芻議科學實驗材料的優(yōu)化

周偉軍

科學學習以探究為中心，學生親身經(jīng)歷像科學家那樣的科學探究過程，是培養(yǎng)科學素養(yǎng)的主要途徑。而科學探究實驗離不開實驗材料。準備不同的材料或對相同材料的不同選擇和利用，學生經(jīng)歷的探究過程就完全不同。學生只有通過對合適的材料的操作、擺弄和思考，才能使學生從中感悟獲取科學知識的方法和過程，從而培養(yǎng)學生的科學創(chuàng)造性思維，提升學生的科學素養(yǎng)。筆者認為，優(yōu)化科學材料應從材料的準備、選擇與運用等方面著手，切實完善科學材料的結構，為學生的科學探究提供有力保障。

一、優(yōu)化準備策略——任務菜單人人參與

優(yōu)化實驗材料，應從準備環(huán)節(jié)入手。凡事預則立，不預則廢。所以，真正有效的準備材料應根據(jù)材料的特點，讓教師、學生和家長進行菜單式的選擇準備。

1.常規(guī)菜單——教師精心準備

在每學期期末，教師就應該對下學期的科學實驗材料進行整理、匯總，并列出學期材料菜單。然后開出單元材料單。一般提前一周開出單元材料清單，并把清單張貼在學期材料清單的下面。最后在每節(jié)課的導學單中進行有效規(guī)劃，明確哪些是教師可以自己準備的，哪些是需要學生收集的，哪些又是需要家長參與籌備的。對于常規(guī)性實驗材料（如燒杯、溫度計、量筒、試管等）、專業(yè)性實驗材料（如天平秤、顯微鏡、音叉等），教師應努力做好準備，為實驗正常開展提供保障。另外，對于教材中的有缺陷材料，教師應充分發(fā)揮聰明才智進行材料的再創(chuàng)作，自制適合學生探究的材料。

2. 生活菜單——學生人人收集

學生是科學學習的主體，也是實驗材料準備的主要力量。對于生活中比較常見的、容易尋獲的材料，教師可以放手讓學生自己準備。因此，教師在導學單設計中應注意體現(xiàn)學生的主體地位和小組的合作作用，讓學生共同參與材料的準備。導學單中要有具體的分工，責任明確到人。小組材料準備時要樹立 “組榮我榮，組差我差”的觀念。同時，對小組評價可以定期進行，選出“優(yōu)秀科學小組”，以提高他們準備材料的積極性。比如教學《做一個生態(tài)瓶》一課，課前讓學生分開準備材料，而且明確到人：一人準備5升裝塑料油桶；一人準備水草；一人準備魚類、螺螄等；一人準備魚飼料。

3. 特色菜單——家長參與籌備

學校有一千名學生，就來自于近一千個家庭，每個家庭都有不同的背景，有的家庭父母是開小雜貨店的，有的家庭父母是雙雙打工的，也有的家庭是開廠的，等等，每個家庭具有不同的特色和優(yōu)勢。教師在讓學生準備某些材料時，可以充分利用學生的家庭特色，發(fā)揮家庭優(yōu)勢，個別準備材料。如墊圈這種特有的材料，在教科版科學五上《運動和力》單元、六上《形狀與結構》都有使用，在我們科學儀器室中又沒有，如果去買價格還高。而筆者了解到學生家長中從事這一行業(yè)的有很多。于是，選擇一兩個從事這方面生意不錯的家庭，發(fā)揮他們的家庭優(yōu)勢，讓學生從家中帶一些墊圈來，個別準備這方面的材料。

二、優(yōu)化選擇策略——典型科學容易操作

材料的特性決定了實驗結果的好壞，教師應優(yōu)化材料的選擇，因地制宜地進行改進，盡量體現(xiàn)出材料的典型性、科學性和易操作性。

1. 材料種類要有典型性

材料并不是越多越好，也不是越新奇越好，教師應該從學生的角度來審視與設計每一件材料，盡量選用與學生生活密切相關的、有普遍意義的、典型的材料，既能夠使學生順利通過對材料的探索獲取對事物的正確認識，又避免材料準備工作的費時費力。如教科版科學三下《溶解》這個單元，讓學生通過觀察實驗，認識水的溶解現(xiàn)象，了解容易溶解在水中的物質和不易溶解的物質，知道水有一定的溶解能力等。這些實驗就需要準備幾種較為典型的材料，如容易溶解的物質（食鹽、高錳酸鉀等）和不溶解的物質（沙子）。筆者首先把容易準備的材料布置給學生，鼓勵每個學生都去準備，然后由教師準備高錳酸鉀、水銀等。如教科版科學五下《熱》單元中，為了更加明顯地觀察到水、空氣和金屬的熱脹冷縮，教材編寫時都考慮到了實驗材料的典型性。但第二課《給冷水加熱》一課，教材中展現(xiàn)的是封口袋裝熱水在冷水中上浮，然而這種實驗結果并不太清晰，所以筆者改進了實驗材料，在熱水中加入了紅墨水，使實驗現(xiàn)象顯而易見。

2. 材料設計要有科學性

科學實驗作為探究活動，其本質之一就是“實證”?？茖W是要講證據(jù)的，實驗中的事實、數(shù)據(jù)就是有力的證據(jù)。教學中，教師要引導學生通過定量觀察、測量、記錄搜集科學事實和可靠證據(jù)來驗證對問題的假說，但是，由于一些實驗材料缺乏科學性的原因，無效探究的現(xiàn)象還經(jīng)常存在，成為困擾一線科學教師的問題之一。如教科版科學四下《金屬能熱脹冷縮嗎》一課，教材中的實驗所展示的都是金屬受熱后膨脹的結果，學生并沒有真正看到金屬熱脹冷縮的過程。為了彌補不足，筆者用視頻直播的形式真實再現(xiàn)金屬熱脹冷縮的清晰過程，讓學生眼見為實，體現(xiàn)科學的真實性。首先利用高清微距攝像頭，在保證圖像的清晰度的同時，將銅條之間的縫隙盡量放大。這樣就可以非常清楚地看見受熱的銅條與另一根銅條之間的距離逐漸靠近，直至碰到一起。其次利用連通電路的原理，將兩根銅條連入一個完整的電路中。并配上集成電路報警器和揚聲器，盡量將電路連通后的信息以聲音的方式傳遞給每一位學生。最后，給銅棒加熱后會變長，在視頻中清晰地展現(xiàn)了這個現(xiàn)象。當然，銅條可以替換成其他材質的金屬，可以更多地再現(xiàn)其他金屬的熱脹冷縮過程，從而證明很多金屬有這一特性，體現(xiàn)了科學的嚴謹性。

3. 材料選擇要有操作性

教師選擇實驗材料時，首先應該考慮學生已有水平，針對小學生動手操作能力相對較弱，實驗技能尚未熟練的現(xiàn)狀，應選擇便于學生操作的實驗材料，設計切實可行的實驗方案，避免繁雜的實驗材料和過難的實驗設計占據(jù)大量的課堂時間，讓學生在“具有適度挑戰(zhàn)性”的實驗操作中開展探究活動，在較短的時間內掌握知識，形成技能，提高課堂整體效率。如教科版科學六上《做框架》一課中的制作正方體框架的實驗，要求學生準備大量的竹筷，現(xiàn)場制作正方體框架。每次活動前，捆綁的方法都要經(jīng)過精心指導，但這是比較費時的。上過這節(jié)課的教師也普遍反映存在這樣的問題?？梢姡窨曜拥倪x擇對于這個實驗的操作有一定的局限性，應加以改進。為此，筆者嘗試了多種材料，如塑料吸管、鐵絲等，最后發(fā)現(xiàn)五年級數(shù)學學具中的正方體塑料棒非常適合。不僅組裝方便，而且加固斜桿時也容易捆扎，大大提高了實驗效率，讓學生有充分的時間進行多次捆扎實驗、實驗數(shù)據(jù)的分析、捆扎方法的對比等后續(xù)研究。

三、優(yōu)化運用策略——趣味有序及時入庫

籌備了有結構的材料，只是完成了實驗材料處理的前期工作，關鍵是在于做到課堂上的巧妙運用，這樣才能起到事半功倍、錦上添花的效果。

1. 材料的呈現(xiàn)要有趣味性

興趣是探求新知時最重要的推動力，是構成自主探索的最活躍成分。實驗材料的呈現(xiàn)富有吸引力，能很好地激起學生探究的興趣。如上例提過的《給冷水加熱》，為了讓學生了解“冷水在熱水中會下沉，熱水在冷水中會上浮”的特點，我為每組準備了紅、藍兩種不同顏色的水，兩個塑料袋，讓學生自己在水槽中探究冷熱水的不同。學生在五彩繽紛的水世界中探究，效果非同一般。又如《液體的熱脹冷縮》一課以“自制噴泉”的實驗導入，有趣、神奇，學生興趣濃厚。不言而喻，這些有結構、有創(chuàng)意的材料，既充分調動了學生的探究興趣，又讓學生在比較輕松的學習中突破了難點。

2. 材料的提供注意有序性

分階段、適時提供有結構的實驗材料，不僅能有效地激發(fā)學生的科學探究興趣，而且能循序漸進地增加問題的復雜性，使學生在逐漸復雜的問題中，思維活動步步深入，步步推進，在潛移默化中增強學生的探究欲望和動力，促使學生去進一步發(fā)現(xiàn)。從而在無形中調控課堂教學秩序，避免學生隨意操作，有效地引導學生進行科學探究。如教學教科版科學四下《油菜花開了》時，教材在編排上就存在著嚴密的邏輯關系，首先讓學生從整體感知油菜花植株的結構，然后到重點觀察一朵油菜花的結構，最后到觀察一株油菜上的花的變化，這是一個從整體到局部，從觀察到推測，從直觀到抽象的過程。筆者在教學中先出示整株油菜，讓學生觀察實物，找出綠色開花植物的六部分結構。然后，為每小組提供一朵油菜花（事先放在各小組托盤上），最后以獎勵的形式把一株油菜花分發(fā)給各個組再次觀察。有序地出示油菜花植株，學生不會被其他無關的信息所吸引，注意力得到集中，學習效果有明顯提高。

3. 材料的整理講究長效性

筆者認為材料整理主要包括兩個方面：一是學生實驗后的材料整理科學規(guī)范。實驗材料的整理是對學生進行科學素質培養(yǎng)的一個重要內容。一個有著良好素質的學生必須要學會合理地整理實驗材料。而這種習慣的養(yǎng)成不是一朝一夕就能完成的，需要教師對學生進行不斷重復的指導與訓練。二是教師將每次實驗的材料進行歸整，保留“入庫”。教師應保留有用的材料，為下個班或下個學段的學生使用，為教師和學生節(jié)省了很多的時間與精力。把學生準備的實驗材料當成“寶”，學生今后準備材料的興趣就更濃了，從而就更喜歡科學課了。最后把這些材料整理入“庫”，專門放置在空曠、通風的室內分類整理。對于科學材料庫，教師可以根據(jù)需要列出各年級所需的材料，然后把科學材料庫里的材料進行分類保存，這樣有利于檢索使用。既然小學科學課幾乎每節(jié)課都有科學實驗，而且很多活動的實驗器材都比較多，筆者建議將材料按照“一單元一類”的形式存放，即同一單元的實驗器材放在同一個位置，在該位置貼上該單元的標題，而存放位置的設計統(tǒng)一按年級、章節(jié)次序。當教師上完某課內容后，將所開發(fā)整合的器材存放到相應的位置，這樣當以后再上到這節(jié)課時，可直接找到該課所需的器材，無須再從其他位置一一查找組合，從而讓實驗器材的準備更省力、簡便，節(jié)省器材準備時間。

總之，科學實驗材料需要通過多方籌備、精心選擇、有效應用，才能真正體現(xiàn)其價值，發(fā)揮其作用，啟發(fā)學生的思維，使他們更容易發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、獲取新知，使他們身心得到健康發(fā)展，從而培養(yǎng)學生良好的科學素養(yǎng)。

（浙江省衢州市龍游縣橋下小學 324400）