淺析結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

☉管亞明

科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料是小學(xué)科學(xué)教師開(kāi)展各類(lèi)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的重要工具之一，更是在科學(xué)實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)能力、科學(xué)精神、科學(xué)思維、探究能力、創(chuàng)新能力等的重要手段。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)材料的合理運(yùn)用，還可以改善、調(diào)動(dòng)小學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)情感，使之能夠真正愛(ài)上科學(xué)、迷上科學(xué)，在提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的過(guò)程中還可以促進(jìn)學(xué)生高階思維的形成與發(fā)展。結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料就是結(jié)合實(shí)驗(yàn)具體需求對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行合理的組合，確定實(shí)驗(yàn)材料所應(yīng)用的具體順序，以此來(lái)提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性以及科學(xué)性，最終促使學(xué)生能夠高效完成相關(guān)知識(shí)的深層次建構(gòu)以及學(xué)科素養(yǎng)的進(jìn)一步發(fā)展［1］。因此，結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)或是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，既可以有效提升教學(xué)效能，又可以引發(fā)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維以及探究能力，在提高科學(xué)教學(xué)（尤其是科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)）質(zhì)量的同時(shí)，也有效促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

一、結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的分類(lèi)及教學(xué)應(yīng)用范圍

結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料主要分為以下幾大類(lèi)：

第一，引導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)材料。引導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)材料的主要應(yīng)用目的就是利用實(shí)驗(yàn)材料來(lái)引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)、實(shí)踐以及自主探究的積極性，使學(xué)生能夠在該實(shí)驗(yàn)材料的影響下高質(zhì)、高效地完成科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

第二，認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)材料。認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)材料的主要應(yīng)用目的就是促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)科學(xué)概念、科學(xué)規(guī)律的認(rèn)知與理解，為進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)要點(diǎn)、難點(diǎn)或是科學(xué)實(shí)驗(yàn)理念的理解提供保障。

第三，模擬型實(shí)驗(yàn)材料。模擬型實(shí)驗(yàn)材料的主要應(yīng)用目的就是有效降低科學(xué)知識(shí)的抽象性，提高學(xué)生的理解程度，為提高學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)、實(shí)踐的質(zhì)量提供保障。

第四，探究型實(shí)驗(yàn)材料。探究型實(shí)驗(yàn)材料的主要應(yīng)用目的就是激發(fā)、調(diào)動(dòng)學(xué)生利用探究型實(shí)驗(yàn)材料自主開(kāi)展一些科學(xué)知識(shí)的探究、探索活動(dòng)，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神、實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力。

第五，拓展型實(shí)驗(yàn)材料。拓展型實(shí)驗(yàn)材料的主要應(yīng)用目的就是在開(kāi)展科學(xué)教學(xué)或是實(shí)踐的基礎(chǔ)上還可以引導(dǎo)學(xué)生就一些拓展型實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行個(gè)性化的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，以此來(lái)改善、培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)、科學(xué)思維、科學(xué)精神以及創(chuàng)新能力，最終為促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展奠定基礎(chǔ)［2］。

二、結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

（一）教師缺乏結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用意識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，個(gè)別小學(xué)科學(xué)教師在一些抽象性或是具體的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，多利用現(xiàn)代信息技術(shù)為學(xué)生搜集或是制作相應(yīng)的教學(xué)課件，讓學(xué)生能夠通過(guò)觀(guān)看視頻來(lái)了解、學(xué)習(xí)相關(guān)的科學(xué)知識(shí)或是實(shí)踐。由于教師缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用意識(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致其在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)材料（尤其是結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料）較少，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識(shí)、科學(xué)思維與科學(xué)精神等均造成一定的影響。

（二）結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的教學(xué)應(yīng)用效率低

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，個(gè)別小學(xué)科學(xué)教師在應(yīng)用結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料開(kāi)展教學(xué)時(shí)，多以自己的實(shí)踐操作為主，學(xué)生則通過(guò)被動(dòng)式的“觀(guān)看”“思考”去完成科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)與建構(gòu)。毫無(wú)疑問(wèn)，這也直接影響到了結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在科學(xué)教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用效率，不利于學(xué)生科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)以及科學(xué)思維、科學(xué)精神、探究能力的培養(yǎng)，最終也會(huì)影響到學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。

三、結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）引導(dǎo)型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用策略

引導(dǎo)型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的教學(xué)應(yīng)用可以引發(fā)學(xué)生的科學(xué)思考，使之能夠在結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的引導(dǎo)下引發(fā)自主探究科學(xué)問(wèn)題的激情，這對(duì)改善學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)情感、提升其學(xué)習(xí)效能具有良好的推動(dòng)作用。同時(shí)，引導(dǎo)型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用，還可以有效改善傳統(tǒng)科學(xué)知識(shí)、規(guī)律單向灌輸?shù)谋锥耍箤W(xué)生能夠通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)材料的“應(yīng)用”與“變化”而產(chǎn)生各種各樣的質(zhì)疑，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生的深層次思考。學(xué)生自主展開(kāi)科學(xué)分析與探究，這對(duì)改善學(xué)生科學(xué)思維、促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展具有重要的意義［3］。

如，在“證實(shí)空氣的存在”實(shí)驗(yàn)中，教師就可以讓學(xué)生拿出自己準(zhǔn)備好的氣球（或塑料袋）、皮套（或棉線(xiàn)）、針（或碳素筆）等，并為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)自主探究的情境：“同學(xué)們，我們?nèi)绾卫檬诸^的材料去證明或驗(yàn)證空氣的存在呢？說(shuō)出你們的想法或是驗(yàn)證方案。”此時(shí)，學(xué)生的科學(xué)思維、想象力瞬間被釋放，其思考的范圍也被“縮小”至手頭的既有實(shí)驗(yàn)材料上，這也進(jìn)一步將問(wèn)題簡(jiǎn)單化，避免給學(xué)生造成較多的困惑。于是，一些學(xué)生想到了將氣球或是塑料袋吹大（不能吹得太滿(mǎn)）、用棉線(xiàn)封好，再用針或碳素筆尖把氣球或塑料袋扎破，并將其移至臉頰處，擠壓氣球或塑料袋。此時(shí)，臉頰處就會(huì)感覺(jué)到有氣流流出。當(dāng)學(xué)生親身驗(yàn)證完畢后，教師還可以借助一些問(wèn)題來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的鞏固與內(nèi)化：“我們周?chē)目諝獾男螒B(tài)是什么樣的？”“當(dāng)我們坐在火車(chē)上，一打開(kāi)窗時(shí)迎面就會(huì)有強(qiáng)烈的風(fēng)吹來(lái)，這是什么道理呢？”等等。此類(lèi)利用引導(dǎo)型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料與相關(guān)引導(dǎo)性的問(wèn)題結(jié)合，既可以引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的熱情與興趣，還可以促進(jìn)學(xué)生能夠利用手頭的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行個(gè)性化、自主化的科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究能力均具有良好的推動(dòng)作用。

（二）認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用策略

科學(xué)概念是學(xué)生高效認(rèn)識(shí)、學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)。小學(xué)科學(xué)教材中有很多概念，認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料則可以避免教師灌輸式、單向的口述式教學(xué)，并通過(guò)相關(guān)的認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料展示或是實(shí)踐操作來(lái)幫助學(xué)生更好地對(duì)相關(guān)的科學(xué)概念有一個(gè)更直觀(guān)、更清晰的認(rèn)知，對(duì)改善學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)情感、提升科學(xué)知識(shí)獲取能力、促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化、提升課堂教學(xué)質(zhì)量均具有重要現(xiàn)實(shí)意義［4］。

例如，在《認(rèn)識(shí)固體》教學(xué)時(shí)，學(xué)生往往對(duì)固體的概念理解較困難。因此，教師則可以為學(xué)生提供大量的認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料。例如，利用水與冰的對(duì)比，并借助相應(yīng)的問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生在對(duì)比過(guò)程中進(jìn)行深層次的思考與辨析：“同學(xué)們，大家對(duì)水和冰都十分熟悉，你們能說(shuō)出它們的特點(diǎn)嗎？”于是，學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)及既有生活常識(shí)，馬上就會(huì)得出相應(yīng)的答案：“水能流動(dòng)，冰不能。”“水能流動(dòng)，還是軟的；冰不能流動(dòng)，是固定的形狀。”此時(shí)，教師就可以繼續(xù)結(jié)合固體的概念，利用問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生自主探索固體的概念：“水是流動(dòng)的液體，冰是固體。那么，我們?nèi)绾稳^(qū)分液體與固體呢？”在學(xué)生進(jìn)行思考的過(guò)程中，教師就可以為學(xué)生提供更多的固體材料，如玻璃、石塊、木棒、鑰匙等等，使學(xué)生能夠?qū)⑦@些固體材料與“水”“冰”的差異進(jìn)行對(duì)比性分析，最終，促使學(xué)生能夠?qū)腆w的概念、特點(diǎn)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。隨后，教師再正式引入固體的概念，這也有利于學(xué)生對(duì)固體概念的理解與內(nèi)化。為了改善、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維以及思維嚴(yán)謹(jǐn)性，教師就可以利用“黃沙”材料，為學(xué)生演示“流動(dòng)的固體”，使學(xué)生能夠理解：“有一些固體也可以‘流動(dòng)’。”這對(duì)幫助學(xué)生逐步形成良好的科學(xué)思維、發(fā)散思維均具有積極的作用。由此可見(jiàn)，認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在概念及一些科學(xué)現(xiàn)象教學(xué)中的應(yīng)用，可以改善學(xué)生學(xué)習(xí)方式與思維方式，并從直觀(guān)的認(rèn)識(shí)中逐步提高自身對(duì)科學(xué)概念、科學(xué)現(xiàn)象等的理解，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

（三）模擬型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用策略

模擬型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，一方面可以降低一些科學(xué)知識(shí)的抽象性；另一方面還可以提高學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解。另外，教師還可以組織學(xué)生對(duì)模擬型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料開(kāi)展自主操作或是實(shí)踐應(yīng)用，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)踐能力、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)能力等也具有重要的促進(jìn)作用。

例如，在《沉浮與什么因素有關(guān)》教學(xué)時(shí)，教師可以為學(xué)生提供一些相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停绮煌笮〉乃芰闲〈Ｐ秃徒饘傩〈Ｐ汀撍Ｐ汀⒋笏邸㈨来a、清水等。教師可以利用這些結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料為學(xué)生模擬小船航行。學(xué)生在對(duì)各種小船模型進(jìn)行實(shí)踐觀(guān)察之后，就能夠初步了解沉浮的基本關(guān)系。隨后，教師還可以組織學(xué)生往不同大小的小船上逐步添加不同質(zhì)量的砝碼，讓學(xué)生能夠初步了解小船的沉浮與小船的重量、體積存在著密切的相關(guān)性。當(dāng)學(xué)生完成了對(duì)小船沉浮與重量、體積相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)之后，教師就可以再組織學(xué)生自主利用潛水艇模型及相關(guān)結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料（學(xué)生還可以根據(jù)自己實(shí)驗(yàn)的需求自行添加一些材料）進(jìn)行相應(yīng)的沉浮實(shí)驗(yàn)操作以及自主驗(yàn)證。模擬型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的使用，既可以彌補(bǔ)既往課堂教學(xué)中學(xué)生無(wú)法真實(shí)參與、體驗(yàn)各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)的不足，又可以利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)材料以更直觀(guān)的方式將各種科學(xué)知識(shí)、科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果呈現(xiàn)給學(xué)生，可以有效化解科學(xué)知識(shí)中的難點(diǎn)問(wèn)題，還能為促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（四）探究型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用策略

探究型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，一方面可以培養(yǎng)、激發(fā)學(xué)生自主開(kāi)展各種科學(xué)知識(shí)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的情感；另一方面還可以促使學(xué)生在科學(xué)知識(shí)、現(xiàn)象、規(guī)律等的探究活動(dòng)中逐步形成良好的科學(xué)思維、科學(xué)精神以及實(shí)踐應(yīng)用能力［5］。

例如，在《導(dǎo)體與絕緣體》教學(xué)時(shí)，教師可以為學(xué)生提供相應(yīng)的探究型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料，如鐵絲、木頭、塑料尺、鋼尺、回形針等，讓學(xué)生自主分析、判斷哪些是導(dǎo)電物體，哪些是絕緣物體。當(dāng)學(xué)生可以結(jié)合科學(xué)知識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)輕易判斷出導(dǎo)電物體或絕緣物體時(shí)，學(xué)生的成就感、自豪感也會(huì)隨之產(chǎn)生。此時(shí)，教師再適時(shí)地為學(xué)生展示另一組探究型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料，潮濕的木頭、完全被絕緣膠帶包裹的鋼尺、帶塑料把的金屬螺絲刀，再讓學(xué)生進(jìn)行分析與判斷，哪些物體可以導(dǎo)電、哪些物體是絕緣的。學(xué)生在自主進(jìn)行實(shí)踐實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證的過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生“疑惑”：“為什么原來(lái)導(dǎo)電的物體不再導(dǎo)電了？”“為什么原來(lái)絕緣的物體導(dǎo)電了？”此時(shí)，教師再引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)知識(shí)進(jìn)行個(gè)性化的分析與猜測(cè)（即推理分析）。學(xué)生在親歷“知識(shí)——現(xiàn)象——分析——推理——驗(yàn)證”的科學(xué)知識(shí)生成過(guò)程中，使之能夠?qū)Ω嗟目茖W(xué)知識(shí)、現(xiàn)象以及科學(xué)探究產(chǎn)生濃厚的興趣，最終為促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)高效地形成與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（五）拓展型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用策略

拓展型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用作用就是利用這些實(shí)驗(yàn)材料來(lái)拓展、豐富學(xué)生的科學(xué)知識(shí)體系、知識(shí)視野以及提高學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)、實(shí)踐驗(yàn)證的能力，最終為改善、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神、探究能力、科學(xué)思維、創(chuàng)新能力等提供保障。

例如，在進(jìn)行《熱脹冷縮》教學(xué)時(shí)，教師在學(xué)生全面認(rèn)識(shí)到熱脹冷縮現(xiàn)象之后，還可以將相關(guān)知識(shí)加以拓展性地引導(dǎo)——固體具有熱脹冷縮的性質(zhì)，同樣，氣體也能夠發(fā)生熱脹冷縮。同時(shí)，教師可為學(xué)生提供相應(yīng)的拓展型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料。例如，銅球、燒瓶、酒精燈、火柴、鵪鶉蛋（或其他物體），讓學(xué)生在不破壞鵪鶉蛋（或其他物體）、燒瓶的基礎(chǔ)上，將鵪鶉蛋（或其他物體）放入燒瓶之中。此時(shí)，一些聰明的學(xué)生往往會(huì)結(jié)合課堂學(xué)習(xí)到的“熱脹冷縮”知識(shí)進(jìn)行相應(yīng)的方法的推斷，于是一些學(xué)生想到先將燒瓶加熱，再將常溫下的鵪鶉蛋放在燒瓶口上，待燒瓶冷卻后，就可以將鵪鶉蛋（或其他物體）吸入燒瓶?jī)?nèi)。此類(lèi)拓展型結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用，既可以提高學(xué)生對(duì)“熱脹冷縮”知識(shí)的理解，又可以提高實(shí)踐應(yīng)用、創(chuàng)新應(yīng)用的能力，最終為強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)知識(shí)體系、促進(jìn)知識(shí)內(nèi)容以及科學(xué)素養(yǎng)的形成奠定基礎(chǔ)。

四、結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，既可以有效發(fā)揮其輔助教學(xué)的作用，還可以提高學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)、現(xiàn)象、概念等的理解程度。同時(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)及各種科學(xué)探究活動(dòng)的情感。因此，教師在應(yīng)用結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料開(kāi)展科學(xué)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，必須要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的類(lèi)型進(jìn)行針對(duì)性的應(yīng)用，進(jìn)而才能保障各類(lèi)結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的應(yīng)用效果，并為促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展提供保障。