改進科學材料 提升探究實效

林鈞

【摘? ?要】科學探究必須要以相應的材料為基礎，盡管小學科學教育設備在逐步完善，但已有的教學材料仍存在著一些問題，影響科學探究的效果。對此，教師可以動手開發和改進材料，解決其中存在的問題。以教科版《科學》三年級上冊《空氣有質量嗎》一課為例，教師在研究教材的基礎上，針對材料的細節性缺陷，從多個角度思考改進方案，并用下水實驗改進材料，提升了課堂探究的實效性。

【關鍵詞】科學課;材料;改進;實效

小學科學課程的總目標是培養學生的科學素養，并為他們繼續學習、成為合格公民和終身發展奠定良好的基礎。基于此目標，小學科學的教學活動堅持以培養學生的科學素養為己任，以科學探究為課堂教學的核心。

在小學科學課堂中，處處都是探究活動。但在日常教學中，教師不難發現教材中的一些探究實驗缺少合適的材料，導致學生在探究活動中收獲甚微。這必然會影響探究活動的有效性。在教科版新教材全面實施的背景下，改進探究材料是科學教師應關注和思考的事項。以教科版《科學》三年級上冊第二單元第4課《空氣有質量嗎》一課為例，教師結合自身的備課、試教、反思過程，嘗試對教學材料進行改進，使科學課的課堂探究更有效率。

一、研究教材，提供保障

《義務教育小學科學課程標準》指出：科學探究離不開物質材料的支持，精心設計的教具和學具可以幫助學生更好地理解抽象、難懂的科學知識，體驗科學探究過程，并能激發學生的學習興趣，啟迪其思維。教具和學具是實現課堂精準探究的必要材料，有時，教師需要依據教材中的科學概念對其進行設計、改進。在做改進之前，教師必須對教材進行全方位、深層次的研究，為后續的改進活動提供保障。

（一）通讀教材，熟知科學原理

教師要通讀教材，一方面，要研讀包括相關課程標準、教師用書、學生活動手冊等配套書籍;另一方面，要研讀本課所在單元的內容。如《空氣有質量嗎》一課的教材研究要兼顧整個“空氣”單元，了解學生課前已學過的內容和后續將要學習的內容。在此基礎上，教師通讀本節課教材中設置的兩個基本實驗，了解教材的基本布局、文字和圖表，理解本節課的教學基本概念及其后隱藏的科學原理，在現象和概念之間建立起聯系。

（二）讀通教材，知其所以然

通讀教材后，教師要對教材進行反思、拓展，了解學生的認知基礎，傾聽學生的需求，使教學設計能夠符合學生的學習發展需求，使科學課堂有濃厚的探究味。

本節課的核心問題是“空氣有質量嗎”。眾所周知，空氣就在我們周圍，但學生很少能直接感受到空氣的質量。通過課前調查，教師發現，許多學生根據飄浮在空中的氣球和可以上升的氫氣球，認為空氣沒有質量或者無法判斷。本課實驗探究的成敗直接影響學生能否正確建構科學概念，因此，有效的實驗探究顯得尤為重要。教材中有兩個實驗活動：實驗1——在簡易的天平一端放一個剛充好氣的皮球，另一端不斷加入綠豆，直至天平平衡。拿下皮球，用打氣筒給皮球打進10筒空氣，放回天平，觀察天平的狀態，直觀感受空氣是有質量的;實驗2——在實驗1的基礎上，如果發現天平不平衡，通過加綠豆的方法讓天平再次回到平衡，為下一課《一袋空氣的質量是多少》打下基礎。

可以說，實驗1為實驗2做了鋪墊。一方面，在具體操作方法和使用工具的維度，兩個實驗呈現層層深入的趨勢;另一方面，實驗1呈現的是定性觀察，實驗2偏向于定量測定，如實驗2通過“打進去10筒空氣的質量相當于一定數量的綠豆質量”這一事實，使學生的思考更科學、全面。

二、下水實驗，發現問題

發現問題比解決問題更重要。進行本課的教學設計時，教師首先嘗試用教材中提到的材料進行下水實驗，在反復、多次的操作過程中汲取科學實驗的成敗經驗，不斷反思這樣操作的準確性和高效性，嘗試更有效的實驗方法，從而突破教學重難點。如教師抓住本次兩個實驗共同需要解決的關鍵問題，羅列問題清單，并形成初步的設想。對教材中的兩個實驗進行下水試驗后，可以暴露這套材料在教學中的細節性缺陷，而這些缺陷確實會影響實驗的精準達成。

缺陷1：杠桿的軸和杠桿之間存在較大的滑動摩擦力，導致杠桿的偏轉不靈敏。因此，當兩邊的托盤上不放任何物體時，天平的狀態可能是水平平衡狀態，也可能是向一邊傾斜的狀態（如圖1），這樣就會使實驗結論不夠科學。

缺陷2：原有教具雖然有指針指示偏轉方向，但沒有具體的分度指示。因此，測量像空氣這類質量較小的物體時，指針只會發生十分細微的偏轉。如果沒有分度盤，學生不易觀察到天平的變化。

缺陷3：剛剛充好氣的皮球和再打進10筒空氣的皮球，二者體積不同。皮球最大橫截面的周長從27.3cm變成了31.8cm，這個現象會導致學生認為皮球變重的原因是體積變大。通過計算可得，這些體積的變化會使皮球因為空氣浮力的影響產生大約0.2572g的質量誤差。各類數據具體如表1。因此，有必要對本課的實驗材料進行改進。教師關注細節，結合原有教具提出以下幾個改進思路。

（1）杠桿的靈敏度怎么提升？

（2）杠桿的偏轉怎么能夠清晰可見？

（3）有沒有一種容器可以在充了氣以后不發生形變或少發生形變？

三、改進材料，解決問題

改進的材料一般要遵循方便實用的原則，可以在一般小店、商場購買，也可以在網上采購。購買前，教師要羅列好清單，而后按照設計圖紙或初步預想進行制作。首先制作關鍵部分，控制尺寸和形狀，其次再對其他部位進行制作，及時試驗，不斷修正改進。最終形成的材料還可以適當美化，以求更加精致。

（一）改進杠桿的靈敏度

原有教具中，導致簡易天平不靈敏的最大原因是軸和杠桿之間的摩擦是滑動摩擦，其摩擦力會嚴重影響杠桿的平衡情況。把滑動摩擦變成滾動摩擦就可以大幅度地減少摩擦力的影響。為此，教師把杠桿尺中間的塑料軸用一枚外徑為6mm、內徑為2mm的軸承和一根外徑為2mm的不銹鋼棒代替，并用502膠水進行固定（如圖2）。這樣設計之后，裝置的摩擦力大幅度減少，一顆綠豆就可以使其發生偏轉。

（二）保證實驗現象易觀察

結合原有材料指針的優點，教師在杠桿尺上增加了一根更長的指針，并制作分度盤，指示指針的偏轉角度，由此幫助學生觀察微小的變化。

（三）制作合適的空氣容器

為減少空氣浮力這一因素的干擾，實驗時需要使用一個打進10筒或20筒氣體后體積也不發生變化或變化不明顯的容器。經過對多種容器進行測試，教師發現600ml的雪碧瓶效果最好。因此，教師給雪碧瓶的瓶蓋上裝上英式自行車氣嘴（如圖3），并用橡膠墊圈進行密封，再用一個腳踩打氣筒給雪碧瓶打氣（如圖4）。經測試，往雪碧瓶中打進50筒空氣，瓶內氣壓值達到5個大氣壓，但瓶身形變不明顯。這就保證了實驗的科學性以及學生在實驗過程中的安全性。

四、檢驗應用，有效探究

改進后的材料要在教學實踐中進行檢驗。試教過程中，學生分組進行實驗，提升改進后材料的價值。教師要反復試驗，記錄、分析數據，考驗材料是否達到了實驗的要求。同時要傾聽學生的意見和看法，思考是否已經完成探究實驗中預設的教學目標，幫助學生達成科學概念的建構。

實踐證明，改進后的實驗材料在使用過程中非常方便。教師提前調平杠桿，學生在杠桿平衡的狀態下開始操作，降低了實驗的操作難度。探究時，學生在天平左盤放上雪碧瓶，右盤放上綠豆，直至天平平衡。隨后，學生通過腳踏打氣筒給雪碧瓶打進20筒空氣，再觀察天平是否平衡。

經過課堂驗證，該套實驗材料的效果明顯。所有小組都能夠在幾分鐘內完成實驗。學生發現打了氣的雪碧瓶所在的左盤明顯下沉了，由此在較為輕松的氛圍和有趣的實驗現象中推出“空氣是有質量的”的結論。在下一環節中，學生添加綠豆再次讓天平平衡，從而得出20筒空氣的質量相當于30顆左右的綠豆的質量，實驗結果相對比較精確。使用本實驗材料后，學生在探究與空氣的質量有關的問題的效率以及課堂效果明顯提高，其思維的深度和廣度也得到了拓展。

小學科學中，教師不難發現部分實驗材料的不足之處。對此，教師應在充分研讀教材的基礎上，以生為本，圍繞教學目標，積極尋求方法，改進科學實驗材料。由此，實驗中不必要因素給教學帶來的影響得以減少，學生能夠全身心地投入到精準的科學探究活動中，為科學素養的培養奠定基礎。

參考文獻：

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（浙江省寧波市寧海縣西店鎮樟樹小學? ?315613）