科學課的“下水實驗”

周梅芳 徐園園

科學實驗是學生認識自然現象、理解自然規律的基礎，同時也是科學教學重要的教學方法。在小學科學教學中，實驗教學對培養學生的科學素養有著不可替代的作用。然而現在小學科學實驗教學卻存在以下幾個問題：1.實驗室配備實驗器材存在質量不佳、不足或是失修的現象;2.書本提供的部分實驗方法，存在操作漏洞，可行性有待創新提高;3.紙上實驗盛行。因為以上問題的存在，教師組織實驗教學時，學生往往出現盲目操作，效率低下，在實驗中缺乏思考等現象，教師則感覺力不從心，威信不在，課堂效果和課堂預設截然不同。為了降低實驗難度，激發學生學習興趣，提高實驗教學的有效性，本文結合作者自身和一些優秀教師的教學經驗，從“下水先行，深度摸清“和“積累素材，促進創新”“本山取土，就地取材”“關注細微，聚焦可行性”四個方面，闡述了下水實驗的妙處。以下水實驗為“支點”，可以撬動小學科學實驗教學，使實驗教學開展得到發展和深化。

教科版小學科學教材中，每冊教材都設計了豐富的實驗探究活動，特別是三上的第三、第四單元;三下的第三、第四單元;四上的第二、第三單元;四下的第一、第四單元;五上的第二、第三、第四單元;五下的第一、第二、第三單元;六上的第一、第二、第三單元;六下的第一、第二、第三單元。在這些單元的教學中，實驗基本上是貫穿始末的，從而也證明了實驗的教學在我們小學科學課堂中舉足輕重的地位。教師可以通過實驗教學，適時引導學生及時記錄實驗現象，進行分析整理，轉化為證據，用科學探究活動幫助學生建構科學概念，還可以順勢發展學生識別和控制變量的能力，運用對比實驗進行探索技能等。

綜上所述，科學實驗是學生認識自然現象、理解自然規律的基礎，既是學生的重要學習內容，也是學生重要的學習途徑之一。學生可以通過科學實驗進行研究、分析，既可獲得生動具體的表象，又可領略科學研究的樂趣和體驗科學的精神、思想和方法。教師實驗教學開展得成功與否直接影響科學教學的質量。然而在小學，科學是副科的觀念仍舊深入人心，家長和學校對小學科學重視程度不夠;有些學校常年不檢修、更新實驗器具，導致實驗器具失修、不足，加上有些實驗器具本身質量不佳，在實驗過程會出現突然“掉鏈子”的情況，此其一。其二，書本提供的部分實驗方法，存在操作漏洞，可行性有待創新提高。其三，小學科學教師守舊者居多，實驗教學往往還是走老路：先把實驗原理、實驗步驟講一下，然后簡單分組進行實驗;還有一些教師本身實驗意識不強，只考慮怎樣提高學生的分數，從而忽視學生的實驗操作學習，只進行學習“紙上實驗”。 大家都知道實踐是檢驗真理的唯一標準，理論和實踐永遠是有著不可逾越的一步，所以“紙上實驗”堪稱是科學教學中最大的弊端。教師若是想讓實驗教學在科學課堂中扎根、開花、結果，只能選擇像“下水作業”這樣接地氣的方式，腳踏實地實施“下水實驗”。下面本人將從“下水先行，深度摸清”和“積累素材，促進創新”“本山取土，就地取材”“關注細微，聚焦可行性”四個方面，闡述了下水實驗的妙處。

一、下水先行，深度摸清

五下第二章“傳熱比賽”的教學中，學生在比較了木條、塑料條、鋼條的傳熱性能后，很容易提出鋼、銅、鋁誰的傳熱性能最好的問題。提出這樣的問題后，很多老師可能就直接運用課本中的實驗器具進行課堂實驗教學。但是事實上，運用實驗室配套的實驗器具進行課堂實驗教學時，有的老師就發現鋁的傳熱性能比銅的要好。當然課堂中，眾目睽睽之下，學生們肯定也發現了。那么，碰到這樣尷尬的局面，我們再如何進行下面的教學呢？如果我們像對待學生作業一樣，在課堂實驗之前先進行下水實驗，那么我們就會提早發現這一現象，然后進行反思，分析造成這種現象的原因。最后在反復研究和觀察中會發現銅棒反復加熱后會失去原來銅的光澤。原來我們實驗室提供的銅棒并不是純銅，只是鍍銅的，所以才會觀察到這樣的現象。這樣我們就可以針對這一現象設置新的預設，在眾多學生面前，出現這個與我們的假設截然不同的現象，也能夠給出合理解釋，應變自如，讓學生對金屬的傳熱性能有更深刻的認識。在此基礎上，還可以讓學生試著用自己的各種方法去檢測一下，不同的方法檢測獲得的結果可能不盡相同，這可以讓他們意識到，實驗要想獲得比較精確的數據（結果），實驗方法的設計、選擇、改進是十分重要的。

在五年級上冊教科書中，教材設計了許多探究活動，這對學生科學探究能力的培養是很有幫助的。教師要發展學生識別和控制變量的能力，繼續學習運用對比實驗進行探索技能，要引導學生及時記錄實驗現象，進行分析整理，轉化為證據，用實驗探究活動幫助學生建構科學概念。從以上實驗教學案例可以看出教師要想設計有深度的實驗探究活動，適時引領學生達成我們以上的實驗教學目標，順利開展實驗探究活動，在課堂實驗教學開展前先行下水實驗尤為重要。

二、積累素材，促進創新

2016年3月，針對我們科學教材中實驗設置的不足之處，教研室舉行了全市的實驗創新比賽，進行教具改進大比拼。當時很多科學老師都想抓住比賽的機會，可惜由于平時不注重“下水實驗”，缺乏實驗改進的素材積累，導致最后巧婦難為無米之炊。作為參賽選手之一，本人格外欣賞一位老師關于六年級下冊第四單元《污水的凈化》一課的實驗改進。該教師針對原裝置存在的問題：原裝置采用的是兩個裁剪過的礦泉水瓶，上面一個瓶子瓶蓋上打個孔，用來過濾污水，此裝置過濾水的效果不明顯。孔過大，完全無凈化水的效果;孔過小，污水中的贓物易堵住孔，無法達成凈化水的目的，該教師則對實驗裝置進行了一系列改進。方案如下：用礦泉水瓶做容器，采用泡沫海綿、干凈的河沙、木屑為實驗裝置填充物，利用泡沫海綿具有過濾污水中大顆粒沉淀物和吸附的作用，干凈河沙對污水起滲透作用，木屑起再次吸附的作用，通過它們共同吸附和過濾，將污水進行凈化，轉化為二次生活可用水。實驗裝置對比圖如下：

此實驗改進裝置不僅凈化水的效果非常明顯，而且所用材料簡單易得，成本低價，可以轉化為學生親自動手探究制作的實驗，有利于培養學生的實驗動手能力。

賽后和這位教師交流，才得知實驗改進的過程并不是一帆風順。最早她想過用實驗室的漏斗和濾紙也可以達到過濾污水的效果，但是該裝置較復雜，而且容量小，耗時長，操作要求高，并不適合本課生活中污水的處理。而她一開始改進的思路是找生活中易得的，又操作簡便的，農村孩子能回家自己制作的凈化裝置，所以她想到了用生活中常見的礦泉水瓶做容器，泡沫海綿、干凈的河沙、木屑為實驗裝置填充物，照樣也能達到凈化水的目的。本來一開始想的是用活性炭作吸附劑的，但考慮到活性炭得買，農村孩子不一定舍得買，而木炭雖有吸附效果，但是本身也會污染水。苦思冥想，終于想到活性炭和木炭本身就來源于木頭，所以她就想到了用家里易得的木屑也能吸附水中雜質。第一次改進的時候沒有用隔層就把填充物放進去了，結果填充物混在一塊，實驗失敗了。后來她又反復進行“下水實驗”，用紗布作隔層，紗布太軟，一種填充物還是會塌到另一種上，凈化水的效果不明顯。她就繼續思考：什么東西有小孔又比較硬呢？紗窗材料！然后就用了它。從下往上分別填充的是海綿、木屑、海綿、河沙和海綿。她從反復的“下水實驗”操作中葉總結出了實驗注意點：每一層填充物要填平壓實，邊上不留縫隙，不然污水會從邊上流下去，沒有經過填充物就達不到凈化水的目的了。最后，為了演示方便，把裝置固定在鐵架臺上，用一個水流控制閥控制水的流速，這樣就實現裝置一體化。

這位教師腳踏實地進行反復“下水實驗”，最終改進的實驗創新裝置獲得了市實驗創新比賽一等獎。以上案例說明通過反復的下水實驗，才會發現現有配套實驗器材的弊端，積累素材，促進實驗創新的契機。

三、本山取土，就地取材

在進行科學實驗時，實驗材料的選擇對整個科學實驗來說，占著重要的地位。合適的實驗材料可以幫助訓練學生的思路，讓學生樂于做實驗，便于通過實驗操作鞏固科學認知，達到預設的教學目標。當然要想收獲良好的效果，教師必須留心學生的生活，養成多觀察的習慣，善于搜集實驗材料，反復進行課前實驗。要想本山取土，就地取材，下水實驗是關鍵。

比如六上內容中的做框架，建高塔。一般老師局限于讓學生拿著學具袋里的小木棒進行搭建。由于小木棒的數量有限，實驗的效果不是很好。筆者經過多番觀察，發現學生經常在課余時間玩神奇寶貝卡片。有些班主任看到這種現象后，對于一些學生沉迷于此項游戲，玩物喪志，非常頭痛。筆者拿著神奇寶貝卡研究為什么這么吸引學生們的興趣時，就發現了改變它的弧度，它就可以像立體書一樣立起來，完全可以用來作為搭建高塔原材料。本人在此節內容的課堂教學中就讓學生帶上風靡校園的神奇寶貝卡，讓學生在課堂上用他們最喜歡的神奇寶貝卡進行創意搭建。這樣在實驗材料上學生都不會短缺，做這個實驗時也是興致勃勃，不甘落于人下，課堂積極性被充分調動了起來，課堂實驗效果非常好。當時市區學校舉行過胡蘿卜高塔，直沖云霄的活動。考慮到胡蘿卜價格不便宜，當時市場價也需要六元一斤，讓農村學生購買，家長不會全面支持。本人靈機一動，想到具有同樣實驗效果的農村土特產——“番薯”。在此節課堂教學結束后布置學生回家利用農村土特產“番薯”，進行番薯高塔搭建，學生們的實驗興趣又被推上了新的高潮。很多學生回家也是全神貫注去執行這個任務，保質保量完成。第二天，學生們把番薯帶到學校，進行了番薯高塔搭建大比拼。

四、關注細微，聚焦可行性

在小學階段，學生的思維由形象思維向抽象思維發展。五年級學生的抽象思維，仍然需要直觀形象的支撐，因此在思維發展的過程中，我們要從現象和事實出發，幫助學生進行概括總結，得出結論，發展學生的科學探究能力。為此，教師就需要提供足夠的材料讓學生在動腦動手中完成探究任務，幫助學生把現象、數據轉化為證據，利用證據得出結論。教師在實驗教學中若達到以上的教學目標，就需要更為關注教材中設置的實驗，挖掘每個實驗的細微之處，明了按照教材的安排在課堂上進行實驗教學是否可行？

例如按照五下教材中介紹浮沉子的制作方法，它就存在以下問題1：橡皮泥浸水后會化開，重量改變，影響實驗效果，無法實現像潛水艇般沉浮，導致實驗不可行，而且橡皮泥第二次無法使用，會導致材料的浪費。存在問題2：該實驗材料易得，但由于塑料筆帽是不透明的，學生不能直觀觀察到筆帽內的空氣被壓縮，筆帽內進入了更多的水才導致筆帽下沉。學生很難想到這就是“潛艇”的工作原理，下沉是由筆帽內的空氣被壓縮，筆帽內進入了更多的水，使筆帽的重量增加造成的。為了能讓學生可以直觀地觀察到筆帽的下沉原因是體積變化和重量變化導致。為了提高學生小組實驗的可行性，本人對這套實驗裝置進行了小改動。用實驗室常用的器具滴管做簡易方便的透明浮沉子。為了便于觀察，在滴管內可滴紅墨水。然后拿滴管戳下蘋果（或土豆、雪梨之類果肉比較蓬松，不密集的水果蔬菜）放入裝滿水的礦泉水瓶中，使它垂直懸浮于水中，擰好蓋子即可。此套實驗材料簡單，操作方法簡單，完全適合五年級學生進行小組實驗。而且學生在實驗過程中能清楚地觀察到滴管上端的橡膠頭，在滴管下端被蘋果封住的情況下，用手握緊水瓶，滴管的橡膠頭就會明顯收縮，現象明顯。由于封管的蘋果比較蓬松，筆帽經過數次上浮下沉，會導致細小的蘋果被沖出，此時紅墨水在滴管下沉時會由于被水壓入，紅墨水會有明顯上升的現象。此處可用彩色橡皮筋在紅墨水原有的位置進行標志，這樣學生觀察到更為明顯的實驗現象。這種實驗材料的小改動，可以直接提高學生小組實驗可行性，也更容易讓學生從直觀的實驗現象中理解現象形成的本質。

綜上所述，教師“下水實驗”的實質就是一種實驗操作備課，就是從學生的角度去思考問題，實踐操作，體驗探究活動，進行課堂實驗的預演，從而感知、預測課堂實驗中可能會出現的問題，并做出針對性調整。教師通過“下水實驗”可以對課堂實驗的教學的深度了然于胸，對一些實驗意外提前有所預知，提高課堂的應變能力。同時通過日常不間斷地實驗操作，也能提高教師自身實驗的技能，以及積累第一手素材，促進實驗創新研究等。總之，“下水實驗”確實是好處多多。當然，如何讓“下水實驗”在實驗教學中發揮更大的作用，值得我們進一步深入研究，以后我們會更加專注于“下水實驗”的開展，爭取以“下水實驗”為支點，撬動小學科學實驗教學。

【作者單位：衢州江山城東實驗學校 衢州江山中山小學? 浙江】