小學(xué)科學(xué)探究實驗設(shè)計策略與實踐

何麗娟

摘? 要 從材料的選擇、實驗教具的創(chuàng)新以及技術(shù)的多元融合三個角度闡述小學(xué)科學(xué)探究實驗的設(shè)計策略，以期為小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞 小學(xué)科學(xué);探究實驗;科學(xué)素養(yǎng);智慧教育

中圖分類號：G623.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）09-0117-03

1 前言

懷特海曾經(jīng)說過，當(dāng)一個人把在學(xué)校學(xué)到的知識忘掉，剩下的就是教育。對于小學(xué)科學(xué)課堂而言，應(yīng)該給學(xué)生留下些什么呢？小學(xué)階段是學(xué)生手腦協(xié)調(diào)發(fā)育以及腦功能形成的關(guān)鍵期。手和腦之間有著千絲萬縷的聯(lián)系，手使腦得到發(fā)展，使它更明智;腦使手得到發(fā)展，使它變成思維的工具和鏡子。

學(xué)生學(xué)科學(xué)離不開實驗，在實驗中他們能檢驗猜想、構(gòu)建概念、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，還能加深對新知的理解，發(fā)展動手、動腦能力，培養(yǎng)實事求是的科學(xué)精神。教師應(yīng)認(rèn)真選擇實驗材料，創(chuàng)新實驗教具，融合多元技術(shù)，提升科學(xué)實驗教學(xué)的有效性。

2 小學(xué)科學(xué)探究實驗設(shè)計策略與實踐

有效選擇材料，巧解課堂疑惑? 有效的材料選擇能體現(xiàn)出實驗探究的“色”“香”“味”。實驗材料作為學(xué)生解決科學(xué)問題、獲得科學(xué)知識和提高探索能力的基本載體，是學(xué)生感受科學(xué)與生活的聯(lián)系，體驗科學(xué)價值的重要資源[1]。

因此，一定要精心選擇和準(zhǔn)備材料。

“空氣有質(zhì)量嗎”一課是新教科版小學(xué)科學(xué)三年級上冊的內(nèi)容，教材設(shè)計使用杠桿尺對空氣的質(zhì)量進(jìn)行測量。筆者在試水課前實驗時發(fā)現(xiàn)，無論是自制還是配套的杠桿尺，都會出現(xiàn)一個通病，即由于中間旋轉(zhuǎn)點(diǎn)的摩擦力過大而導(dǎo)致裝置不能靈敏擺動，這也就意味著無法精確測量空氣的質(zhì)量。

筆者想到了用天平代替杠桿尺，解決了靈敏度的問題。第一次試教，班內(nèi)學(xué)生討論完實驗方案后開始動手探究（材料：已調(diào)平的托盤天平、氣球、打氣筒、綠豆、小夾子）。經(jīng)過十幾分鐘的探究，大部分小組得出的結(jié)論是空氣沒有質(zhì)量。學(xué)生觀察到的現(xiàn)象是無論氣球充氣與否，放在天平上的狀態(tài)都不變。怎么會這樣？筆者課后進(jìn)行多次驗證，發(fā)現(xiàn)結(jié)果確實如此，左側(cè)托盤放置充氣量不同的氣球，天平指針未偏轉(zhuǎn)（圖1），哪里出了問題？

經(jīng)過反復(fù)思考，筆者終于發(fā)現(xiàn)問題出在氣球上：充氣越多，氣球越重，但氣球的體積也越大，所受的浮力也越大。由阿基米德浮力定律F浮=ρ空氣gV排，G空氣=mg=

ρ空氣Vg，且V排=V，得F浮=G空氣，也就是氣球所增加的空氣重力與其所增加的浮力是相同的。所以，空氣重力增加了多少，浮力也隨之增加多少。天平顯示的示數(shù)是氣球受到的支持力，即F支=G-F浮（如圖2所示），而已證明氣球增加的空氣重力與之增加的浮力是相同的，所以它們的差值不變，也就是F支的大小是不變的。

天平指針確實不會發(fā)生改變，實驗結(jié)果沒有錯！那錯在了哪里？再次斟酌實驗材料，氣球皮的大小會隨其中空氣體積的變化而發(fā)生改變，實驗需要的是能裝入空氣且隨著它的量的變化而容器自身容積不發(fā)生明顯變化的材料。

第二次試教，筆者調(diào)整了相關(guān)實驗材料（材料：已調(diào)平的托盤天平、皮球、打氣筒、綠豆）。此次實驗后，班級內(nèi)大部分學(xué)生都能得出空氣是有質(zhì)量的這一結(jié)論，但仍有個別組出現(xiàn)不同結(jié)果。筆者再次反思，發(fā)現(xiàn)問題仍然是出在材料上：問題組實驗材料中的皮球外皮非常薄，也就是與氣球的實驗效果較相似。所以在使用皮球作為實驗材料時還要仔細(xì)檢查球皮的厚度，當(dāng)厚度足夠時，才能保證良好的實驗效果。

筆者在試教“橡皮泥在水中的沉浮”一課時，當(dāng)使用普通橡皮泥放入燒杯中進(jìn)行實驗時，過不多久橡皮泥就會變稀，導(dǎo)致燒杯里的水變得非常渾濁，這樣的實驗效果顯然是不理想的。后來筆者反復(fù)查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)一種油性橡皮泥，于是對課堂實驗材料進(jìn)行了更換。改進(jìn)后的實驗效果明顯，并且在排水量的測量實驗中可以清晰準(zhǔn)確地得出實驗數(shù)據(jù)，保證了課堂實驗的高效性。

實驗材料千萬種，課堂有效第一種。只有不斷對材料進(jìn)行針對性選擇，才能提升科學(xué)課堂教學(xué)的有效性。

創(chuàng)新實驗教具，提升課堂效率? “工欲善其事，必先利其器。”小學(xué)科學(xué)實驗課堂教學(xué)也應(yīng)如此。所謂善其事，指較好地完成小學(xué)科學(xué)實驗探究;必先利其器，是指必須準(zhǔn)備合適的實驗器材，才能夠高效完成科學(xué)實驗教學(xué)[2]。雖然大部分小學(xué)科學(xué)實驗室已經(jīng)配備比較完備的教學(xué)器材，但隨著教師教學(xué)設(shè)計和學(xué)生主體的不斷變化，有些儀器并不能完全解決課堂所面臨的問題。這就需要教師根據(jù)實際情況創(chuàng)新實驗器材，為科學(xué)實驗的成功提供保障，為科學(xué)課堂增添生機(jī)。

磁是小學(xué)科學(xué)課程物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域比較重要的一部分內(nèi)容。“磁鐵有磁性，總是同時存在著兩個不同的磁極。磁極是磁鐵磁性最強(qiáng)的部分。”[3]在日常教學(xué)中對于磁鐵磁性的感知更多是基于平面實驗觀察，無論是基于鐵粉盒顯示磁鐵磁性的強(qiáng)弱和分布，還是借助小鋼珠或回形針探究磁鐵兩極磁性的強(qiáng)弱分布，都與磁性的立體作用范圍的事實不相吻合。這樣的平面觀察與實驗只能讓學(xué)生片面地感知客觀事實，不利于科學(xué)素養(yǎng)的形成。

筆者嘗試自制磁體兩極的磁性顯示儀，使其能清晰地展現(xiàn)兩極磁性的立體分布（圖3），有效解決了在平面塑料盒外觀察的片面性問題，且能動態(tài)地顯示出磁鐵由端點(diǎn)到中點(diǎn)的磁性變化規(guī)律（圖4）。

多元技術(shù)融合，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)? 在疫情防控的特殊時期，技術(shù)成為當(dāng)下尤為重要的課堂支撐。停課不停學(xué)，教師通過微課、在線直播、空中課堂等方式進(jìn)行教學(xué)，教育的腳步一刻也沒有停歇。即使在沒有疫情時期，智慧教育對課堂實驗的助力作用也不容小覷。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，教育理念的更新和教育信息化水平的發(fā)展引發(fā)了教育方式的變革。信息化背景下的科學(xué)課堂電子化教具和信息化教具可以打破實物教具的局限性，彌補(bǔ)實物化教具的不足，在視覺和聽覺上為學(xué)生提供教學(xué)的多元刺激，促進(jìn)師生之間的互動交流，有效提升課堂教學(xué)率。

某教師在上“空氣占據(jù)空間”一課時，以烏鴉喝水故事作為課堂引入，當(dāng)進(jìn)行科學(xué)原理分析時，講臺上適時地出現(xiàn)四維全息投影場景;隨著科學(xué)分析的逐漸深入，借助信息技術(shù)呈現(xiàn)相應(yīng)的場景，理性分析與場景展示相得益彰。信息技術(shù)讓學(xué)生在沉浸式的教學(xué)氛圍中思考，更利于激發(fā)其學(xué)習(xí)的主動性，發(fā)揮主體作用。

對小學(xué)科學(xué)教師而言，教學(xué)中比較有挑戰(zhàn)性的教學(xué)模塊當(dāng)屬地球與宇宙單元，主要有兩方面的原因：一是實驗無法實地操作，只能通過模擬實驗來進(jìn)行;二是某些實驗觀察時間線比較長，短則需要幾周，長則需要一個月之久，導(dǎo)致教師很難在一個課時內(nèi)完成教學(xué)實驗。而有了先進(jìn)技術(shù)的加入，時間線就可以發(fā)生改變，使課堂更高效。

如在進(jìn)行“月相的變化”一課教學(xué)時，某教師嘗試運(yùn)用自動追蹤攝像頭，攝像頭的視角代表地球上的觀察者并投影在大屏幕上;一盞投影燈照射在代表月球的乒乓球上，形成明暗兩種狀態(tài);移動乒乓球模擬圍繞地球（攝像頭）自轉(zhuǎn)，學(xué)生可以清晰地觀察到月相的變化及其規(guī)律。這樣的動態(tài)呈現(xiàn)讓原本需要一月之久的觀察濃縮在短短的幾分鐘內(nèi)，大大提高了課堂教學(xué)效率。

智慧化軟件的加入也讓課堂發(fā)生巨大變化，使課堂的互動性更強(qiáng)，現(xiàn)象呈現(xiàn)得更細(xì)致。筆者在進(jìn)行“物質(zhì)是怎樣溶解的”一課教學(xué)時，由于溶解過程較快且無法再現(xiàn)，學(xué)生交流匯報時難以展示其實驗過程，交流效果不理想。有了智慧軟件的加入，教師可以在學(xué)生實驗期間用手機(jī)進(jìn)行拍攝，在后續(xù)交流時就可以清晰再現(xiàn)實驗過程，且可利用慢速播放功能有效突破課堂重難點(diǎn)——觀察物質(zhì)的溶解過程。課堂上，師生間互動溝通的順暢性、便捷性、及時性是保證教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，這既是每一位教育工作者不斷追求的目標(biāo)，也是信息化科學(xué)課堂的生命力所在。

3 結(jié)語

“問渠那得清如許，為有源頭活水來。”直接經(jīng)驗是一切真知最重要的發(fā)源地。小學(xué)階段是學(xué)生手腦協(xié)調(diào)發(fā)育以及腦功能形成的關(guān)鍵期。小學(xué)科學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，探究離不開實驗，成功的實驗教學(xué)離不開有效的課堂實驗。有效地選擇材料，創(chuàng)新實驗教具，并且融合使用多元技術(shù)，可以提高課堂實驗教學(xué)質(zhì)量，全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]曹銀玲.提高實驗效率初探[J].湖北教育：科學(xué)課，2017（1）：62-63.

[2]劉建國.小學(xué)科學(xué)實驗器材改進(jìn)方法：以鐘擺制作為例[J].中國教育技術(shù)裝備，2016（15）：138-139.

[3]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.