創新實驗教學的“簡”“嚴”“趣”“實”

毛禮園

《聲音的傳播》一課實驗設計和裝置在實際教學中存在實驗裝置笨重、不易攜帶、設計不嚴謹、現象對比不明顯等問題。為此，我們對教材中的實驗進行創新與改進：將發聲的蜂鳴器放入注射器中，通過拉動活塞形成近似真空，讓學生體會真空不能傳播聲音;用擴音器的麥克風接收空氣和水傳播過來的聲音，在現象對比中讓學生知道聲音可以在液體中傳播，并且液體傳播聲音的能力比氣體強。創新和改進后的實驗，材料和操作更簡單、設計更嚴謹、過程更有趣、效果更明顯，激發了學生的學習興趣，提高了學生的科學核心素養。

小學科學課程注重培養學生的科學素養，實驗教學作為小學科學教學的重要組成部分，在培養和提高學生科學素養中發揮著重要的作用。教師只有抓好小學科學實驗活動，才有利于培養小學生的科學素養，有利于科學課程的有效教學。

《聲音的傳播》是教科版四年級《科學》上冊“聲音”單元的重要一課。隨著課程改革的深入，雖然本課在內容設計上已有很大的改進，但在教學實踐中，教師發現有些實驗設計和裝置依然存在一些不夠完善的地方。新的《義務教育小學科學課程標準》建議教師要創造性地使用教材，切實可行地處理與加工教材，以此激發學生學習和探究的興趣，提高學生的科學素養。因此，筆者以科學素養為導向，進行新教科版《聲音的傳播》一課實驗的創新與改進研究，通過探索與實踐，讓《聲音的傳播》實驗課始終圍繞“簡”“嚴”“趣”“實”四個維度展開，激發學生的學習興趣，提高學生的科學核心素養。

一、實驗分析

（一）聲音不能在真空中傳播的實驗分析

聲音不能在真空中傳播的實驗，教材中的設計是將正在響鈴的鬧鐘放在玻璃罩內，然后逐漸抽出玻璃罩內的空氣，觀察聲音的變化，從而推斷出聲音不能在真空中傳播。該實驗在實際教學中存在以下兩個問題：一是有些學校沒有配套的抽真空裝置，無法完成該實驗，只能用視頻代替現場演示進行教學;二是實驗設計只適合演示，學生不能參與操作，同時需要花較長的時間抽氣，抽氣聲會干擾學生對實驗現象的觀察。不管是看視頻還是看教師演示，在整個實驗過程中學生都沒有參與操作，沒有獨立思考，只記住了實驗結論，并沒有真正理解和內化什么是真空、為什么真空不能傳播聲音。

（二）聲音在液體中傳播的實驗分析

聲音在液體中的傳播，教材中的設計是安排一位學生把擊打后的音叉浸入水中，另外一位學生耳朵貼著水槽聽聲音，由此得出聲音可以在液體中傳播。因為有一部分振動的音叉是在水面以上的，耳朵貼著水槽聽到的聲音也可能是通過空氣傳播過來的，通過這樣一個實驗來說明聲音能在液體中傳播并不嚴謹。同時，用這套裝置來比較液體和氣體傳播聲音的能力時，沒有控制其他因素完全相同。兩次實驗中擊打音叉的力度，速度可能不同。聲音在氣體中傳播路徑：音叉→空氣→耳朵;聲音在液體中傳播路徑：音叉→水→水槽→耳朵，聲音在水中的傳播還經過了水槽這一固體介質。另外，聲音在液體中傳播實驗，音叉擊打后再浸入水中，有部分聲音是通過空氣傳播出去的。在多種因素的干擾下，往往會出現耳朵貼著水槽聽到的聲音和站在水槽邊上聽到的聲音現象對比不明顯，甚至出現站在水槽邊上聽到的聲音比耳朵貼著水槽聽到的聲音更明顯的情況，使學生得出空氣傳播聲音的能力比液體強的錯誤結論。在該實驗中，雖然學生有體驗、有感知，但因教材實驗設計不夠嚴謹，實驗干擾因素較多，而使學生觀察到的是反常的實驗現象，得出的是錯誤的實驗結論。

這樣的一堂學生體驗少、設計不嚴謹、效果不明顯的科學實驗課，無法激發學生的興趣，也無法很好地將科學素養落實到位。

二、實驗創新與改進

針對上述實驗在實際教學中存在的不足，筆者對《聲音的傳播》一課的實驗進行了創新與改進，利用一套裝置完成了聲音在空氣、液體、固體中的傳播實驗。

（一）聲音不能在真空中傳播的實驗創新與改進

筆者所用的實驗器材是一個蜂鳴器用于產生聲音、一個紐扣電池用于給蜂鳴器供電、一只注射器和一個橡膠帽用于創設一個相對密閉的環境。實驗器材及組裝如圖1。

當把活塞往外拉時聲音逐漸減弱，這是因為注射器內的空氣量是一定的，活塞往外拉時注射器內的空氣體積增大，空氣變稀，蜂鳴器周圍的空氣減少;當活塞往里推時聲音逐漸增強，這是因為活塞往里推時注射器內的空氣體積減小，空氣變濃，蜂鳴器周圍的空氣增多，實驗演示如圖2。

通過對上述現象的分析和比較，讓學生明白蜂鳴器周圍的空氣多時，聽到的聲音強，蜂鳴器周圍的空氣少時，聽到的聲音弱，從而推斷出隨著蜂鳴器周圍的空氣減少聲音也將減弱，進而得出聲音不能在真空中傳播的結論。

（二）聲音在液體中傳播的實驗創新與改進

筆者在實驗裝置的基礎上新增了一個水槽和一個擴音器，用擴音器的麥克風接收空氣和水傳播過來的聲音，實驗裝置如圖3所示。

實驗發現，當裝置浸入水中時聲音明顯增強。根據實驗現象，可以得出聲音能在液體中傳播，并且液體傳播聲音的能力比氣體強的結論。筆者也嘗試用實驗室配備的聽診器來代替擴音器接收聲音，同樣有很明顯的效果。這兩者相比，擴音器更適用于演示實驗，聽診器更適用于學生小組實驗。

（三）聲音在固體中傳播的實驗創新與改進

探究聲音在固體中的傳播，筆者選了橡皮泥作為傳聲的固體。在實驗裝置的基礎上將水槽替換成裝滿橡皮泥的容器，用擴音器的麥克風接收空氣和橡皮泥傳播過來的聲音，實驗裝置如圖4所示。

實驗發現，當裝置插入橡皮泥時，聲音明顯增強。根據實驗現象，我們可以得出聲音能在固體中傳播，并且固體傳播聲音的能力比氣體強的實驗結論。

三、創新實驗教學的“簡”“嚴”“趣”“實”

筆者設計的創新實驗與教材實驗相比，材料更簡單、設計更嚴謹、過程更有趣、實驗效果更明顯更實用，能更好地為實際教學服務。

“簡”體現在取材和操作更簡單。創新實驗中所用的注射器、蜂鳴器和擴音器等都是實驗室和生活中常見的材料，與教材實驗中的玻璃罩、真空泵相比，材料更方便易得，成本更低，這一方面有利于農村學校，尤其是基礎設施薄弱的學校開展實驗教學，另一方面也適合學生開展家庭實驗。將教材中繁雜的抽真空實驗設計改進為將發聲的蜂鳴器放入注射器中，通過拉動活塞形成近似真空來探究真空不能傳播聲音，操作簡單、更安全，效果明顯、用時少，有利于開展學生小組實驗活動，提高課堂效率。

“嚴”體現在實驗設計更嚴謹。在對比實驗中只有介質是不同的，其他因素都相同，排除了其他因素對實驗現象的干擾。嚴謹的科學思維是科學探究的靈魂，對于小學生的科學素養形成和發展起著至關重要的作用。科學實驗，不僅要讓學生“自己動手，多活動”“去感受，去體驗”，還要讓學生嚴謹的科學思維彌散在實際探究的過程中，培養學生嚴謹的科學態度、嚴謹的科學思維，使他們真正掌握科學技能，從而逐步形成良好的科學素養，讓他們在科學探究的道路上，穩步前進，為他們終身的學習和生活打好基礎。

“趣”體現在實驗過程更有趣。把只適合演示的實驗改進成適合小組合作的實驗，學生從旁觀者的身份轉變成了參與者和實踐者，學生參與課堂的積極性更高，無趣的課堂變得有趣，課堂氛圍更濃厚。而且，當學生見到生活中的常見材料通過改裝或設計變成實驗的有效器材時，更能激發其探索興趣。在每一節科學實驗課上，教師都應把激發學生學習科學的興趣、培養學生探究能力作為主要目的和教學重點，要改變過去單純用說教的方式告訴學生“科學是有趣的”，要讓學生參與實驗活動，在實踐中感受科學探究的樂趣。

“實”體現在實驗效果更好、更實用。與教材實驗相比，改進后的實驗現象對比更明顯，實驗結論更可靠，能讓學生更深刻地理解實驗的原理，突破實驗教學的難點，有效提高教學效率。同時，該實驗共用一套核心裝置，實現了實驗裝置的“一具多用”，在實際教學中有很強的可推廣性。改進后的實驗設計能讓學生在簡單的實驗活動中充分觀察、充分思考，從而達到提高科學素養的目的。實用有效的實驗教學可以幫助學生提高科學思維能力，掌握科學探究的正確方法，并能受到良好的實驗習慣的教育。

總之，一個成功的實驗可以使教學更加形象直觀，可以讓學生的思維在實驗過程中得到啟發，輕松建立科學概念，使課堂效率大大提高。因此，教師在開展科學實驗教學時，要對已有的實驗做出有益的改進，并不斷創新科學實驗，從而促進科學實驗教學的發展。實驗所需要的材料可以用現有的器材和生活中常見的物品替代。通過自制簡易、有趣、適合操作、符合學生年齡特點的實驗儀器來詮釋不同的科學原理，把復雜的科學實驗簡單化，能讓學生在愉快的實驗過程中，不知不覺地邁進科學的殿堂，得到更多的素質培養。