改進實驗器材，提升學生推理能力

吳雯

摘 要：本文圍繞課程材料的借用者、準備者以及研發者三個維度，探討了改進實驗器材是否有助于切實提高學生科學推理和解決問題的能力，是否考慮到材料使用的連貫性，是否從使用簡易著手設計和開發展開研討。

關鍵詞：科學探究; 器材改進; 實驗操作; 推理能力

中圖分類號：G623.6 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1006-3315（2019）06-054-001

對于當今的科學探究學習我非常贊同眾多的理論觀點，但是對于學習中所使用的配套材料，個人覺得還是很有改革的必要。沒有合適的配套材料，科學的探究活動就會受到一定的阻礙，學生探究的思維就有可能會出現中斷，影響他們思考的連貫性。

我曾經在國外訪學時，親眼見證美國科學教學中“遺傳基因”單元中，他們利用一套中文名稱“科樂思”的彩色塑料教具，模擬了DNA的雙螺旋結構，學生在動手組裝操作的過程中進行探索學習。這種依托配套材料的教學抓住了我們每一位來訪的中國老師眼球。試想一下這樣的教學孩子們還會不感興趣嗎？所以說科學教學中的材料問題必須重視起來，它的設計必須要有一線老師的參與，并在實際教學中收集教師反饋上來的意見及時做出改進。下面，我就個人對現行科學教學中材料的重要意義簡單談一談幾點感受。

1.課程材料是否有助于提高科學推理和解決問題的能力

如果要達到此目標，這些材料必須在邏輯上和循序漸進方面按適當的順序詳細介紹各種過程技巧。例如在小學的低年級（1年級和2年級），孩子們能將注意力集中于觀察、測量、辨別具體對象和有機體（如蝴蝶等），或很容易觀察的現象（如天氣等）的屬性上收益。在3～5年級，孩子們能應付更加復雜的現象（如電等），并能自行學會尋找證據、認識不同的模式和周期。在孩子們上6年級時，他們就能開始設計自己能控制的實驗了。

低年級學生可以培養一些簡單的技能，例如觀察、測量、切斷、連接、開與關、傾倒液體、握持、打結、掛鉤等。讓學生從一些簡單儀器的使用開始，學習使用尺子來測量物體和材料的長、高和深度;用溫度計測量溫度;用鐘表測量時間;用天平和彈簧秤測量重量;用放大鏡觀察物體和生命體;用顯微鏡觀察植物、動物、巖石及其他材料的細微部分。孩子們還要培養使用計算器和計算機的技能，以便于科學研究的開展。

2.課程材料的準備者是否考慮到學生材料使用的連貫性

兵馬未動，糧草先行。如果把教學比作打仗，那教師就是士兵，配套材料自然就是糧草和兵器了，如果配套采購的兵器不夠精良、不夠優等，那自然會影響部隊的勝敗，所以不應該讓教師東拼西湊地去準備材料。比如《沉浮》單元中給泡沫塊測浮力這個實驗，書本邊上就有按入水中的泡沫塊受到的浮力示意圖，圖上顯示向上的浮力=向下的重力+向下的壓力。就為了測得這個向下的壓力，現在需要在水槽下用油性橡皮泥固定一個滑輪，然后把泡沫塊綁起來，繩子穿過滑輪再往上提，這個過程又繁瑣，又有多余的摩擦力影響。其實不需要用重力式的測力計，只要設計一個壓力式的測力計，我們的手幾乎不用碰水就能完成這個實驗。關鍵是這樣實驗的推理十分連貫，不需要再轉換思維去理解向下的力可以通過滑輪轉為向上提拉的力。

在《沉浮》單元的最后一課中，要比較相同體積的馬鈴薯、清水和濃鹽水的重量，這個實驗在以前是很難讓學生操作的，但是現在有了電子秤這個工具，學生操作就簡單多了，但是也面臨一個嚴重的問題，就是稱出來，同體積相比不一定是濃鹽水>馬鈴薯>清水。因為要取得相同體積的3樣物質，本身的操作就很難把握。傳統的排水法在這個時候會因為容器的原因而產生很大的誤差。一個單元的實驗學習到這里就斷層了，連貫性被打斷，后面就成了灌輸式的關于密度的認識，如果這個時候有個溢水杯，那一切問題都能迎刃而解。溢水杯能控制每一次溢出的液體量體積是不變的，加上電子秤，那稱重的速度和準確度就能大大提高了。用數學的方法就能一下子計算出它們的密度，學生推理的連貫性就得到了充分保證。

3.課程材料的研發者是否從師生使用簡易著手設計和開發

相信每位科學老師對教材中過濾這個實驗都有印象，我們一般會用到鐵架臺、玻璃漏斗、玻璃棒、濾紙、燒杯等，操作也有一套規范的流程，讓一個初中生很好地完成尚且還有一定難度的，現在卻讓一個小學生來完成，而且用白色的過濾紙來看過濾出來的白色面粉，真是太難為學生了。通過實際教學，我認為這個實驗最簡單的方法就是拿棕色的咖啡過濾紙直接在杯子上過濾一下就可以了，只需要給老師配備一些咖啡過濾紙就完全夠用了。讓小學生用沒有發育完全的小手去操作那個鐵架臺上的過濾實驗，還要把注意點放到 “一斜兩低三緊靠”，完全把觀察的本質給搞亂了。再比如加熱白糖這個實驗，拿勺子的部位要絕熱，最后變成的焦糖把勺子弄得根本洗不干凈，第2個班都無法實驗，如果在臟的勺子的基礎上第2個班做實驗，那么也看不到融到棕色液體的情況。這個實驗最簡單的方法就是把糖放在西點中的蛋撻鋁膜紙上，用個木頭夾子一夾就能實驗了。在“沉浮”單元中，我也見過國外的材料箱中提供了玻璃球、鋁螺母、木珠、尼龍螺栓和大小不同但材料相同的魚漂、聚乙烯圓柱體、木圓柱體、鋁圓柱體、丙烯酸圓柱體。那么多的材料，都是為學生準備好的。試想一下，如果要老師找齊這些材料，需要用多少的時間和精力？還記得我們經常會參加自制教具比賽，很多老師做出了優秀的教具，但為什么沒有被推廣到現有的科學教學中去呢？比賽的成果又怎么去推動教學改革進步呢？

“巧婦難為無米之炊”這句話，用在科學教學中再適合不過了。但是我們往往是語言的巨人，行動的矮子。要改變這一現狀，并不完全在我們一線教師的能力范圍之內。既然我們在學習發達國家的探究式科學教學方法，那我們索性就學得徹底一些，把配套材料的準備再上一個臺階，不要認為每位一線的教師都有無限的潛力可以挖掘，不要吝嗇那花在孩子們身上的一點點教育經費。總之，我一貫堅信：建立材料中心、推廣使用優質的實驗器材才是基層學校推廣探究式科學課程可以走得更遠的必要條件及重要前提。

參考文獻：

[1]約翰·D·布蘭思福特，翻譯：程可拉，孫亞玲，王旭卿.《人是如何學習的》

[2]美國國家科學資源中心，翻譯：李勇.《面向全體兒童的科學》