小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)說課探究

【摘要】本文基于小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)在學(xué)科科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)中的重要性，以《風(fēng)的成因》一課為例，著重從厘清實驗內(nèi)容、創(chuàng)新設(shè)計實驗教具并精心設(shè)計實驗方法、基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求設(shè)計實驗教學(xué)過程三個方面，探討小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)說課的策略和方法。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué) 實驗教學(xué) 教具改進(jìn) 說課

【中圖分類號】G62 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）01-0068-04

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《2022年版科學(xué)課標(biāo)》）明確指出：科學(xué)是人類在研究自然現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的基礎(chǔ)上形成的知識系統(tǒng)，以及獲得這些知識系統(tǒng)的認(rèn)識過程和在此過程中所利用的方法。義務(wù)教育科學(xué)課程是一門體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，具有實踐性，需要“面向全體學(xué)生，立足素養(yǎng)發(fā)展”“聚焦核心概念，精選課程內(nèi)容”“科學(xué)安排進(jìn)階，形成有序結(jié)構(gòu)”“激發(fā)學(xué)習(xí)動機，加強探究實踐”“重視綜合評價，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展”。科學(xué)課程要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)，主要指學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課程的過程中，逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，是科學(xué)課程育人價值的集中體現(xiàn)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實踐、態(tài)度責(zé)任等方面。小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)作為小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)的重要組成部分，是落實學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求、提高學(xué)生科學(xué)探究能力的重要內(nèi)容。為了推動中小學(xué)實驗教學(xué)的廣泛開展，2013年起，教育部組織發(fā)起了全國中小學(xué)實驗教學(xué)說課活動，引導(dǎo)教師基于對教材和學(xué)情的分析，遵循本學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)所提出的基本課程理念，從實驗內(nèi)容設(shè)計、實驗方法設(shè)計、實驗教學(xué)過程等方面展開系統(tǒng)的理論和實踐研究，不斷提高實驗教學(xué)的水平。下面筆者以教科版科學(xué)三年級上冊第二單元第7課《風(fēng)的成因》為例，探討小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)說課的策略和方法。

一、厘清實驗內(nèi)容及其學(xué)科本質(zhì)是實驗教學(xué)說課的前提和基礎(chǔ)

義務(wù)教育科學(xué)課程共設(shè)置有13個學(xué)科核心概念，是所有學(xué)生必須掌握的科學(xué)課核心內(nèi)容。實驗教學(xué)作為課堂教學(xué)的重要組成部分，其實驗內(nèi)容設(shè)計必須按照《2022年版科學(xué)課標(biāo)》的要求，“聚焦學(xué)科核心概念，精選與每個核心概念相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，設(shè)計相應(yīng)的系列學(xué)習(xí)活動，做到適合年齡特征、突出重點、明確要求，確保學(xué)生有充足的時間探究、實踐與思考”。

《風(fēng)的成因》一課從屬于“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”核心概念。之前的學(xué)習(xí)，圍繞“物質(zhì)的性質(zhì)”展開，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了如下內(nèi)容：空氣是一種重要的物質(zhì)，是一種無色、無味的氣體；空氣有一定質(zhì)量并占有一定的空間，會充滿各處；空氣具有受熱上升的現(xiàn)象。本課學(xué)習(xí)，依然圍繞“物質(zhì)的性質(zhì)”展開，透過“風(fēng)的成因”，讓學(xué)生了解風(fēng)的本質(zhì)其實就是空氣流動的過程，冷空氣向熱空氣方向流動形成風(fēng)；其背后的科學(xué)原理是熱空氣上升，引發(fā)冷空氣向熱空氣方向的流動。

基于以上學(xué)習(xí)內(nèi)容，實驗內(nèi)容設(shè)計需要提供冷、熱兩種空氣材料，讓學(xué)生通過實驗探究見證空氣因冷熱差異而自然流動的現(xiàn)實。核心素養(yǎng)導(dǎo)向的實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，需要關(guān)注學(xué)生在實驗探究過程中相關(guān)科學(xué)觀念的獲得，科學(xué)思維和探究實踐核心素養(yǎng)的發(fā)展，以及科學(xué)態(tài)度、社會責(zé)任的形成。

二、實驗方法設(shè)計是實驗教學(xué)說課的關(guān)鍵和亮點

實驗方法設(shè)計是實驗教學(xué)的關(guān)鍵，也是實驗教學(xué)說課的重要內(nèi)容。實驗方法設(shè)計包括實驗材料準(zhǔn)備、實驗教具創(chuàng)新、實驗方法創(chuàng)新等內(nèi)容，其中實驗教具是否有新意、實驗操作是否安全、實驗現(xiàn)象是否明顯、實驗結(jié)果能否得出理想的科學(xué)結(jié)論等，是實驗教學(xué)說課的亮點所在。

教材是重要的課程資源，立足教材展開實驗教學(xué)是常規(guī)的做法。然而，教材中所提供的實驗方法未必是最理想的實驗方法。小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)，要求教師必須秉持科學(xué)態(tài)度，謹(jǐn)慎選擇科學(xué)實驗的材料、設(shè)計科學(xué)實驗的方法。針對《風(fēng)的成因》一課，筆者在設(shè)計實驗方法之前，對教材所提供的實驗方法及之前的實驗教學(xué)情況進(jìn)行了調(diào)查（2020年秋季學(xué)期，筆者任教5個教學(xué)班，有50個學(xué)生實驗小組參與了本次實驗教學(xué)的調(diào)查），其過程與結(jié)果如下。

（一）按照教材提供的實驗方法進(jìn)行實驗教學(xué)的情況分析

教材提供了一個讓學(xué)生在課堂中做風(fēng)的模擬實驗的探究活動方案（如圖1），要求教師給每個學(xué)習(xí)小組各準(zhǔn)備蠟燭盒1個、透明塑料膜1張、紙盒1個、蚊香1段、雙面膠1卷、紙條一束，在紙盒的兩側(cè)各打一個圓洞，點燃蠟燭放進(jìn)紙盒中，用透明塑料膜封住紙盒，最后借助蚊香的煙霧和紙條的擺動情況觀察空氣的流動。

教師照著教材的安排指導(dǎo)學(xué)生展開分組實驗，發(fā)現(xiàn)了不少問題：首先，學(xué)生在手持點燃的蚊香時容易發(fā)生手部抖動，一不小心便碰到了本組同學(xué)，造成同學(xué)不同程度的燙傷，存在一定的安全隱患。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，5個教學(xué)班的實驗教學(xué)中，有6個學(xué)習(xí)小組的手持蚊香組員因手部抖動碰到了書本或他人而被投訴。其次，實驗紙盒僅有一個面便于觀察煙霧的運動軌跡，坐在對面的同學(xué)則觀察不到煙霧的運動，因此，該實驗設(shè)計不利于小組合作。再次，采用蠟燭做熱源，一來不易放取，二來火苗容易點燃紙盒，存在安全隱患。5個教學(xué)班的實驗教學(xué)中，有3個學(xué)習(xí)小組因為取放蠟燭時蠟燭傾斜燒著了紙盒，導(dǎo)致課堂秩序混亂。最后，也是最關(guān)鍵的，該實驗用出風(fēng)口處紙條的擺動來判斷風(fēng)的形成，因紙條較硬、風(fēng)力太小，導(dǎo)致擺動現(xiàn)象不明顯；而手拿紙條的實驗設(shè)計，因為客觀上存在手抖的情況，也不易分辨出紙條的擺動究竟是風(fēng)的原因還是手抖的原因，從而干擾了學(xué)生對實驗現(xiàn)象的觀察，而這一步是觀察風(fēng)的形成的關(guān)鍵。也就是說，哪怕排除萬難實驗得以順利進(jìn)行，但“紙條擺動”的理想效果依然很難實現(xiàn)：調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有29個實驗小組（超過半數(shù)）無法通過紙條的擺動觀察到風(fēng)的形成。

（二）聚焦實驗教學(xué)中容易出現(xiàn)的問題，創(chuàng)新實驗教具，在課堂實踐中檢驗并完善實驗教具和方法

為了讓學(xué)生更直觀地觀察到風(fēng)的形成過程，有效克服以上實驗教學(xué)中的問題，筆者緊跟科技發(fā)展的步伐，通過從常見生活物品中尋找替代材料，對實驗教具進(jìn)行了改進(jìn)。為了解決學(xué)生手持蚊香不穩(wěn)定，容易碰到他人或引燃物品等問題，筆者采用三角錐形小艾炷替代了蚊香——艾炷穩(wěn)定放置，不僅解放了學(xué)生的雙手，而且觀察煙霧效果比蚊香更明顯。此外，相比于蚊香，艾炷不僅不會產(chǎn)生對人體有害的氣體，而且艾炷的煙霧有利于學(xué)生身體健康。為了解決實驗紙盒僅有一個面能夠觀察到煙霧運動軌跡的問題，筆者采用亞克力透明板材做實驗盒，方便學(xué)生在各個角度觀察，且亞克力板材比紙盒更耐高溫，一定程度上消除了紙盒易燃的安全隱患。為了解決蠟燭明火做熱源容易燒著盒子、引燃紙條等問題，筆者用一個電子熱源小型取暖器作為替代品——小型取暖器有安全罩、電源開關(guān)等保護(hù)措施，可以使實驗過程更安全。為了解決紙條較硬、擺動現(xiàn)象不明顯且易受手抖干擾的問題，筆者首先將出風(fēng)口稍稍聚攏以改善出風(fēng)效果，聯(lián)想到風(fēng)的產(chǎn)生會帶動小風(fēng)車轉(zhuǎn)動，于是在出風(fēng)口上安裝了一個探風(fēng)裝置——金屬小風(fēng)車，排除了手持紙條抖動的人為干擾。這樣一來，所有實驗器材不僅耐高溫，且實驗現(xiàn)象將更加明顯。

解決了以上問題，聯(lián)想到實驗內(nèi)容是讓學(xué)生理解冷空氣會向熱空氣方向流動并因為這種流動而形成了風(fēng)，其中的“冷”與“熱”需要實驗數(shù)據(jù)證實，于是筆者又在實驗裝置上加裝了一個雙顯溫度計，通過數(shù)字化實時呈現(xiàn)實驗盒內(nèi)外溫差，加上煙霧的運動軌跡，幫助學(xué)生科學(xué)直觀地感受風(fēng)的形成過程及成因。改進(jìn)后的實驗裝置如圖2所示。

運用以上實驗裝置改進(jìn)實驗教學(xué)過程，筆者在試教過程中發(fā)現(xiàn)了新的安全問題，那便是電子熱源小型取暖器因持續(xù)不斷地提供熱量，導(dǎo)致空間有限的實驗盒內(nèi)溫度不斷升高，達(dá)到一定溫度后實驗盒發(fā)燙嚴(yán)重，學(xué)生在實驗過程中如果不小心碰到實驗盒，很容易燙傷。為了解決這個問題，筆者在小型取暖器上安裝了一個控溫器——控溫器連接小型取暖器并將探頭伸向?qū)嶒灪袃?nèi)，可以實時監(jiān)測實驗盒內(nèi)溫度并有效控制住了實驗盒內(nèi)的最高溫：當(dāng)控溫器上的紐扣電池溫度計所測盒內(nèi)溫度達(dá)到所設(shè)定的最高溫時，電源會自動斷開；當(dāng)溫度低于所設(shè)定的最高溫時，電源又會重新連通。第二次改進(jìn)后的實驗裝置如圖3所示。

再次試教時發(fā)現(xiàn)，安全問題已有效解決，只是科學(xué)性上有待完善：首先，控溫器溫度用LED屏幕顯示，效果遠(yuǎn)優(yōu)于紐扣電池溫度計；其次，透過四面透明的實驗盒觀察煙霧運動的軌跡不夠清晰，遠(yuǎn)處同學(xué)觀察比較困難，不利于演示實驗時使用。于是，筆者再次改進(jìn)了實驗裝置：取消原室溫溫度計，將連通控溫器的實驗盒外溫度計改用LED屏，分別標(biāo)記實驗盒內(nèi)、外溫度，可以使實驗盒內(nèi)外溫差一目了然。對于煙霧運動軌跡不夠清晰的問題，筆者在實驗盒的一個面板上設(shè)計了深色背景板，使背景板的高度高于出風(fēng)口，便于觀察煙霧從冷空氣向熱空氣方向流動的完整過程，從而科學(xué)、直觀、清晰地呈現(xiàn)了風(fēng)的形成過程。第三次改進(jìn)后的實驗裝置如圖4所示。

教師在實驗方法設(shè)計說課過程中針對以上實驗裝置改進(jìn)，須突出講明新裝置創(chuàng)新的原因、過程及思想方法：一是三角錐形艾炷代替蚊香段，實驗更安全，且煙霧的釋放更穩(wěn)定；二是亞克力透明板材做實驗盒，有利于各個方位的學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，有助于小組合作，培養(yǎng)團隊意識；三是帶控溫器的電子熱源——小型取暖器代替蠟燭，可避免引燃其他物品，便于控制最高溫，減少了安全隱患；四是采用探風(fēng)裝置——小風(fēng)車的轉(zhuǎn)動代替紙條擺動判斷風(fēng)的形成與否，同時設(shè)計深色背景板便于觀察煙霧，可以更直觀、清晰地呈現(xiàn)風(fēng)的形成過程；五是安裝電子數(shù)顯控溫器與LED屏實驗盒外溫度計，數(shù)字化呈現(xiàn)實驗盒內(nèi)、外的溫度，可以科學(xué)、直觀地輔助展示空氣由冷的區(qū)域向熱的區(qū)域流動產(chǎn)生風(fēng)的完整過程。

三、實驗教學(xué)過程設(shè)計是實驗教學(xué)說課的核心

實驗教學(xué)說課相對于完整的教學(xué)說課而言，切入點較小，其說課內(nèi)容一般是整課教學(xué)內(nèi)容的局部。雖然它的重點在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，但教師陳述過程設(shè)計依然應(yīng)當(dāng)把它當(dāng)作一堂完整的課例進(jìn)行闡述。探索環(huán)節(jié)是實驗教學(xué)的重難點部分，也是實驗教學(xué)說課的核心部分，還是檢驗實驗教具是否有效改進(jìn)的試金石。

以《風(fēng)的成因》實驗教學(xué)說課為例，教師陳述該課教學(xué)過程設(shè)計，亦應(yīng)始于情境創(chuàng)設(shè)：先是讓學(xué)生在生活中感受風(fēng)，并由此提出“如何制造風(fēng)？風(fēng)是怎樣形成的？”等科學(xué)問題，聚焦本課核心學(xué)習(xí)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。然后讓學(xué)生帶著各種猜想進(jìn)入實驗探索環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷從提出問題、引發(fā)猜想，到提出假設(shè)、完善實驗方案，再到進(jìn)行實驗探索、獲取證據(jù)、得出科學(xué)結(jié)論的猜想、實驗、研討的完整過程。通常情況下，學(xué)生的探索環(huán)節(jié)以小組為單位分工合作展開：首先鼓勵學(xué)生進(jìn)行思維碰撞，大膽猜想風(fēng)的成因；再引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位嘗試設(shè)計實驗方案，閱讀課本并參考課本的實驗方法展開實驗探究，關(guān)注實驗注意事項；最后運用改進(jìn)后的實驗裝置重新實驗，關(guān)注改進(jìn)裝置中的關(guān)鍵物質(zhì)艾炷、蠟燭在實驗中所起到的關(guān)鍵作用，記錄下自己在實驗過程中的收獲或困惑。為了使學(xué)生學(xué)會關(guān)注實驗過程中的科學(xué)現(xiàn)象，教師可預(yù)先設(shè)計好如表1所示的“《風(fēng)的成因》實驗探究記錄表”，引導(dǎo)學(xué)生特別注意觀察實驗盒內(nèi)外的溫度、煙霧運動軌跡、風(fēng)車運動情況等，記錄下科學(xué)的實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，從中學(xué)會總結(jié)科學(xué)規(guī)律，培養(yǎng)團隊合作意識。如第6學(xué)習(xí)小組便據(jù)此記錄下了實驗盒外溫度為29.4度，實驗盒內(nèi)溫度分別在32、36、46度時的風(fēng)車運動由不動到慢慢轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)動加快的過程，以及煙霧運動由部分煙飄進(jìn)實驗盒、到很多煙飄進(jìn)實驗盒、到很多煙飄進(jìn)實驗盒并從出口飄出的完整實驗過程。

改進(jìn)后的整個實驗過程，實驗現(xiàn)象非常明顯：數(shù)字化呈現(xiàn)了實驗盒內(nèi)外的溫度，輕松引出冷空氣、熱空氣等關(guān)鍵詞；煙霧飄動方向明顯；小風(fēng)車轉(zhuǎn)動現(xiàn)象直觀。由實驗現(xiàn)象觀察、記錄，到引導(dǎo)學(xué)生圍繞現(xiàn)象的產(chǎn)生展開科學(xué)研討，教師通過層層追問，如“探風(fēng)裝置——小風(fēng)車為什么會轉(zhuǎn)動？”“模擬實驗中的風(fēng)是怎樣形成的？”等，使學(xué)生可以輕松得出冷空氣會向熱空氣方向流動便形成了風(fēng)這一科學(xué)結(jié)論，從而順利突破了本課的學(xué)習(xí)難點。基于剛剛習(xí)得的科學(xué)規(guī)律，教師再次設(shè)問：“大自然的風(fēng)是怎樣形成的？”以此引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)科學(xué)知識運用于提升生活認(rèn)知。學(xué)生通過舉出生活中類似的例子，逐漸意識到科學(xué)與技術(shù)對人類社會的影響，從而培養(yǎng)了學(xué)生愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的科學(xué)情懷。

總之，實驗教學(xué)說課根植于實驗教學(xué)課堂，是教學(xué)研究與教學(xué)交流的有效形式，是教師在實驗課程備課中理性思考和實踐探索的產(chǎn)物。實驗教學(xué)說課能較好地解決實驗教學(xué)理論與實踐研究脫節(jié)的問題，可大大提高實驗課堂教學(xué)的有效性。（注：本文所用案例曾獲自治區(qū)中小學(xué)實驗教學(xué)說課比賽一等獎第一名，其中的創(chuàng)新教具——“風(fēng)的形成模擬裝置”已申請國家專利。）

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注：本文系南寧市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度B類（自籌經(jīng)費重點）課題“小學(xué)科學(xué)實驗器材改進(jìn)與創(chuàng)新的實踐研究”（2021B068）的階段研究成果。

作者簡介：林湲（1991— ），福建龍巖人，本科，二級教師，研究方向為小學(xué)科學(xué)教學(xué)。

（責(zé)編 白聰敏）