例談小學科學教材中實驗設計的改進與創新

摘要：為探索小學科學實驗教學的有效方法，提升實驗教學實效，提升學生動手能力和創新能力，培養學生的科學素養，教師要從實驗材料的改進，實驗方法的改進、實驗設計的創設等方面進行積極探索，從而提高科學實驗課的效果。

關鍵詞：小學科學；實驗設計；改進與創新

中圖分類號：G623.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2016）05-0069-03

小學科學是以實驗為主的學科，精心設計實驗，讓學生通過實驗操作，對實驗現象進行分析與整理、得出結論，并進行運用和拓展，從而獲取知識和技能，提升學生的科學素養。因此，可操作的、成功的實驗才是科學課堂教學的基石。但在教學實踐中，我們發現有些實驗的設計和實驗材料的選用不合理、不科學。這就需要科學教師用好教材，進行實驗研究和改進，從而促進科學學科的建設。教師對已有的實驗做出有益的改進，并不斷創新科學實驗，從而提升科學實驗教學的實效。通過設計簡易、便于操作、有趣的、符合孩子們年齡特點的實驗來詮釋不同的科學原理，把復雜的問題簡單化，讓學生體驗實驗的快樂，不知不覺地邁進科學的殿堂，使學生的科學素養得到培養和提升。

一、實驗材料的改進

教材中學生實驗材料存在著一些先天不足，學生實驗時缺乏可操作性，那結果就是浪費教師學生的精力和寶貴的時間，更可怕的是挫傷學生的科學探究積極性。因此，對實驗材料的改進是實驗設計改進和創新的主要方法之一，改進實驗材料要容易準備、便于操作、價格低廉、能夠代替教材中材料的功能，并能使實驗的效果更好。

[案例1]教科版科學五年級下冊《熱》單元第6課《熱是怎樣傳遞的》有一個實驗：熱在金屬條中的傳遞，給鐵絲一端加熱，觀察鐵絲上的火柴哪端先掉下來。通過實驗讓學生感知熱是怎樣傳遞的，讓學生明白熱是從溫度高的一端向低的一端傳遞。

不足之處：雖然日常生活中我們都知道蠟燭燃燒時流下的蠟會在桌上凝固。由于蠟先要熔化成液體，然后滴在鐵絲上，再往上粘火柴。但蠟的凝固時間快（指冬天，夏天正好相反），且熔化后粘性不大，所以很難粘上去，改用黃油或其他的油脂粘貼，但油脂的多與少也會影響實驗效果，遠端的可能先掉下來。因此不易成功。

改進方法：在這個探究活動中，我對實驗裝置進行了大膽改進，在銅棒表面涂上油墨或者變色指甲油，油墨或者變色指甲油遇熱會改變顏色。用酒精燈在銅棒的一端加熱，通過顏色的改變過程就能直觀看到熱的傳遞過程。實驗解決了實驗原型中粘火柴棒很不方便，并且容易掉，影響實驗效果的問題。改進后的實驗，便于操作、實用，而且減少了實驗誤差，實驗結果很明了。

[案例2]教科版五年級上冊《光》單元第二課《怎樣得到更多的光和熱》的教學中，把不同顏色的紙對折做成袋狀，分別插上溫度計放到陽光下，驗證物體的顏色與吸熱的能力有關，深色物體比淺色物體吸熱快。

不足之處：受天氣的影響，實驗所需要的時間較長，學生在實驗操作時難把握，不同顏色的紙對吸熱的效果不明顯，不利于學生理解。結合實際情況和實驗需要，實驗可以進行改進與創新：

1.光源的改進。實驗中使用電燈光取代太陽光，實驗材料用學生身邊熟悉的材料，讓實驗變得更可行、易懂。

2.實驗器材的選用。在試管外面涂上不同的顏色代表不同顏色的紙袋，試管口用橡膠塞密封，橡膠塞插一根塑料管，塑料管用一小段紅色水柱密閉。用試管內空氣的膨脹擠壓塑料管里的水柱來觀察它們的吸熱效果，通過相同時間水柱的高低來表示它們的吸熱情況。這樣增強了實驗的直觀性，讓實驗操作變得更方便。

二、實驗方法的改進

實驗的方法多種多樣，但是方法不同實驗的效果就不一樣。在實驗設計時，我們采用方法簡單、便于操作、效果明顯的方法。隨著時代不斷發展，教材更新速度一般要緩慢一些，教材中一些實驗的方法和步驟不能滿足教學的需要，不適合學生的發展，這就需要教師進行實驗方法研究，也可以引導學生進行實驗探討，找到更合適的實驗方法，提高實驗的成功率，找出解決問題的最佳途徑。

[案例3]教科版小學科學三年級上冊《水和空氣》單元第6課《空氣占據空間嗎》一課中，要求把一團紙巾放在一個杯子的杯底，然后將杯子豎直倒扣入水中。預測一下，紙巾會被浸濕嗎？

存在的問題：紙巾容易浸濕，影響實驗效果；后續實驗即水進來把空氣趕跑的現象不夠直觀，學生理解起來有難度；一堂課下來桌上堆滿了紙巾，浪費嚴重。

改進方法：用去底飲料瓶和乒乓球代替紙團和杯子做實驗。實驗時，瓶口套一個氣球，先用手按住瓶口，再用飲料瓶把乒乓球垂直扣入水中，乒乓球就停留在水底，表明空氣占據了飲料瓶的空間，水就進不去了。然后放開按住的瓶口，空氣從瓶口逃出，進入氣球，氣球鼓了起來，并且乒乓球也浮上來，表明水就進來占據了原先空氣占據的空間。

這樣實驗材料可以循環使用，空氣占據空間與空間被水替換的實驗現象容易觀察。通過觀察乒乓球的位置變化和氣球的鼓起，由靜變動，感知空氣的流動，理解空氣占據空間更為直觀、形象，更適合學生進行探究。

[案例4]教科版五年級下冊《熱》單元第五課《金屬的熱脹冷縮》，探究鋼條的受熱后長度的增加。教材中用鋼條受熱后膨脹變長推動大頭針傾斜來理解鋼條的變化，但冷卻后現象不明顯。針對這種情況，我引用電路開關的知識，在電路中接入一根鋼條和一塊銅片，固定鋼條和銅片，鋼條和銅片之間留一個小的縫隙，使電路斷開，然后用酒精燈給鋼條加熱，鋼條受熱膨脹后接觸銅片，使電路閉合，小燈泡發光。停止加熱，鋼條收縮，離開銅片，電路又斷開，小燈泡熄滅。通過小燈泡點亮和熄滅實驗，能夠清楚地觀察到鋼條的長度變化，理解鋼條的熱脹冷縮，現象直觀明顯，操作簡單。

三、實驗設計的創新

實驗設計往往是教學中的難點，無論是教師精心進行的實驗設計，還是小組合作進行的實驗設計，無不體現智慧的力量。實驗設計是經過深思熟慮比較成熟的想法，后續的工作都是以這個為綱，實驗設計好了也就等于成功一半了。如果是對已有實驗進行重新設計，就是一種創新，把以往實驗的不足進行分析，找出原因，然后再找到新的方法去解決問題，就促進了實驗設計最優化。這樣，就能提升實驗教學的實效，培養學生的動手能力和創新思維。

[案例5]教科版科學五年級下冊第一單元第五課《浮力》是以探究浮力和排開水的量之間的關系為主要內容的實驗。按照教材中的規定的材料和配備的實驗器材開展實驗不易操作，實驗誤差大，實驗效果不佳。主要體現在以下幾點：

1.實驗室和市場上沒有與之匹配的實驗器材。

2.按書中要求自制的設備做這個實驗效果較差。比如，橡皮泥與容器底部粘貼的不緊，容易被拉掉。結果又要重新操作，浪費教學時間。容器也不易選擇，容器大了水位上升不明顯，不利于觀察；容器小了便于讀數，但橡皮泥又不太容易安放在瓶底，操作有困難。

3.用來連接泡沫與測力計的線被水浸濕后與滑輪之間的摩擦力增大；泡沫塑料塊浸入水中后有吸水現象，造成水位上升的體積會比泡沫浸入水中的體積小，這樣就增加了實驗的誤差。

4.用測力計上拉時，棉線的傾角的大小也會產生誤差。

結合本章節教材內容和自身對教材的理解，我重新設計了一個實驗來代替這個實驗，用一個塑料瓶代替泡沫塑料塊，一個500毫升的燒杯代替水槽，通過改變給塑料瓶施加的壓力的方法來探究它排開的水量和受到的浮力大小的關系，并順利完成該部分教學任務，也達到了預定的目的和效果。

實驗步驟：第一步，用測力計測出小塑料空瓶和每個螺帽的重量。第二，在燒杯中裝入一定量的水，記錄水位。第三步，將一個螺帽放人塑料瓶并置于燒杯中，記錄杯中的水位和塑料瓶與螺帽的總重量。第四步，計算塑料杯前后兩次水位的刻度差，即為塑料瓶排開水的量，也是塑料瓶浸入水中的體積。這樣依次在塑料瓶中加入第二個、第三個螺帽進行實驗。每次記錄總重量和水位的高度，進行分析總結后就不難發現塑料瓶受到的浮力大小與浸入水中的體積之間的關系，即物體排開水的體積越大，受到的浮力也越大的規律。

重新設計這個實驗，把教材內容化難為易，并增強了實驗操作性，讓學生在活動中輕松明白了物體排開水的體積越大，受到的浮力也越大的規律，從而提升了實驗教學的實效。

[案例6]學生在玩磁鐵時，我首先提出：“磁鐵性質演示儀有幾種玩法？”在同一組內，有的用手指往下壓上面的磁鐵，感覺手受到力的作用，往下越用力，這種感覺越強烈。當松開手時，上面兩塊磁鐵迅速彈起，但彈起的距離上大下小；為什么上面的兩塊磁鐵懸起，而下面的三塊磁鐵緊貼在一起？有的把磁鐵的一面翻過來，緊貼在一起的兩塊瞬間分開，原來分開的兩塊瞬間緊貼在一起；有的用磁條靠近上面的磁鐵往上提，最上面的磁鐵跟著走，跟著走的距離上大下小；有的用磁條放在兩塊磁鐵之間，兩塊磁鐵靠近，拿掉磁條上面的磁鐵恢復原來的位置。

要求學生進行實驗設計做到自已發現、合理設計、反復操作，保證了實驗的科學性、獨創性。因此，在設計實驗中，暴露缺陷各不相同，為同伴提供了質疑的外部條件。在探究活動中，要求學生給同伴的學具進行評價，找缺點、創新設計是其中重要的活動內容，通過活動幫助學生形成質疑習慣；實際上自己的學具也是經過多次修改，經歷了不斷地否定自己，不斷地完善，不斷地創新的過程。我們要求實驗老師了解國內外實驗的研究現狀，提升實驗設計的質量，激發了師生質疑的動力。在師生的共同努力下，實驗班敢于大膽質疑，勇于大膽質疑，樂于大膽質疑的學風逐漸形成。

總之，科學實驗教學改進與創新的途徑是多樣的，只要實驗設計符合學生的發展，能夠解決教學中的問題，材料便于準備、操作方便，教師就要多研究、多思考、多創新。同時實驗的設計要能激發學生的學習興趣，培養學生的創新思維，能加深理解事物的基本原理和運行規律，讓學生在快樂中學習，在實驗中成長。

[責任編輯 朱柱興]