改用500毫升的燒瓶后效果較好；最后，材料的結(jié)構(gòu)性和層次性還不夠強。綜合上述“下水實驗”的體會，筆者對材料進行了如下的調(diào)整，每組材料為：燒瓶、燒杯（兩個）、帶吸管的小玻璃瓶、滴管、紅墨水、肥皂水、氣球、熱水、常溫水、細繩。改進后的材料在實際的教學中效果更好，且可以引導學生設計多種實驗驗證空氣具有熱脹冷縮的性質(zhì)，培養(yǎng)其發(fā)散思維。

下水實驗往往還可以及時發(fā)現(xiàn)儀器本身的質(zhì)量問題，將“問題”消除在課前。在下水實驗中，筆者曾經(jīng)檢查出了不能準確指示溫度的玻棒式溫度計；指南一端顏色不同的指南針；兩端是兩小片強力的磁鐵，中間一大部分是鐵。

二、預設實驗過程

實驗中該給學生多少時間？該怎樣調(diào)控實驗教學的進度？這是我們教師在備課時應該考慮的問題。教師的課前“下水實驗”，是課中預設實驗活動的重要依據(jù)。

如《空氣的熱脹冷縮》實驗，筆者在“下水實驗”中發(fā)現(xiàn)，在沒有外界干擾下有序完成實驗，需6～8分鐘時間，而學生做實驗時會受到很多的干擾，實驗熟練程度也不如教師，因此筆者預計需要12～15分鐘。再加上前面課題的提出，實驗方案設計的討論，以及后面實驗結(jié)論的探討與課外拓展，整節(jié)課可能要超時，于是筆者對一些環(huán)節(jié)進行了取舍與濃縮，最終設計了一個長時探究活動。既以學生為主體，又合理調(diào)控了時間與進度，整個實驗活動持續(xù)18分鐘，有序又高效。

再如教學《冰融化了》一課，要求記錄冰在融化過程中溫度的變化。一方面要讓學生測得冰水混合物一直保持在0攝氏度；另一方面要讓學生測得冰在全部化成水后溫度在不斷上升，且一直到與室溫一致。在“下水實驗”時發(fā)現(xiàn)冰塊融化的整個過程所需時間受多個方面因素的影響，如：冰塊的大小，冰塊的多少，實驗室的溫度，冰塊拿離冰箱時間的長短，實驗室中人員的多少等，都會導致實驗時間的變化與實驗效果的好壞。因此筆者在不影響實驗效果的情況下對如下方面進行了改進：冰塊的大小要控制在直徑兩厘米以內(nèi)；體積控制在300毫升左右；事先根據(jù)天氣情況與室溫調(diào)整放冰時間，以及冰水混合物冰與水的比例等。

三、檢驗實驗方法

正確的實驗操作方法是實驗規(guī)范高效的基礎之一。需要教師課前“下水”，及時發(fā)現(xiàn)和檢驗實驗方法恰當與否，為實驗教學順利開展保駕護航。

如筆者教學《冰融化了》一課，要求學生記錄冰融化過程中溫度的變化與時間的關系，還要求記錄冰上方、旁邊、遠處的空氣溫度變化。筆者事先進行了“下水實驗”，發(fā)現(xiàn)要在間隔一分鐘讀出溫度時間有點緊，而且時間不夠長溫度變化不明顯。若時間延長到兩分鐘，連續(xù)測量5次需要10分鐘，感覺手有點疲勞，易抖動，溫度計易碰到玻璃杯的底與壁。另外，記錄四組數(shù)據(jù)至少要四根溫度計和四個人，易產(chǎn)生誤差。于是筆者便想，可用什么裝置來替代人手拿溫度計避免誤差呢？鐵架臺是不錯的選擇，于是在“下水”一番后，在鐵架臺上設計了一個可在不同位置懸掛溫度計的杠子（如圖1），解決了上述的多個問題，優(yōu)化了我們的操作方法，讓學生的探究過程輕松又規(guī)范。

圖1 懸掛溫度計的簡易裝置

正是通過課前的“下水”，及時檢驗了探究活動中方法的正確與否，讓筆者有時間重新設計更加合理有效的實驗方法，避免了實際教學中可能會遇到的困難，保證了探究活動的順利開展。

四、控制實驗難度

科學課中的實驗，既要基于學生已有的能力，同時也要有利于學生實驗能力的進一步發(fā)展，要讓他們“跳一跳，摘到桃子”。因此教師要準確把握學生當前的能力水平，合理有效的設計實驗，控制實驗的難度。

如《空氣的熱脹冷縮》一課，整節(jié)課采取探究式學習法。教學思路是：創(chuàng)設情境，產(chǎn)生問題，大膽猜想；引導學生設計實驗，通過實驗收集證據(jù)；基于證據(jù)，進行交流研討，證實猜想。整個學習過程對學生而言是有難度的。那么如何合理搭建腳手架，提升學生的實驗能力呢？通過“下水”后筆者設計了如下環(huán)節(jié)：

設計實驗，收集證據(jù)（收集有關空氣發(fā)生熱脹冷縮的現(xiàn)象）

1.設計實驗方案，讓學生談設想

引導學生如何抓空氣—如何密封空氣—如何加熱和冷卻空氣—通過什么現(xiàn)象看到空氣的變化—證明空氣有熱脹冷縮的現(xiàn)象。

（1）激發(fā)學生展開思考，想出辦法讓其他同學看得見或是摸得著空氣受熱、受冷后體積的變化。

（2）讓學生說一說方法，教師提供材料（燒瓶和氣球）讓學生試一試，并做好學生操作的指導，讓學生獲得最初設計實驗思考的方向。

提供材料，給學生的是腳手架，降低了學生設計實驗的難度。引導學生如何抓空氣、密封空氣、加熱和冷卻空氣，思考通過怎樣的現(xiàn)象能證明空氣具有熱脹冷縮的性質(zhì)，最終讓學生領會到的是看不見的物體體積的變化情況往往可以借助觀察看得見的物體體積的變化情況來驗證的思想。

2.出示課件，依次提供材料，讓學生實驗

教師提供更多有結(jié)構(gòu)的材料，讓學生想出多種方法來驗證空氣具有熱脹冷縮的性質(zhì)。通過實驗學生在進行驗證猜想時，證據(jù)越多，猜想越可能上升為科學結(jié)論。

五、優(yōu)化小組合作

科學課的大多數(shù)探究實驗需要小組合作完成，而且要求全員參與，并避免一人操作多人圍觀的現(xiàn)象發(fā)生。這便要求教師課前進行“下水實驗”，并在學生實驗前做好調(diào)查，考慮在探究過程中學生們喜歡怎樣的合作？哪些活動需要別人幫助？哪些可獨立完成？根據(jù)調(diào)查，大部分學生喜歡自己動手操作參與活動；對于需要別人幫助的活動，事先要安排好每個學生的任務，最大限度發(fā)揮小組合作的優(yōu)勢，提高效率，節(jié)約時間；對于可獨立完成的活動，我們應給足實驗探究的材料，讓每個學生都有動手的機會。

如《空氣的熱脹冷縮》一課，有這樣一個環(huán)節(jié)，在燒瓶口套上氣球，由于考慮到氣密性瓶口要緊，所以選擇的氣球較小。在“下水實驗”時筆者發(fā)現(xiàn)，要將小氣球套到燒瓶口上，一個人完成有一定難度，一不小心燒瓶易從手上滑離，極易導致燒瓶摔壞，因而需要一個人握住燒瓶，一個人套氣球才易完成。通過“下水實驗”，我們會發(fā)現(xiàn)很多細節(jié)問題需要我們?nèi)ニ伎迹⑻幚砗蛥f(xié)調(diào)好這些問題，進而優(yōu)化小組的合作過程，優(yōu)化我們的實驗教學。

此外，做好“下水實驗”還能讓我們事先獲得實驗時會有些什么現(xiàn)象，可能會遇到什么問題，可以獲得哪些數(shù)據(jù)或證據(jù)，可以推斷出什么結(jié)論；在學生進行探究時，清楚學生可能需要得到哪些幫助，什么時候教師介入是適時必要的；等等。從而讓我們在實際的課堂教學中了然于胸，游刃有余。

總之，“下水實驗”能讓教師從學生的學出發(fā)，反思教師的教，從而使教師在課堂中能更加合理有效地進行指導，讓學生探究得更主動、更有效！

（浙江省縉云縣紫薇小學 321400 浙江省云和縣江濱實驗小學 323600）