創造性實驗在小學科學中的應用

（廈門市翔安區第二實驗小學，福建 廈門 361101）

培育學科核心素養與創新能力的主陣地在課堂教學。肩負立德樹人與全方位育人使命的小學科學教師，要側重研究與探索培育學生創新能力的路徑與方法，研發出切合實際的培養策略。

一、創造性實驗教學的內涵及意義

創造性教學是指通過有效手段，產生獨特且有社會價值的新意，超越原有外在表象，探索和發現新維度，形成一種嶄新模式的教學方法。創造性教學不斷運用于教學過程中，逐步形成新穎的思想、手段和方法，賦予原有教學事物新的內容，甚至衍生出新內涵。

學生掌握科學知識要經歷“感性—理性—應用”的認知過程。《義務教育小學科學課程標準（2017 年版）》指出：“小學科學作為一門以培養學生科學素養為宗旨的基礎性課程，學生修習該課程最重要學習方式之一是探究式學習。”［1］借助實驗深化學習是探究式學習的重要組成部分。學生通過實驗學習，有利于理解準確的科學概念，掌握常用的實驗技能，提升觀察實驗現象、分析與解決問題的能力，養成嚴謹治學的科學態度，掌握環環相扣、精益求精的科學流程與方法。小學科學教師應在實驗教學中，重點培育學生對實驗的觀察、分析、操作、思維與反思能力，并滲透嚴謹求實的科學態度與科學方法，進而提升學生的創新能力。［2］創新能力的核心組成內容涵蓋情意因素、動機因素和智慧因素。探索在教學中充分調動上述三大因素，通過實驗教學提升學生的科學創新能力，是擺在每位教育工作者面前的一項復雜而艱巨的任務。

二、創造性實驗教學的實踐應用

創造性實驗教學側重培養學生的逆向思維，引導學生重在設計與改進實驗方案，讓驗證性實驗上升為探索性實驗，有效踐行實驗教學的核心思想。

1.以日常生活為誘導，激發情意因素

教師應引導學生多從現實生活的真實情境出發，由切身感受來促進實驗設計的能動性。如（1）指南針為什么可以指南北？（2）樹葉是怎么慢慢變黃的？（3）為什么父母都是雙眼皮，而孩子卻是單眼皮呢？（4）洗衣服時泡沫過多，加什么能起消泡作用？這些由具體生活情境引發的問題，成為學生動手做實驗的最好動力。哲學上講，外因要靠內因起作用，只有當學生親身對某個事物產生了好奇，引發了渴望，這股探索的激流才是真正不可扼制的。所以，教師要意識到“學以致用”是學生學習的最終目的，要積極開發生活中的現實實驗資源，積極激發學生的動機因素。

再如，水是生命的第一要素，人體70%的重量為水，人體的新陳代謝、細胞的生長發育都要在有水的條件下進行，水對于人類具有十分重要的意義。學生對水很熟悉，在進行三年級科學《生命之源——水》這一單元的學習時，學生做過有關水的一些實驗，了解水的一些特性，與水有著較為深厚的情感關聯，容易對水產生好奇心。這些知識基礎為六年級上冊《變色花》創造性實驗教學實施提供了情意因素。

2.以內外聯系為先導，激發動機因素

六年級《變色花》一課中，學生通過紫甘藍汁變色實驗，認識了酸堿指示劑，觀察到酸堿指示劑與酸性物質和堿性物質反應，產生不同的變化，同時對常見的酸性物質和堿性物質有一定了解。許多學生對該課知識產生濃厚的興趣，課堂上主動提出一系列問題：“有沒有酸性水和堿性水呢？”“堿性水與酸性水會與酸堿指示劑發生不同變化嗎？”“堿性水與酸性水的性質有何差異？”學生自發將課內知識與日常生活相聯系，激發了動機因素。教師意識到這是一次很好的實施創造性實驗教學的機會。于是以興趣為抓手，以問題為導向，將學生問題與教學內容、生活實際相聯系，進行適當的拓展和延伸，激發學生探究學習的主觀能動性。

首先，教師向學生介紹市面在售的離子水機。離子水機處理水的原理分為兩部分：凈化部分和電解部分。凈化部分是利用物理吸附原理，將自來水經過顆粒活性炭、PP 棉等過濾吸附，去除水中的鐵銹、泥沙、三氯甲烷、揮發酚等物質，產生凈化水。電解部分是將凈化水通過制水槽，在制水槽中的鉀、鈉、鈣等金屬離子透過離子膜向陰極方向移動，碳酸氫根等酸根離子向陽極方向移動。陰極附近因含有高濃度的氫氧根離子而顯堿性，生成堿性離子水；陽極附近因含有氫離子而顯酸性，生成酸性離子水，再分別通過導管流出。

學生發現，當離子水機通電后，打開水龍頭，兩根導管中分別流出無色透明的水，肉眼看不出它們之間的區別。從理論上說，離子水機兩根導管分別流出酸性水和堿性水，但是這種所謂的“離子水機”是否真的能產生酸性水和堿性水呢？又該如何證明呢？當教師將問題拋給學生時，學生立刻開始討論，產生動腦設計實驗論證的興趣，動機因素得到極大發揮。

3.以自發設計為主導，激發智力因素

離子水機的兩個出水管，一根流出的是堿性水（負電位），另一根流出的是酸性水（正電位）。那么如何證明呢？教師提醒學生，可用《變色花》一課中涉及的酸堿指示劑原理對此進行驗證。在教師引導下，學生根據酸性物質和堿性物質遇到酸堿指示劑會發生不同變化這一原理，小組合作交流，自主探究，設計實驗方案。經過全班匯報討論后，整合出以下創新實驗設計方案。

設計1：分別用三只玻璃杯同時取堿性水、酸性水和自來水，觀察三種水的外觀。

結果：堿性水和酸性水清澈，且存有大量細膩小水泡；自來水較清澈，有少量氣泡，且個體大于堿性水和酸性水的氣泡。

分析：堿性水和酸性水富含氣體，應該是離子水機電解水時附帶產生了氣體。

設計2：分別用三只玻璃杯取酸性水、堿性水和自來水，用玻璃棒取少量水點在pH 試紙上觀察。

結果：試紙蘸堿性水呈現綠色（pH 接近8），試紙蘸酸性水呈現黃色（pH 接近6），試紙蘸自來水呈現資黃綠色（pH 接近7）。

分析：離子水機的確可電離出堿性水和酸性水，這兩種水具有不同的酸堿性，自來水接近中性。

設計3：在三只透明玻璃杯中裝入等量黑枸杞，同時倒入等體積新制堿性水、純凈水、新制酸性水，靜置，觀察。

結果：浸泡黑枸杞的堿性水呈現藍色，酸性水呈現紫紅色，純凈水呈現紫色。

分析：黑枸杞也可作為酸堿指示劑，其作用與紫甘藍汁類似。堿性水、酸性水與堿性物質和酸性物質類似，能與酸堿指示劑反應，產生不同現象。純凈水為中性。

設計4：在三只透明玻璃杯中裝入等量茶葉，同時倒入等體積新制堿性水、自來水和酸性水，靜置，觀察。

結果：堿性水浸泡的茶水迅速浸出茶色，色較濃;自來水和酸性水在3、4 分鐘后才呈現出茶色，且比較堿性水色淡。

分析：堿性水比自來水和酸性水更快溶解茶葉，說明堿性水具有更強的活性。

在教師引導下，學生應用課本知識結合生活實際，設計出一套由表及里、由淺入深的實驗方案，分層次推進實驗進程，分析實驗現象并得出實驗結論。證明了市售離子水機的確能通過電解原理，電離出堿性離子水和酸性離子水，未電離的水則接近中性。學生加深了對知識的理解和運用，同時創造性地設計實驗，在已知原理上運用新物質進行驗證，拓寬了思維的發散性，體現了思維品質的獨特性和廣闊性。通過“設計實驗方案、改良實驗方案、推進實驗步驟、觀察實驗現象、記錄分析現象與推導實驗結論”這一完整過程，學生的主觀能動性得到激發，創造性思維能力和動手實踐能力得到提高，嚴謹求實的科學態度、堅持不懈的科學精神得以樹立。