提高分組實驗有效性

◇任 春（新疆：哈密市第六中學(xué)）

新課改實施以來，科學(xué)實驗教學(xué)朝著培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的方向發(fā)展，分組實驗是科學(xué)核心素養(yǎng)目標(biāo)下最主要的學(xué)習(xí)方式，也是小學(xué)課堂教學(xué)中最關(guān)鍵的探究形式，更是倡導(dǎo)的合作學(xué)習(xí)方式中最常見的一種，提高小學(xué)科學(xué)分組實驗的有效性是十分有必要的。

一、分組實驗出現(xiàn)的問題

學(xué)生方面。分組實驗的課堂紀(jì)律往往都不樂觀，甚至出現(xiàn)失控的狀態(tài)。原因是學(xué)生對實驗材料很感興趣，小組合作形式比較隨意，出現(xiàn)你爭我搶亂哄哄的現(xiàn)象。分組實驗結(jié)束后，進(jìn)行小組成員匯報結(jié)果時常會不盡如人意，尤其是中高年段學(xué)生不敢說，不愿說。原因是小組展開活動時分工不明確，有些學(xué)生把自己當(dāng)成旁觀者，因為他們組中有“活躍分子”會答出教師的問題。還有的學(xué)生上課表現(xiàn)乖乖的、不爭不搶，教師讓干嗎就干嗎，僅是盲目地跟隨教師，程序化地完成實驗而已。

教師方面。有的教師受傳統(tǒng)教育思想的影響，重理論輕實驗，將分組實驗變成演示實驗，在講臺前匆匆演示式地講一遍就完成實驗了，更有甚者，把實驗內(nèi)容按照書中圖片簡單陳述后就得到了實驗結(jié)果，讓學(xué)生把實驗結(jié)果記錄在本子上反復(fù)背誦。學(xué)生在背誦過程中花費大量的精力和時間，不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。有的教師在實驗前沒有對實驗材料和實驗環(huán)節(jié)進(jìn)行仔細(xì)琢磨，課堂效率低下。還有的教師對學(xué)生的前概念沒有深入把握，自認(rèn)為實驗簡單，沒有進(jìn)行“下水”實驗，造成實驗效果不理想。

二、分組實驗前要做充分準(zhǔn)備

（一）實驗材料的準(zhǔn)備

學(xué)生自備實驗材料，要提前不止一次地強(qiáng)調(diào)，同時要明確即使是學(xué)生自己的物品也要統(tǒng)一聽從教師安排，方可提高實驗的完成率。例如：在《聲音是怎樣產(chǎn)生的》一課中需要的實驗材料包括：橡皮筋、鋼尺、音叉、小鼓、幾個豆子等。橡皮筋、鋼尺、豆子等材料，既貼近生活又?jǐn)y帶方便，也是學(xué)生很熟悉的實驗材料，可以讓學(xué)生感受到科學(xué)實驗與生活的緊密聯(lián)系，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。尤其是發(fā)現(xiàn)身邊材料也能進(jìn)行實驗探究時，學(xué)生會更加期待教師的講解，充滿求知欲望。如果沒有提醒學(xué)生提前準(zhǔn)備實驗材料，可能會造成課堂上部分學(xué)生因為未帶實驗材料而無所事事，成為旁觀者、局外人。

教師準(zhǔn)備實驗材料要在熟知實驗器材使用的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體學(xué)情進(jìn)行改進(jìn)、完善。例如：在新科教版科學(xué)四年級上冊第三單元第三課《用橡皮筋驅(qū)動小車》中，此實驗的操作步驟不算太難，難在材料的準(zhǔn)備。對比教材圖片中給出的小車和實驗室配比的小車，實驗室中沒有一輛小車是符合要求的，所以筆者在生活中找到了四驅(qū)車，這也是很多學(xué)生在車模中比較愛玩的小車。然而發(fā)現(xiàn)四驅(qū)車上綁的橡皮筋比一般的橡皮筋要粗長，是比較少見的，對于學(xué)生來說，四驅(qū)車比較貴，經(jīng)濟(jì)條件不允許。進(jìn)行相關(guān)查閱后，教師決定利用雪糕棍、水瓶蓋子、電池等小物品自制符合條件的橡皮筋小車。即使實驗設(shè)計多么好，缺少實驗材料都是紙上談兵，所以自制、改進(jìn)教具十分重要。

（二）充分掌握學(xué)情

科學(xué)前概念在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中扮演著重要的角色，因為來自不同環(huán)境、不同性格、不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生，都要在前概念基礎(chǔ)上獲得新知。有效提高分組實驗的效率勢必掌握學(xué)生的前概念和已有的實驗操作技能。對于模糊的概念需要引導(dǎo)，對于錯誤的內(nèi)容需要糾正，對于正確知識可以加強(qiáng)應(yīng)用；對于已經(jīng)掌握的實驗技能可以放手操作，對于不太扎實的實驗技能需要進(jìn)一步培養(yǎng)，對于不具備的實驗技能要重點強(qiáng)調(diào)。例如:在教科版五年級上冊第三單元第五課《擺的快慢》中，教師需要充分了解學(xué)生的科學(xué)前概念。因為在上一課《機(jī)械擺鐘》中，學(xué)生已經(jīng)親自測量了擺的次數(shù)，發(fā)現(xiàn)不同的擺在一分鐘內(nèi)擺動的次數(shù)不一樣的，并且心中已經(jīng)產(chǎn)生疑問：為什么有的擺快、有的擺慢？所以要借此契機(jī)調(diào)動學(xué)生的好奇心，并用實驗驗證他們的猜測。筆者在授課時發(fā)現(xiàn)，要充分調(diào)動學(xué)生的原有認(rèn)知“同一個擺在相同時間內(nèi)的擺動次數(shù)是相同的”，開展“頭腦風(fēng)暴”，通過討論與辯論，學(xué)生達(dá)成共識：擺的快慢與擺幅的大小關(guān)系不大。就排除了此因素，重點就剩下兩個因素理論。也有部分學(xué)生從自制的擺中發(fā)現(xiàn)：擺線越短，擺得越快；擺線越長，擺得越慢。所以學(xué)生最大的爭議是，擺錘的輕重到底對擺的快慢有沒有影響？這才是最需要突破的難點，教師對于分組實驗的設(shè)計和指導(dǎo)就有了方向性、目標(biāo)性、掌控性。

（三）對學(xué)生進(jìn)行合理分組

小學(xué)低年段主要采用同桌合作模式，中高年段大多采用四人合作模式。可以“1234”的順序輪流依照序號當(dāng)流動小組長，并分別領(lǐng)取實驗材料、發(fā)放實驗材料、收集實驗材料，讓每個學(xué)生都參與其中。而組長在分組實驗中起到重要的作用，影響著實驗的質(zhì)量。因此，教師應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)組長的組織能力、責(zé)任意識、集體榮譽(yù)感等。

三、分組實驗過程要不斷優(yōu)化

（一）注重發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

科學(xué)實驗探究最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，使他們像科學(xué)家一樣思考問題，像工程師一樣解決問題。但是科學(xué)思維卻是無法直接看到的，比較抽象、泛化，所以在進(jìn)行小學(xué)分組實驗過程中，要盡可能地將發(fā)生在學(xué)生腦海中的思維具體化、形象化、可視化。據(jù)此，可以利用圖表、表格、簡單的文字等多種方式，將學(xué)生大腦中發(fā)生的思維進(jìn)行過程性記錄。例如：在教科版四年級上冊《聲音是怎樣產(chǎn)生的》一課中，需要學(xué)生通過比較多種物體的發(fā)聲和不發(fā)聲的狀態(tài)，從而驗證物體振動時會發(fā)出聲音。看起來分組實驗，課堂上熱熱鬧鬧，學(xué)生都在動手操作，似乎真正理解了聲音是由物體的振動產(chǎn)生的。其實如果在課堂上沒有及時進(jìn)行實驗記錄，學(xué)生只是掌握了淺層次的知識而已。因為科學(xué)詞匯“振動”，大部分學(xué)生并不知道其內(nèi)在的含義：當(dāng)物體在力的作用下，不停地往返運動，這個物體就是一個振動的物體。所以在進(jìn)行分組實驗過程中，一定要學(xué)生將觀察到的發(fā)聲物體的現(xiàn)象，用簡單的圖示或文字記錄下來，可以用學(xué)生能理解的符號進(jìn)行標(biāo)注，而我們把類似于這種來回往返的運動稱之為“振動”。所以，要不斷優(yōu)化每一個實驗細(xì)節(jié)，關(guān)注學(xué)生在課堂上的真實反應(yīng)。

（二）注重實驗改進(jìn)與創(chuàng)新

在實際教學(xué)中，教師應(yīng)注重實驗設(shè)計與創(chuàng)新，不斷完善實驗方案，增加準(zhǔn)確性、邏輯性和科學(xué)性。例如：“空氣占據(jù)空間嗎”實驗出自教科版科學(xué)三年級上冊，在實際操作過程中發(fā)現(xiàn)一些不足之處。教材實驗通過“壓杯入水”讓學(xué)生認(rèn)識到紙團(tuán)不濕是因為空氣占據(jù)了杯內(nèi)的空間；“打孔觀察”實驗中紙團(tuán)完全浸濕了，是因為水進(jìn)入了杯子，水填補(bǔ)了原本被空氣占據(jù)的空間；“打氣觀察”實驗是利用打氣筒把空氣注入杯中，發(fā)現(xiàn)之前被水占據(jù)的空間會被空氣占據(jù)。存在的問題主要有以下三個方面：“壓杯入水”進(jìn)行前，要在杯底粘上紙團(tuán)。如果粘不牢，紙容易掉落水中；如果粘太牢，后續(xù)實驗中又不容易取紙進(jìn)行觀察。實驗后取紙觀察，紙未濕，但由于杯子進(jìn)入水中，杯內(nèi)壁沾有水，從瓶底內(nèi)取出紙的過程很容易碰到杯內(nèi)壁造成紙濕，影響實驗的觀測結(jié)果，造成視覺混淆。“打孔觀察”前，需在杯底扎一個小孔，再把杯子壓入水中，學(xué)生周圍缺乏尖利物品，不易找到把杯底扎破的物品，學(xué)生動手處理打孔的大小也不好控制。

記錄水面高度在“打氣觀察”過程中，要將打氣筒連著球針，把球針的進(jìn)氣口對準(zhǔn)打氣筒的出氣口，針孔之間要對準(zhǔn)，用打氣筒固定好球針，再把球針插入杯底的洞中打氣。對于三年級的學(xué)生來說，實際操作有難度。另外，整個實驗裝置的密閉性無法控制，在打氣的同時也在漏氣，造成水面的高度持續(xù)不定，無法準(zhǔn)確地畫下高度。

筆者針對上述問題，在實際教學(xué)中進(jìn)行了實驗改進(jìn)，效果顯著。“壓杯入水”用剪了底的塑料瓶子代替原實驗中的塑料杯，取材容易，方便觀察。免去了拿膠粘紙、放紙的步驟，直接擰開塑料瓶蓋子將紙放在洞口處，取出紙巾檢查是否濕時，可以直接擰開塑料瓶蓋子，避免了紙從杯底取出碰到杯壁水珠的情況，現(xiàn)象明顯。免去了“打孔”的過程，第二次壓杯入水時，可以直接去掉瓶蓋子，不僅降低了實驗難度，而且過程安全快捷。實驗裝置改進(jìn)實物圖見圖1。+

圖1 實驗裝置改進(jìn)實物圖

“打氣觀察”過程選擇一次性輸液器的部分結(jié)構(gòu)代替球針，用輸液器中的流量調(diào)節(jié)器控制整個實驗裝置的空氣的進(jìn)與出，學(xué)生對流量調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)比較熟悉，打完氣時立刻關(guān)閉，使整個裝置處于密閉的狀態(tài)，方便記錄此時的水面高度。學(xué)生操作簡單，用真實的數(shù)據(jù)揭示背后的原理，具有說服力。（如圖2）

圖2 記錄水面高度

改進(jìn)后的實驗材料造價低廉，是生活中常見的物品，本著廢物再利用的原則可以被推廣使用，能增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識。整個裝置安全方便，具有較強(qiáng)的趣味性和觀賞性，各個環(huán)節(jié)流暢、現(xiàn)象明顯，符合三年級學(xué)生的求知心理，也能提高合作探究能力。有層次的實驗設(shè)計使學(xué)生的思考循序漸進(jìn)，實驗探究一環(huán)套一環(huán)，理論的得出深入淺出。學(xué)生能自主發(fā)現(xiàn)三個不同實驗后，空氣和水位發(fā)生了變化，并分析思考、用數(shù)據(jù)推理解釋背后的原因，充分演繹了類似科學(xué)家經(jīng)歷的實驗探究過程，利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（三）注重實驗材料的出場順序

第一種情況直接放在實驗的桌面上。對于一些常見的物品學(xué)生沒有好奇心，可以直接放在桌面上。比如鐵架臺、水槽等。第二種情況是放在實驗抽屜里，不直接觀察，但是方便學(xué)生取出。既是為了減少拿實驗材料的時間，也能保證學(xué)生的注意力，不被材料的好奇心所分散。例如：在《食物在口腔里的變化》一課中，學(xué)生在課前準(zhǔn)備了饅頭、面包、餅干等食物，興趣盎然，表現(xiàn)得十分活躍。所以在教師上課之前要講清楚要求，雖然是學(xué)生自己帶來的食物，但在科學(xué)課堂中都是實驗的材料，需要統(tǒng)一放在抽屜中，如果未經(jīng)允許拿出將會被沒收，不予歸還。第三種情況是關(guān)鍵性的材料不宜放到能看到的地方，要藏在不透明的盒子或袋子里，否則過早接觸實驗材料會影響實驗最終的成效。比如：學(xué)生對于白糖很感興趣，在課堂上經(jīng)常有偷吃的情況。經(jīng)常可以看到低年段的小學(xué)生在實驗前對實驗材料充滿好奇心而影響實驗的進(jìn)行，根本沒有心思聽教師講解，也不明白實驗為什么要這樣做，最后與課堂效果背道而行。

綜上所述，分組實驗可以逐步培養(yǎng)學(xué)生解決問題和分析問題的能力、收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力。為了上好一節(jié)科學(xué)分組實驗課，教師需要在實驗活動前以啟迪學(xué)生科學(xué)思維為基準(zhǔn)，做好充分準(zhǔn)備，有效掌握學(xué)情；以激發(fā)學(xué)生興趣為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生合理分組，精心設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)；以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)，不斷優(yōu)化實驗過程，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。