讓實驗改進 為探究助航
——小學科學教學中實驗改進策略例談

浙江省紹興市上虞區梁湖鎮中心小學 呂文煥

讓實驗改進 為探究助航
——小學科學教學中實驗改進策略例談

浙江省紹興市上虞區梁湖鎮中心小學 呂文煥

本文結合筆者一線教學的課例，試著梳理當前小學科學教學中實驗改進的四大策略：改在“概念頑固”時；改在“觀察局限”時；改在“研討遇阻”時；改在“理解困難”時。通過實驗的改進和創新，幫助學生更好地理解科學知識，獲得直觀的實驗效果和直接的科學經驗，為有效地進行科學探究助航。

探究 實驗改進 策略

小學科學是以觀察和實驗為基礎的學科。精心設計實驗，讓學生通過親身實驗獲得知識與技能是進行小學科學教學的關鍵。學生親歷各種實驗，體驗學習科學的樂趣，增長科學探究能力，獲取科學知識，形成尊重事實、善于質疑的科學態度，從而提高自身的科學素養。

實驗設計的好壞直接關系到教學的效率與成敗。通過教學實踐發現，在教材編排中，有些實驗在實際操作過程中存在著不夠完善之處；有些實驗需要根據學生前概念認知適時地進行微調；有些實驗則需要在教學遇阻時重新設計和補充……所以，我們科學教師要根據教學的需要，結合學生的認知水平，因地制宜地進行實驗的改進和創新，幫助學生更好地理解科學知識，獲得直觀的實驗效果和直接的科學經驗，為有效地進行科學探究助航。筆者在課堂教學的打磨和實踐中，對實驗的改進有了更深的思考和認識。本文將結合一線教學課例，試著梳理當前小學科學教學中實驗改進的四大策略，與諸位共商。

策略一：改在“概念頑固”時

在實驗設計時，我們必須先了解學生現有的概念水平。前概念在學生科學學習中扮演著非常重要的角色，新概念的形成往往是建立在它的前概念基礎之上。當科學概念和前概念比較一致時，學生就容易理解和內化；當科學概念和前概念相沖突時，學生原有的錯誤概念根深蒂固，不易糾正和改變。要轉變學生的錯誤概念，僅僅告訴學生“正確”的概念是無效或低效的。我們只有在有效的實驗改進中，讓學生親身經歷實驗的現象，在事實和證據面前實現由前概念向科學概念的轉變。因此，我們教學過程中，要準確把握學生的較為“頑固”的前概念，有針對性地進行實驗的改進，使學生的原有概念在動手實驗中改變、發展和重建。

案例1：“沒有磁鐵，通電后的轉子能轉動嗎？”

筆者在教學《神奇的小電動機》一課時，了解到學生根據生活經驗，在前概念中認為電是萬能的，小電動機的轉動只是電在起作用。考慮到此前概念很難通過一次模擬操作進行改變與重構，于是我對實驗進行了微調：

1.學生在了解電動機的構造后，教師引導學生討論：為什么一通電，小電動機就能轉動？隨后交流多種原因猜想：電的作用、電磁鐵與磁鐵相互作用等。

2.教師將電動機模擬裝置、導線及電池發給學生，并試問：你們能利用這些材料使轉子轉動起來嗎？（學生異口同聲：“能”。）

3.在動手操作后，學生發現通電后轉子并沒有轉動，并開始思考原因。

4.教師隨機引導：我們還需要什么才能使轉子轉動起來？

5.在教師的引導下學生明白了：沒有磁鐵轉子是不會轉動的。隨后通過操作理解了小電動機的工作原理：用電產生磁，利用磁的相互作用轉動。

上述案例中，從學生異口同聲的“能”中可以看出前概念的“頑固”。所以我在教學時故意先不將磁鐵發給學生。學生將轉子放在支架上并接通電源，發現通電后轉子還是沒有轉動。此時學生就會對自己的前概念進行修正，并想到再用磁鐵能不能使轉子轉動起來。通過這一細節的調整，學生會對原有的錯誤概念進行糾正與改變，建構起新的正確的科學概念。

策略二：改在“觀察局限”時

我們一貫倡導學生要像科學家那樣真刀真槍地做科學，但小學生的年齡特征決定了他們的觀察和操作能力是不能和成人相比的。這就要求我們在進行實驗設計時，一定要充分考慮到學生的實際情況，選擇學生身邊熟悉且容易操作的材料，對實驗進行有效改進，提高實驗的效果和成功率。同時，實驗成功且現象明顯也能激發學生的興趣，從而產生深入探究的強烈愿望。因此，我們科學教師要針對教材中現象較難觀察、操作較難進行的實驗進行有效的改進，確保實驗操作的簡便性和現象的直觀性。

案例2：“音叉振動演示儀”

筆者在教學《聲音是怎樣產生的》一課時，教材編排中有觀察“發聲的音叉是否在振動”這一實驗。教材建議將發聲的音叉放入水中，觀察平靜水面因音叉振動而引起變化。此實驗在教學中因時間限制，教師一般演示進行。但在實驗演示時因水面與學生視線在同一平面，所以能觀察到這一現象的范圍較小，僅局限于實驗演示周圍的一小部分學生。又因實驗現象時間很短，即使借用實物投影儀，實驗現象也不是非常直觀。所以我對實驗進行了改進，如下圖所示，將正在發聲的音叉靠近用線懸掛的乒乓球。振動的音叉一碰到乒乓球，乒乓球就會向另一方向彈開，這一現象一直重復且彈開幅度逐漸減小，直至音叉停止振動。改進后的實驗，能讓學生持續5秒左右清晰地觀察到音叉振動的現象。

在上述案例中，我選擇了學生熟悉且容易操作的乒乓球作為實驗器材，對原本操作較為煩瑣、現象存在局限的實驗進行了巧妙改進，使演示實驗現象更為直觀，實驗操作更為簡便。學生在觀察過程中，很容易推斷出現象與音叉振動之間的聯系，從而進一步鞏固“聲音是由物體振動產生的”這一科學概念。

策略三：改在“研討遇阻”時

自主活動與交流研討是構成課堂科學探究活動過程的兩個主要層面，承擔著科學課教學目標達成的重任。活動后的交流研討，是一個共享與分析、整理各種發現、想法、問題的過程。活動后的交流研討是走向科學探究活動的重要觀察標志。在交流研討中，學生結合實驗后的數據、現象進行大膽猜想總結及梳理。在交流研討活動中，有時各小組、成員間會在證據及現象面前得出大家都認同的科學概念，探究活動順暢；有時他們也會產生觀點上的分歧，彼此都說服不了對方。雖然我們鼓勵學生彼此間的相互爭論，但時間一長勢必影響課堂探究的腳步。所以在研討出現阻礙時，教師應合理地設計和改進實驗，通過直觀的實驗現象，解決研討中出現的分歧，從而確保探究活動的順利繼續。

案例3：“線圈通電后是產生了磁性？還是變成了鐵一類的物質？”

筆者在教學《電和磁》一課時，通過用鐵釘和磁鐵使指南針磁針發生偏轉的演示實驗，使學生明確了指南針磁針發生偏轉的原因。緊接著，讓學生學著奧斯特，做一做通電導線靠近指南針，磁針發生偏轉的實驗。實驗后各小組對產生現象的原因進行了大膽的猜想，并在組間進行了研討，主要是以下兩種觀點：

猜想1：通電導線產生磁性，與指南針磁針相互作用，所以磁針發生了偏轉。

猜想2：導線原本是銅做成的，但通電后銅具有了鐵一樣的性質。靠近指南針后，磁針會吸鐵，從而發生偏轉。

這兩種猜想都能闡明自己的理由，一時間彼此都沒有確切的證據說服對方，研討陷入了僵局。此時教師及時設計實驗進行引導：出示一個直徑很小的線圈和一根細鐵絲，問學生：“如果給線圈通上電，它能吸住鐵絲嗎？”在與學生交流后得出：能吸引，電流產生的可能就是磁；如不能，那就有可能是鐵了。在教師演示實驗后，學生發現通電線圈能將鐵絲吸住，一斷電，鐵絲就掉落了。從而得出電流可以產生磁性的科學概念。

在上述案例中，我們不難發現，學生的猜想源于對磁鐵單元科學概念的有效建構。此時，教師應對僵局，設計了一個“通電線圈吸鐵絲”的實驗，解決了研討中猜想的分歧，確保了科學概念的有效建構和科學探究的有序進行。

策略四：改在“理解困難”時

科學概念不僅是組成科學教材的基本元素，也是發展學生科學素養的基石。沒有堅實的科學概念基礎，發展學生的能力，培養他們正面的科學情感態度必將是一句空話。在教材編排中，每個單元都有若干個科學概念構成，每節課都有幾個科學小概念需要建構。有些科學概念建構是通過實質性的科學探究活動達成的，而有些科學概念則是通過教材中文字的注解直接由教師講解或由學生閱讀獲取。小學生因年齡小，認知能力較弱，對有些文字注解往往不能直接內化，從而影響后續探究的有效進行。因此，教師如果發現學生在科學概念的理解上出現困難時，要巧妙地設計實驗，突破學生理解的瓶頸，確保探究的深入進行。

案例4：“換向器的工作原理”

筆者在教學《神奇的小電動機》一課中“小電動機里有什么”這個教學環節時，對轉子中的部件之一“換向器”進行了重點教學，并設計了一個模擬實驗。

在教材編排中，對于換向器的工作原理有這樣2小段的注解：

◆換向器的作用是接通電流并轉換電流的方向。

◆小電動機在轉動的過程中，電刷依次接觸換向器的三個金屬環，通過轉子線圈的電流方向就會自動改變。

從教材的編排意圖可以看出，是讓學生在自主閱讀基礎上，在教師的言語引導下理解換向器的工作原理。在具體的教學中，很多老師對此段文字尚不能透徹理解，學生更難以內化和理解。因此，我利用一只一次性杯子和三張不同顏色的小紙片，做成了一個模擬的換向器，如下圖所示。讓學生在小組內，用拇指和食指模擬電刷進行自主操作。學生發現隨著“換向器”的轉動，與“電刷”接觸的紙片就會發生改變，從而真正理解了換向器的工作原理。

在上述案例中，小電動機內部部件“換向器”的作用是學生理解的難點，如只是讓學生認識了什么是換向器并自讀資料了解換向器的作用，真正理解的學生寥寥無幾。通過實驗的設計與改進，讓學生進行模擬換向器的自主操作，使學生真正理解了換向器的作用，為后續探究作了很好的鋪墊。

有效的實驗改進的確能給探究活動起到推波助瀾的作用，但在改進的過程中，我們不能盲目和隨意，一味追求為改進而改進。在教學實踐中，實驗改進應在教材實驗的基礎上，以教學重難點的突破、科學概念的建構、認知理解的疏導及動手操作的簡便等作為改進的依據，結合學生的年齡特點和實際情況，有的放矢地進行。

科學教師是學生與實驗的溝通者、引導者、解釋者。我們有責任、有義務結合教材實際，設計和改進符合學生認知發展的好實驗，更好地幫助學生構建科學概念，提高科學探究能力。在日常教學中，我們要使科學實驗在改進中完善，在改進中提升，在改進中高效，提高實驗的可操作性、實用性、趣味性，將實驗的價值發揮到淋漓盡致，讓每一個學生都成為一個快樂的發現者。

[1]教育部：科學（3～6年級）課程標準.北京師范大學出版社

[2]喻伯軍.小學科學教師專業能力必修.西南師范大學出版社

[3]北京桂馨慈善基金會.走向探究的科學課.浙江教育出版社

[4]陳華彬、梁玲.小學科學教育概論.高等教育出版社