實驗“再設計”：推進學生的深度學習

江美華

摘要現行《科學》教材中設計的科學實驗往往是示例性的，不僅要考慮科學性，還要考慮普適性，以方便開展科學實踐活動。如果科學教師能順應學生的認知興趣和認知需要，依據教學實際，對實驗進行“再設計”，更為合理地安排課堂時間，將40分鐘的效用最大化，就能有效地推進學生的深度學習，為他們后續的深度研討奠定基礎。

關鍵詞 實驗再設計 深度學習

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.019

Experiment "Redesign"： Promoting Students’ in-depth Learning

JIANG Meihua

（Jinhua Beiyuan Primary School， Jinhua， Zhejiang 321001）

Abstract： The scientific experiments designed in the current science textbook are often exemplary. We should not only consider the scientificity， but also consider the universality， so as to facilitate the development of scientific practice activities. If science teachers can adapt to students’ cognitive interests and needs， redesign the experiment according to teaching practice， arrange classroom time more reasonably and maximize the utility of 40 minutes， they can effectively promote students’ in-depth learning and lay the foundation for their subse？ quent in-depth discussion.

Keywords：experiment redesign； in-depth learning

現行《科學》教材中設計的科學實驗往往是示例性的，不僅要考慮科學性，還要考慮普適性，以方便開展科學實踐活動。如果科學教師能順應學生的認知興趣和認知需要，依據教學實際，對實驗進行“再設計”，就能有效地推進學生的深度學習。那么，如何開展實驗的“再設計”呢？

組一組：“組”出新功能

《食物在身體中的旅行》一課中，學生要認識人的消化系統，不但需要觀察人的消化系統各器官的特點，還要設計實驗研究它們的功能。消化系統主要有口腔、食道、胃、小腸和大腸這五種器官，由于學生每餐都在進行著真實的“口腔實驗”，可觀察性強，他們很容易發現口腔的功能——磨碎食物，因此課堂中無須重復此實驗。食道、胃、小腸和大腸不容易觀察，想要了解這四種器官的功能，需要設計相應的模擬實驗。為此，教材以圖片的形式指明食道和胃可以借助塑料管和塑料袋模擬其功能，而小腸和大腸之所以教材沒有介紹實驗方法，是因為很難在課堂上實施其“功能”的模擬實驗?；谶@些分析，教師可以更為合理地安排課堂時間，將40分鐘的效用最大化，促進學生的深度學習。

在教學中，筆者用透明塑料管和氣球分別模擬食道和胃，巧妙地把氣球套在塑料管上，這樣一個看似不起眼的組合，卻“組”出了實驗的新功能，讓學生的學習活動上升到一個新的層面。一是學生可以親眼觀察到“食道”和“胃”是如何“結合”的，以及食物從食道進入胃的全過程；二是由于氣球的容量所限，避免了實驗中食物的浪費，特別是氣球皮具有較強的韌性和彈力，避免了實驗中“胃”容易擠破裂而導致實驗失敗，讓學生較為真實地體驗到“胃的收縮和舒張功能”，提升了實驗的真實性。

筆者還為學生提供了實驗用的“有結構的食物”——大且硬的板栗、大且軟的面包、小且硬的豆子、小且軟的米飯等。學生發現，大且硬的板栗無法直接通過“食道”，必須切碎才可以順利通過“食道”；小且硬的豆子雖然可以順利通過“食道”，但學生借助手捏發現單靠“胃”無法“消化”它，從而形象地反證了口腔的功能——磨碎食物有助于消化。

換一換：“換”出新思路

在《用水測量時間》一課中，為了探究水為什么可以用來測量時間，教材設計的實驗是讓學生測量裝有300毫升水的容器漏出100毫升水所用的時間，再根據100毫升水漏出的時間預測漏出25毫升、50毫升、75毫升水所用的時間。做此實驗，學生計算（預測）時不但費時間，很多學生還出現了計算上的困難。有一部分學生不會計算，特別是預測75毫升水所用的時間更顯復雜。怎么辦？

筆者認真分析，發現該實驗的目的是讓學生發現預測的時間和實測的時間會出現不一致的情況，從而意識到不能簡單地用水來測量時間，必須發明一種能夠保持水勻速流出的裝置，這樣才能用水來測量時間（計時），并把學生的思維引到古人是怎么解決保持水位不變的問題上來。如果把這個實驗換成“根據300毫升水漏出25毫升水所用的時間，預測漏出50毫升、75毫升和100毫升水所用的時間”，學生實測時照樣可以發現用水測量時間會出現的問題，也可以把這個問題推向同一個活動——古人智解水流勻速的問題。學生計算時由于用的是乘法，不會出現小數點，既方便又節約時間。事實證明，確如預設的那樣，換一換，換出了新思路——翻轉實驗，也換出了寶貴的時間，學生既快又有條理地完成了這個實驗。

再如“測量水溫變化”實驗，教材呈現的是學生手持溫度計測量水的溫變，教師創造性地用“雙連夾”夾住溫度計并固定在杯沿測量水的溫變，或者把溫度計插進打有小孔的瓶蓋并固定在易拉罐上測量水的溫變，不但解放了學生的雙手，讓他們更加關注實驗現象、溫度的變化及可能出現的“意外”，而且溫度計更加穩定，使學生測得的數據更精確、有效，為他們后續的深度研討奠定了基礎。

加一加：“加”出新發現

《物體在斜面上運動》一課中，為了讓學生探究不同形狀的物體在斜面上是怎樣運動的，教材設計的實驗是先讓學生搭建一個斜面，測試小立方體木塊在斜面上的運動情況，然后進一步測試小六棱柱和小球在斜面上的運動情況。學生觀察后發現，不同形狀的物體在斜面上運動可以是滑動，也可以是滾動，還可能是靜止不動。接著讓學生測試自己準備好的更多的物體，這樣開放性的活動雖然容易出現“意外”，但對學生科學概念的建構是有益的。通過實驗，學生認識到物體在斜面上的運動方式和物體的形狀有關，如小球是滾動的，而小六棱柱、小立方體是滑動的。接下來，教材安排了一個拓展性實驗——如果將斜面一端墊高，再把小立方體、小六棱體、小球等物體分別放在斜面上端，它們會怎樣運動？

拓展性實驗一般屬于“加餐”活動，甚至可以安排學生在課外自主完成。在教學中筆者發現，僅做教材實驗會出現課堂容量不足、時間有剩余的情況，而且活動過于簡單，缺乏挑戰性，學生的學習活動難以深度推進，影響他們的思維發展。于是，筆者決定“精減”教材中實驗的時間，把拓展性實驗設計成課堂中的第二個探究活動。實踐證明，隨著斜面坡度的升高，預設中的“意外”出現了，問題也變得更為復雜，小立方體和小球運動的速度明顯加快，甚至出現了原本在斜面上滑動的小六棱柱居然滾動著向下運動，連運動方式也改變了。測試更多的物體時，學生隨之發現了更多的“意外”，有些物體的運動形式還和擺放方式有關，如圓柱體橫著放是滾動，而豎著放變成了滑動，等等。學生在后續研討中，進一步認識到物體在斜面上的運動，不但和物體的形狀有關，還和擺放方式以及斜面坡度有關。這樣“加一加”，不但“加”出了學生思考的新高度，而且“加”出了學生認識的新深度。

減一減：“減”出新天地

在教學《讓小車運動起來》一課時，為了引導學生探究“小車剛好運動起來需要多少個墊圈”，筆者給他們提供了小車模型、繩子、10個墊圈等材料。教學時，筆者發現四年級學生給繩子打結有困難，而且由于提供的墊圈數量過多，學生的關注點會集中到“能否讓小車運動得更快”“誰的小車運動得快”等問題上。很多小組紛紛往纜繩上掛墊圈，沒有意識到只有一個一個地增加墊圈的數量，才能測試出“讓小車剛好運動起來需要多少墊圈”。

針對這一問題，筆者把“10個墊圈”減少為只提供“4個墊圈”，目的在于引導學生把關注的重點放到“小車剛好運動起來需要多少個墊圈”這一問題上。因為沒有更多的墊圈供學生任意擺弄，他們的注意力集中到實驗本身，一個一個地增加墊圈，從而順利地測試出能讓小車剛好運動起來的墊圈數。有的小組只用一個墊圈就能讓小車運動起來，有的小組則需要2～3個墊圈才能讓小車運動起來，這是由于不同小組的小車重量不同，小車和桌面的摩擦力也不同造成的。學生在測試中發現墊圈數和小車速度有關，筆者在此基礎上稍加引導，就讓接下來的探究活動聚焦到本課的核心問題——重力（拉力）的大小和小車運動快慢之間的關系。減一減，“減”出了實驗的有序性，“減”出了思維的條理性。