小學科學設計結構性實驗材料的研究

【摘要】沒有材料，何以探究。實驗材料是科學探究活動的基石。有結構的實驗材料在使用上具有時間的優(yōu)勢，探究層次的豐富性，操作的簡易性，以及數(shù)據(jù)的典型性等。學生用有結構的實驗材料進行探究，能高效地認識問題，探究問題，解決問題，獲得科學素養(yǎng)的提升。我們以教學目標確立材料種類，以下水實驗探索結構性，以思維層次組合材料，以積淀而形成結構性實驗材料系統(tǒng)。

【關鍵詞】結構性實驗材料 探究 設計

【中圖分類號】G623.9 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）04-0174-02

科學探究是小學科學課的主要特征，實驗材料是科學探究活動的基石。教師經(jīng)過精心設計的典型教學材料的組合，各個科學實驗材料之間、材料與教學內(nèi)容之間、材料和教學目標之間會具有緊密的聯(lián)系，具備這樣功能的材料就是有嚴密結構的材料。

《浙江省小學科學教學建議三十條》提出：“精心準備有關的教學器材，器材必須充足和典型，避免兩手空空進入教室進行教學，保證學生觀察、實驗活動順利進行。”“器材要適合學生的學習，要突出探究活動的重點和本質(zhì)。可以對教材中的設計做適當?shù)母倪M，提倡開展自制教具，提高教學效率。”

結構的實驗材料在使用上具有時間的優(yōu)勢，探究層次的豐富性，操作的簡易性，以及數(shù)據(jù)的典型性等。學生用有結構的實驗材料進行探究，能高效地認識問題，探究問題，解決問題，獲得科學素養(yǎng)的提升。教師為學生提供什么樣的材料直接決定了課的質(zhì)量與效果。

一、結構性實驗材料的基本認識

教師通過對實驗材料的選取和組合，確定實驗材料呈現(xiàn)時的順序，讓孩子們發(fā)現(xiàn)和提出問題，逐漸就形成了結構性，結構性實驗材料的后續(xù)性，讓學生在逐漸復雜的問題中思維活動步步深入，促使學生去進一步發(fā)現(xiàn)，促使學生的思維不斷伴隨著對這些材料的操作而推進。我們可以按照材料在科學課中的呈現(xiàn)與作用，來設計這些結構性實驗材料。

1.引導型實驗材料

引導型材料引發(fā)學生思考，讓學生自主產(chǎn)生探究問題。引導型實驗材料更能激發(fā)學生學習的興趣。如小學《科學》三上第四單元第5課《我們周圍的空氣》，準備材料為塑料袋，棉線、針等。探究目的為空氣是存在于我們周圍的一種物質(zhì)，可以被我們感知；對無法直接進行觀察的物質(zhì)借助其他媒介，感知它們的存在；用特殊的方式對物質(zhì)進行觀察。明白科學的結論需要客觀事實來加以證明。

教師提問：大家都認為我們的周圍充滿了空氣，但是口說無憑，你們有什么證據(jù)可以證明空氣的存在嗎？如果現(xiàn)在只提供塑料袋、棉線和針，怎么證實空氣的存在？

學生這樣的操作：將塑料袋灌滿空氣；用棉線扎緊口袋，用手摸一摸，按一按，聽一聽；在袋子上用針扎一個小孔，讓空氣吹在臉上，聽聽氣流發(fā)出的聲音，說說對空氣有什么感覺？

小學生看到電池、電珠、電線，就想到要讓電珠亮起來；看到磁鐵與鐵釘，就想拿起來吸一吸；看到放大鏡，就想放一放書上的文字。引導型實驗材料，有助于學生產(chǎn)生思考，拓展思維。

2.觀察型實驗材料

觀察型實驗材料具備有效建構科學概念。小學《科學》三上第四單元第4課《比較水的多少》，準備的材料：塑料量筒，水，燒杯，雙黃連口服液瓶，碎碎冰塑料管等。探究目的：液體具有一定的體積，液體的體積是可以測量的。初步形成量筒的模型，建立毫升的概念。培養(yǎng)學生自主設計實驗，并能及時記錄相關數(shù)據(jù)的能力。認識到比較的方法是多種多樣的，對比較的方法進行分析和統(tǒng)一，有助于確立科學的標準。

《蝸牛》《蚯蚓》等動植物的研究，都需要準備觀察型實驗材料。這些課中用到的一些蝸牛、蚯蚓等最好讓學生自己準備一些。在材料的尋找過程中學生對這些小動物的生活環(huán)境和生活習性會有一個全面的了解，也增長了不少相關的課外知識。

3.模擬型實驗材料

模擬型實驗材料在小學科學教學中有很多，特別在宇宙單元。小學《科學》五下第一單元第2課《沉浮與什么有關》，準備材料潛水艇模型，透明塑料管，橡皮泥，注射器，水槽，清水等。探究目的為潛水艇應用了物體在水中的沉浮原理；用控制變量的科學方法，探究物體沉浮的原因；學習用分析的方法研究影響沉浮的因素；感受科學原理應用于實際的巨大作用。

學生這樣的操作：用塑料透明塑料管把潛水艇模型和注射器連接起來，在潛水艇模型下面粘上些橡皮泥。注射器推進后，將潛水艇模型放入水中，潛水艇模型浮在水面。抽拉注射器，使水進入潛水艇模型，潛水艇模型就會下沉。

在《晝夜交替現(xiàn)象》一課中，我們還需要準備太陽、地球的模擬材料。模擬型實驗材料，準備的情況越是接近真實，實驗的效果會越好。

4.測量型實驗材料

測量型實驗材料往往存在于科學課堂中的主體位置，也是我們每堂課所要探究的主體材料。如小學《科學》五下第一單元第5課《浮力》，準備的材料：橡皮泥（共用），泡沫塑料塊，測力計，棉線，塑料支架，盛水器皿等。探究目的：上浮物體在水中都受到浮力的作用，我們可以感受到浮力的存在，可以用測力計測出浮力的大小。物體浸入水中的體積越大，受到的浮力也越大。學習用彈簧秤測量泡沫塑料塊在水中受到的浮力。運用浮力和重力的概念，解釋物體在水中的沉浮。懂得數(shù)據(jù)在分析解釋現(xiàn)象過程中的重要性。

學生這樣的操作：用橡皮泥將塑料支架固定在盛水器皿內(nèi)的底部。將棉線的一段系在泡沫塑料塊上，另一段系在測力計的掛鉤上。先測量泡沫塑料塊的重量，然后將泡沫塑料塊放入水中后，再測量重量。

5.拓展型實驗材料

拓展型實驗材料可以讓學生繼續(xù)深入探究。如小學《科學》五下第一單元第2課《沉浮與什么有關》，準備的材料：塑料浮標，鋼珠，水槽，清水等。探究目的：物體在水中有沉有浮，判斷物體沉浮有一定的標準。對物體沉浮做出預測，并用實驗驗證，做好記錄。認識到用實驗驗證猜想，能及時糾正自己的錯誤概念。

學生這樣的操作：將紅色浮標上部套入白色浮標下部，組成完整的浮標。通過拉拔紅色浮標頭，調(diào)節(jié)浮標的長短，影響浮標在水中的沉浮狀況。在浮標中裝入鋼珠，加重浮標的重量，影響浮標的沉浮。

拓展型實驗材料適用于科學課堂教學后半程，繼續(xù)引發(fā)學生的深入探究。如“燒瓶吸取鵪鶉蛋”、“自制噴泉”、“磁鐵撈鑰匙”等。

二、結構性實驗材料的設計方法

我們準備結構性實驗材料，必須緊緊圍繞著教學目標。

1.結構性實驗材料的積累

《種子發(fā)芽實驗（一）》教學目標：種子發(fā)芽需要一定的條件；經(jīng)歷設計種子發(fā)芽實驗的過程，用對比實驗的方法觀察、記錄水分是否影響種子的發(fā)芽；養(yǎng)成對實驗觀察的興趣。我們根據(jù)該課教學目標準備材料：塑料盒2只，若干綠豆種子，餐巾紙，直尺，放大鏡，針等。

小學《科學》三上第三單元第3課《比較韌性》，教學目標：物理性質(zhì)可以用來描述材料，如硬度、柔韌性、吸水性和在水中的沉浮能力；柔韌性是指物體在受力變形后，不易折斷的性質(zhì)；用簡單測量的方法檢驗材料的物理性質(zhì)，通過比較發(fā)現(xiàn)材料的不同韌性的物理特性；發(fā)展對物質(zhì)世界的探究興趣，認同物理性質(zhì)是可以被觀察和測量的觀點。

結構性材料因思維層次而組合。小學《科學》五上第一單元第5課《食物鏈和食物網(wǎng)》，我們需要認識動植物之間存在著食物能量交換關系。我們尋找各種廢舊圖片，用剪刀將找到的圖片中的動植物部分分別剪下，然后就可以根據(jù)圖片中的動植物的食物關系進行排列活動了。

教師要做到有目的地積累上課需要的材料。并在課后整理歸納材料，形成材料系統(tǒng)。上完課，就將用過的材料丟棄了，是十分可惜的。有很多材料是能重復使用的，老師對自己使用過的材料進行再整理，可以重復利用，把這節(jié)課用到的實驗材料用文字記錄整理，形成材料系統(tǒng)。根據(jù)所整理好的文字和表格材料，根據(jù)在課堂上的材料使用情況，及時總結和修改材料使用的不足，最終將形成具有指導作用的小學科學材料系統(tǒng)。

2.結構性實驗材料的抉擇

材料的材質(zhì)、價格、是否典型等影響著我們的抉擇。我們需要根據(jù)性價比、成本效應等來抉擇這些實驗材料。盡量選擇容易的。各種紙片，各種塑料瓶罐，各種食品包裝，都是我們科學課里很好的探究材料。走進我們的生活，走進大自然，都會發(fā)現(xiàn)很多現(xiàn)有的材料資源，甚至生活中的各種石頭，都需要我們搜集，因?qū)W生操作而決定。為了學具的結構更清楚，必須有足夠的材料，數(shù)量上能滿足每個學生都有操作實踐的機會，質(zhì)量上要有多種材料說明同一種事實。

《磁鐵有磁性》一課中，在選擇各種分值的硬幣中，一元的，五角的，一角的，特別是五角和一角的硬幣有兩種，一種能被磁鐵吸住，另一種不能被磁鐵吸住，這在選材上要有代表性。而在《油菜花開了》中就應選擇既有花蕾的，又有開一半的，還有全開的油菜花作為研究對象。代表性的材料，不僅決定了學生實驗的有效性，而且提高了教師教學的目的性。

教師可以自己準備一些演示實驗用的材料，這就要求教師課前要深鉆教材，避免盲目性。教師也可以自制一些實驗教具，彌補實驗器材的不足。

3.結構性實驗材料的控制

我們需要考慮材料的層次性，結構性實驗材料因課堂進程而控制。如《材料在水中的沉浮》一課，探究目的：認知有的材料在水中漂浮，有的材料在水中下沉，物體在水中的沉浮與構成的材料有關；用簡單實驗的方法檢測材料的沉浮性質(zhì)，通過比較發(fā)現(xiàn)材料的不同沉浮特性；發(fā)展對材料科學探索的興趣。我們可以提供的材料：木片，鐵片，塑料片，水槽，清水等。

教師出示這些材料。猜測：如果將它們放入水中，它們在水中的沉浮是怎樣的？老師演示操作，學生觀察操作過程。指導學生分組實驗。①將小組的預測填入準備好的表格中。②將各種材料逐漸放入水中。③觀察各種材料在水中的沉浮狀況。④將實驗結果記錄在表格中。

小組匯報。實驗結果是否與預測相同？哪些物體在水中浮？哪些物體在水中沉？學生思考：你認為物體的沉浮與制造物體的材料有關系嗎？引導學生根據(jù)實驗記錄，對比分析實驗結果，用事實說話。

師生小結：物體在水中的沉浮與制造物體的材料有關。

我們根據(jù)數(shù)據(jù)展現(xiàn)的典型性，包括正確與失敗、正面與反面、短時與長期等，合理選擇實驗材料。如《各種各樣的巖石》一課，教師可以選擇本地比較有代表性的巖石，有花崗巖、砂巖、頁巖、石灰?guī)r、大理巖五種。學生通過仔細觀察、動手實驗，相互交流，共同歸納，找到了每種巖石的特征，并能把這些巖石加以區(qū)分。

三、設計結構性實驗材料還應注意的問題

我們不僅要關注材料挑選的簡易性，目標達成的有效性，而且還要考慮到小學科學材料的共用性，科學學科本年段的材料的共用，中小學科學的實驗器材的共用，小學科學與小學其它學科材料的共用。

1.材料的必要性

課前確定材料的必要性，考慮準備的材料是否有問題。教師課前要精心檢查準備的材料，防止因為材料的原因而引起學生錯誤的認識。關注因材料而引起學生過多的關注無關現(xiàn)象。教師從學生的角度出發(fā)，下水實驗所提供的材料。

教師把材料交給學生活動，不但自己要明確，還必須讓學生知道，為什么要做這些活動，以充分調(diào)動學生的內(nèi)因，發(fā)揮他們的積極性、主動性、創(chuàng)造性。讓學生帶著問題去研究。

2.學生是材料的主人

很多種情況下，我們使用的材料完全一樣，但由于給學生的自由權利程度不一樣，其教學效果就會大相徑庭。只有給學生充分的自主支配材料的權利，學生才能發(fā)現(xiàn)事物多樣的屬性，利于發(fā)展他們多種能力。

3.材料的有效性

小學低年級的學生基本處于混合思維階段；小學中年級的學生基本處于復合思維階段；小學高年級的學生基本處于前概念思維階段。年齡較大的兒童，甚至成人，當他們初次在一種新學科中建立概念的時候，也常常是混合思維階段。因此，教師要了解學生，為學生提供材料時必須考慮學生的年齡特征，讓學生有能力從材料中發(fā)現(xiàn)其意義，避免學生在探究學習中產(chǎn)生困難。

教師在科學探究活動中，為學生提供的材料不同，提供的材料方式不同，實際上反映不同的教學思想。教與學是一個不可分隔的整體，為學生提供有結構的材料是探究型學習的基礎和保證，但提供了有結構的材料并不是意味著學生探究學習的完成，我們必須深入理解探究型學習的實質(zhì)，以一個研究者、引領者的身份指導學生的探究活動，讓每一個學生經(jīng)歷探究歷程，在這一過程中得到科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻：

[1]蘭本達.《小學科學教育的“探究和研討”教學法》.北京：人民教育出版社.1983年.

[2]《科學（3—6年級）課程標準》.北京：北京師范大學出版社.2002年.