基于小學科學實驗的創新設計

蕭順歡

【摘 要】小學科學是一門奠基學科，小學生的科學素養需要在課程內得到培育和落實。《全日制義務教育科學（3～6年級）課程標準》中提到：科學是一門以培養科學素養為宗旨的科學啟蒙課程，而科學課程則是落實培養學生科學素養的最有效、最關鍵途徑。

【關鍵詞】小學科學；實驗；創新

中圖分類號：G623.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2016）36-0081-03

小學科學學科是一門奠基學科，小學生年紀還小，對科學的興趣、對科學探究的熱情和嚴謹，對科學技術和人類社會關系的理解，必須在課程內得到培育和落實。這樣一來，影響學生一生的科學素養之根就深深扎下了。筆者高度認同《全日制義務教育科學（3～6年級）課程標準》的觀點：這是一門以培養科學素養為宗旨的科學啟蒙課程。課程是落實學生科學素養培養的最有效、最關鍵途徑。筆者希望學生在課堂上的每一分鐘都感到愉悅，感到美好，能讓他們覺得回味無窮。因此，筆者在課堂上做得最多的是激發學生思考，要求他們完成簡易的觀察報告，強調將思考觀察所得深刻化，強調將觀察到的現象加以分析，并進行書面表達，從而使思維從表面走向深入，讓智慧成型。

綜上所述，小學科學實驗是落實以上所有教學理念的關鍵，小學科學實驗是培養學生科學素養的重要“營養”。因此，要求實驗日新月異，創新配合教學的要求，下面是筆者對小學科學所做的一些創新實驗設計。

一、根據教學內容創新實驗操作，激發學生的科學思維

學生的天性就是喜歡玩，因此，怎樣將授課內容與相應實驗探究和學生的年齡特點相融合，并依托學生天性完成課程任務就是筆者每節課的教學目標，是筆者不斷調整和改進教學的關鍵點，對教學中的探究實驗不斷進行改良。

例如，教學五年級下冊“熱”單元的第二課“給冷水加熱”：“研究冷水在熱水中先沉后浮的現象是否與其重量有關”的探究活動，筆者做了如下改良探索：

1. 教材提示實驗需用的器材

裝滿水用氣球皮封口的試管一支（把整支試管完全浸沒在冷水中，然后在冷水中用氣球皮把試管口蒙住、扎緊），砝碼，天平，酒精燈，試管夾。

2. 教材提示的實驗操作過程

（1）用天平稱裝滿冷水用氣球皮封口的試管，記錄其重量數據。

（2）用試管夾夾著裝滿冷水的試管放在酒精燈上加熱。

（3）把加熱了的試管放在天平上再稱，再次記錄數據。

（4）比較冷熱水兩次的重量數據，分析數據，得出結論：冷水在熱水中先沉后浮不是重量變輕的結果。

3. 對原實驗設計不足的思考

（1）試管口的封扎。學生用玻璃試管裝水，封口困難，稍微不注意或動作不正確，就會導致捆扎的試管殘留有空氣，會直接影響實驗結果的科學性。

（2）天平的調試過程。用天平稱試管重量時，學生需花大量的時間事前調節好天平，測量時也要慢慢調節天平，使之達到平衡的狀態，完成的時間會較長，直接影響整個研究內容的時間分配。

（3）水溫的變化。首先，學生用酒精燈加熱試管的冷水不太安全；其次，無法準確知道試管里的冷水什么時候會變熱，而且試管壁的溫度肯定比試管里的水溫高很多；再次，用天平稱加熱試管的過程中存在時間差，試管里的水溫有下降的現象，也會影響實驗數據的準確性。

（4）用天平測量的準確性對實驗的影響。天平的分度值是0.5g，分度值比較大，若重量的變化范圍在0.5g內，會直接推翻實驗的結論。

4. 實驗設計改進

（1）實驗器材的改進。用塑料密封袋（替代試管）、紙巾一張、熱水一杯、冷水一杯、精確的黃金秤、鑷子。

（2）實驗操作的改進。

第一，把完全沒有空氣、裝滿冷水的密封袋用紙巾輕輕擦干（把整個密封袋完全浸沒在冷水中，裝滿水后，在水中封口），放在精確度精密的黃金秤上稱，電子屏幕上迅速顯示冷水的重量、度數，然后記錄下來。

第二，把這袋冷水放在熱水中，學生一起觀察：裝有冷水的密封袋在熱水中是先沉后浮的。看到冷水浮起來后，用鑷子輕輕將其夾起來，用紙巾擦干外面的水（確保表面是干的），再用手摸摸袋子的表面，檢查冷水是否變熱。

第三，把變熱的密封熱水袋再次放在黃金秤上稱，記錄變熱后的重量數據。

第四，對比兩個重量數據，準確、直觀、快速地得出科學結論：冷水在熱水中先沉后浮不是因為重量變輕。

5. 實驗裝置改良的效果

（1）用塑料密封袋替代了原實驗設計的玻璃試管和氣球膠皮，解決了捆扎試管的過程中因為殘留有空氣而影響實驗結果的科學性問題，降低了學生實驗前準備工作的難度，從而避免了學生因為在實驗準備過程中的過失而影響實驗的完成。

（2）通過觀察一袋冷水在熱水中所發生的變化，直觀地展示了冷水在變熱過程中所發生的現象及簡單、可行地檢查冷水是否變熱。避免了對實驗結果的不良影響，使實驗能在直觀、安全的環境下完成。

（3）用分度值是0.1g的精確黃金秤替代了分度值是0.5g的學生用天平，讓學生便捷、直觀、準確地對得到的相關數據進行分析，并能準確、科學地得出實驗結論。

6. 對實驗探討的反思

（1）改進實驗操作的目的。學生通過實驗，不僅可以獲得知識，掌握實驗操作技能，更重要的是培養了不怕困難、不怕挫折、實事求是、耐心細致的精神，發展了科學實驗思維。

（2）改進實驗操作后學生主動探索求真的興趣激發情況。目前的教科書和學生的生活實際還是有一定差距的，科學教師就應努力縮小這個差距，以有效達成課標。筆者認為，改進實驗操作后，能激發學生參與學習的興趣，能活躍課堂氣氛，將死記轉變為活學，變說教為探索。

（3）還需改進的地方。以后應注意選取效果明顯的實驗材料；要選取具有科學性的實驗材料，要利于學生對知識的習得，防止因材料的片面性造成誤導；要選取容易操作的實驗材料，要從學生的動手能力和水平考慮，選取簡便、安全的材料。

二、改良原教材的實驗，幫助學生直觀探究科學問題

課堂是培養學生科學素養最有效的關鍵途徑。筆者希望學生在課堂的每一分鐘都能感到愉悅，感到美好，因此，筆者常常在原教材實驗的基礎上進行改良。

例如：教育科學出版社出版的科學三年級“水與空氣”單元的第七課“空氣有重量嗎”的活動一：做簡易天平并驗證空氣有重量。

1. 原簡易天平的實驗設計

（1）需用的器材：三條細繩、兩個圖釘、一個氣球，一根細長木條、一個筆帽。

（2）天平的組裝方法。①在一根細木棍上用尺子確定一個中心點，并作上記號；②再在細木棍中心點的兩側面按上圖釘，并拴上細線。

（3）原驗證空氣有重量的實驗操作步驟。①在木棍的一側拴上一個沒充氣的氣球，另一側拴上筆帽；②再提起木棍中心點的細繩，調節木棍兩端的氣球和筆帽，使簡易天平達到平衡；③把氣球充氣后，再拴在簡易天平上，觀察實驗結果。

2. 對實驗設計不足的分析

（1）“在一根細木棍上用尺子確定一個中心點”，學生操作容易出現偏差。

（2）“再在細木棍中心點的兩側面按上圖釘”，學生在細木棍上的中心點兩側按圖釘，前后兩圖釘會出現偏差，難度高，容易出現事故。

（3）“拴上細線”就更不容易了，學生按圖釘的力度不容易掌握，如果太緊，細線沒位置拴上；若太松，圖釘又會掉下來。即使掌握了按圖釘的力度，但要在小空隙中拴上細線也不容易，完成的時間會較長。

（4）“在木棍的一側拴上一個沒充氣的氣球，另一側拴上筆帽。”學生需花大量的時間。

（5）“再提起木棍中心點的細繩，調節木棍兩端的氣球和筆帽，使簡易天平達到平衡。”在調節木棍兩端的氣球和筆帽時，學生難以使兩點達到平衡。

（6）“把氣球充氣后，再拴在簡易天平上”也不容易，需很熟練，才能把充氣的氣球拴上并不漏氣，同時保證另一端的筆帽位置不發生移動。在此過程中，只要有微微地移動，實驗結果都不準確。

（7）整個實驗要求有一個學生提著簡易天平來完成，若這個學生稍微震動或手的姿勢改變，就會嚴重影響實驗的效果。

3. 實驗的改良設計

（1）改良器材為：方座支架一套、3條細繩、兩個鳳尾夾、兩個大氣球，打氣筒、小木棒、記號筆。

（2）改革簡易天平的組裝方法。①在細木棍的兩端用小刀各挖出一圈槽，然后把拴有型號相同鳳尾夾的細線綁在細木棍兩端的槽上；②把已綁好小圈的細線綁在細木棍的中間，細線位置不用準確的；③把完成的裝置掛在方座支架上（固定好兩端的拴有型號相同鳳尾夾的細線，讓它們位置不發生偏差，使操作更加簡便）。

4. 改良后的實驗操作

（1）把兩個相同型號但顏色不同的沒氣氣球分別夾在細木棍兩端型號相同的鳳尾夾上（用鳳尾夾夾氣球比用繩子拴氣球快且方便），微調細木棍中間的細線位置，使木棍兩端達到平衡（只調節一點的位置，比原實驗調節兩點好多了），并用記號筆在細線位置畫上記號，目的是讓學生記得哪一點位置是簡易天平的平衡點，以免一會兒做實驗不好找。

（2）取下其中一個氣球，用打氣筒打氣完繼續用鳳尾夾夾好。（不用口吹，避免水蒸氣影響實驗效果；也避免再次用細線拴充好氣的氣球所帶來的所有不便；兩氣球在沒氣時是平衡的，現用有氣的氣球與沒氣的氣球作比較，比原實驗的氣球與筆帽的對比更能說明問題，實驗效果更明顯。）

（3）檢查細木棍中間的細線是否在平衡點上（確保實驗的準確性和科學性），并觀察實驗結果。

5. 實驗效果

三、根據課程需要，對實驗箱的實驗材料進行改良

例如，教科版科學五年級上冊“機械與力”單元的第六課“運動與摩擦力”，其中包括毛巾面，光滑面、測力計的不斷改良及設計。

1. 原材料的毛巾面是用一條沒有固定的長是15cm、寬是10cm的毛巾，這樣的毛巾很短，學生拉動小車時做勻速行走的距離很短，往往在學生還沒找到穩定的數據描述摩擦力大小的情況下，就已經到終點了。改良以后，采用了一條用502固定在木板上，長是80cm、寬是30cm的毛巾作為接觸面對比實驗的粗糙面，這樣就延長了學生拉動小車時做勻速行走的距離，保證學生找到描述摩擦力大小的穩定數據。

2. 在改良材料的方案中，原設計是在長是80cm、寬是30cm的毛巾面的木板背面設計一個光滑面，但經過試教以后，發現貌似光滑的木板其實摩擦系數很大，在物體重量不變的情況下，測出的摩擦力比毛巾面還要大得多。后來在多次實驗中，采用了防火性質的木板作為光滑面，這種木板在物體重量相同的情況下，測出的摩擦力是毛巾面的三分之一，實驗效果相當明顯。

3. 原實驗材料提供的是圓筒測力計，物體質量與物體重力兩種數據是正反兩面看的。筆者改良后用了平板測力計，平板測力計的兩組數據是左右可以同時讀數的，直觀、簡單、方便。

四、利用信息技術創新融入實驗教學，便于高效、及時地掌握學情

信息技術教學手段利用好看的圖片、影視資料展示，學生在直觀的感受中創設了情境，實現了理解、欣賞及思維的碰撞。實踐證明，信息技術課堂更能調動學生的學習積極性，更能誘導學生主動學習。

例如，在“運動與摩擦力”一課的教學中，筆者在兩個教學環節中就利用平板電腦幫助學生學習。其一：在上課前錄制“摩擦力與接觸面狀況及物體重量的關系”這兩組對比實驗，目的是讓學生在自我設計實驗方案后，再次強化實驗條件的科學控制，很好地突破了難點，增強了對比實驗的能力，并培養了他們的完整思維。其二：對于學生是否能很好地掌握本節課的知識，筆者利用平板電腦采用問卷的方式及時收集學生反饋的知識，通過電腦分析、統計學生上傳的鞏固練習結果，對其沒有完全掌握的知識進行再次補漏。

綜上所述，啟迪智慧才是教育。在科學課堂中創新實驗是啟迪學生智慧的有效途徑。因此，老師們應牢記自己的職責，把創新的科學實驗融入科學課堂，啟發學生創新的科學興趣和能力。同時，還應不斷創新、改良科學實驗，讓學生通過齊“動手”，大膽設想，積極嘗試，主動探究，親身經歷，實現智慧的不斷增長。

（編輯：朱澤玲）