小學(xué)科學(xué)想象實驗的教學(xué)嘗試

蓋玲　王興林

摘要：小學(xué)科學(xué)想象實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和想象能力，為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成奠定基礎(chǔ)。學(xué)生的科學(xué)想象實驗包括實驗前對實驗過程、實驗現(xiàn)象的推演和實驗后對所獲得科學(xué)概念的遷移、推想與應(yīng)用。小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師可以通過推演實驗過程、推測實驗現(xiàn)象、推想變化規(guī)律 、類比本質(zhì)特征等方式，促進小學(xué)科學(xué)想象實驗有效實施。

關(guān)鍵詞：小學(xué)科學(xué)；想象實驗；教學(xué)嘗試

科學(xué)想象實驗是指教師在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，運用已有的科學(xué)知識、科學(xué)規(guī)律、實驗經(jīng)驗和思維方式，引導(dǎo)學(xué)生合理地進行頭腦中的科學(xué)想象、推測和遷移，從而完成新的實驗過程和結(jié)果的實驗。科學(xué)想象實驗是學(xué)生實驗中的重要環(huán)節(jié)，是動手實驗的有益補充和拓展，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。教學(xué)中，教師要充分指導(dǎo)學(xué)生利用原有認知經(jīng)驗、已獲得的實驗現(xiàn)象、科學(xué)規(guī)律等，創(chuàng)設(shè)實驗情境，通過推測、推想、類比、遷移等方法，在頭腦中進行想象實驗，逐漸修正、完善和優(yōu)化原有的實驗情境，獲得新的實驗情境。在實驗的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生對科學(xué)概念、科學(xué)規(guī)律進行遷移運用，深化對原有科學(xué)概念的理解，不斷完善實驗結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)探究能力和想象能力，提升解決問題的能力。

一、小學(xué)科學(xué)想象實驗的實施方式

從小學(xué)科學(xué)想象實驗的實施階段來看，其主要包括實驗前和實驗后兩種。實驗前的科學(xué)想象實驗，主要是指學(xué)生將具體的實驗過程在頭腦中推演出來，再進行動手操作；實驗后的科學(xué)想象實驗，主要是指學(xué)生能夠根據(jù)基礎(chǔ)實驗所獲得的實驗現(xiàn)象、科學(xué)概念進行的遷移、類比和運用等。科學(xué)想象實驗有利于學(xué)生深刻理解科學(xué)概念、遷移應(yīng)用科學(xué)規(guī)律，并形成完整的知識體系。在教學(xué)中，教師可通過以下幾種方式促進小學(xué)科學(xué)想象實驗的有效實施。

（一）推演實驗過程

實驗過程推演是通過分析、推想實驗過程中可能出現(xiàn)的事件、現(xiàn)象進行推斷的一種科學(xué)方法。此方法一般用于對復(fù)雜的研究或?qū)ξ粗茖W(xué)領(lǐng)域的探索。實驗過程推演的基本思路是：在實驗過程中對可能發(fā)生的事件和現(xiàn)象進行推測，并通過觀察和分析實驗結(jié)果，進而對這些推斷是否正確進行實驗驗證。這種方法能幫助學(xué)生更好地認識自然現(xiàn)象，對今后新的發(fā)現(xiàn)具有指導(dǎo)作用。學(xué)生實驗前的推演對他們進行實驗操作具有一定的幫助，主要包括以下四方面。

一是預(yù)測結(jié)果。通過推演實驗過程，對實驗結(jié)果進行預(yù)測，可使學(xué)生對實驗中可能出現(xiàn)的問題提前有所了解，減少實驗失敗的幾率。

二是優(yōu)化實驗設(shè)計。推演實驗過程可以幫助學(xué)生優(yōu)化實驗設(shè)計，確定最佳實驗條件，提高實驗效率和準確性。

三是節(jié)約時間和成本。通過推演實驗過程，在實驗前可以模擬多種情況，減少實驗的次數(shù)和時間，降低實驗成本。

四是提高實驗可重復(fù)性。推演實驗過程可以幫助學(xué)生確定實驗步驟和條件，提高實驗可重復(fù)性，保證實驗結(jié)果的準確性和可靠性。

例如，教科版科學(xué)教材五年級下冊“熱在金屬中的傳遞”這節(jié)課，教材上設(shè)計的是“在金屬條上涂上感溫油墨，如果在一端加熱，金屬條上的感溫油墨顏色會發(fā)生怎樣的變化？”“推想熱在金屬條中是怎樣傳遞的？”學(xué)生根據(jù)感溫油墨受熱會由紅變白的現(xiàn)象，在頭腦中進行推演，運用想象實驗的方法推想熱由溫度較高的部分傳到溫度較低的部分，然后再進行實驗操作。這樣，學(xué)生由觀察到的實驗現(xiàn)象推想熱傳導(dǎo)的過程，深刻理解了熱傳導(dǎo)的內(nèi)涵。可見，實驗過程推演可以讓學(xué)生不是直接動手操作，而是推演實驗的步驟、操作過程，了解設(shè)計實驗方案后預(yù)期得到的實驗現(xiàn)象等。經(jīng)過推演，學(xué)生熟悉了實驗的操作要領(lǐng)，理順了實驗的步驟和順序，提高了實驗效率。

（二）推測實驗現(xiàn)象

學(xué)生的科學(xué)想象實驗，可以通過對實驗現(xiàn)象的推測來展開。教師要指導(dǎo)學(xué)生借助已獲得的、比較明顯的、直觀的實驗現(xiàn)象，在頭腦中進行合理的想象和推測，并完成相關(guān)實驗，這是易于實施的科學(xué)想象實驗形式。雖然以想象的形式進行推測、推想和說明，但是實驗的方法和過程是科學(xué)的，有充分依據(jù)的。在科學(xué)教學(xué)中，由于考慮到學(xué)生操作時的安全，有些實驗不能讓學(xué)生親自動手操作，教師可引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已做過的實驗或已知的實驗現(xiàn)象，利用科學(xué)想象實驗，在頭腦中進行想象操作，從而推出未做實驗的成果，這樣學(xué)生對完整的科學(xué)概念會理解得更加深刻。

例如，在研究“食鹽溶解快慢與水的溫度有關(guān)嗎”時，教師指導(dǎo)學(xué)生取 30 毫升熱水（60 ℃）和冷水（0 ℃）各一杯，另取相同質(zhì)量的兩份食鹽同時放入兩杯不同的水中。當(dāng)學(xué)生對實驗進行觀察并記錄后會發(fā)現(xiàn)，熱水使食鹽溶解得更快。此次對比實驗，在沒有讓學(xué)生操作、避免傷害的情況下，選用了溫度較高的 60 ℃熱水。這時，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已經(jīng)得出的實驗結(jié)論進行想象實驗：如果水的溫度再高一些，溶解的速度會更快嗎？學(xué)生通過想象，很容易得出這樣的結(jié)論：溫度越高的水，溶解食鹽的速度就越快。

（三）推想變化規(guī)律

推想是學(xué)生根據(jù)所獲得的信息進行推測和想象，以求得到事物內(nèi)在的變化規(guī)律，形成完整的科學(xué)概念。小學(xué)生主要是通過觀察和實驗來獲得事物的特征和外部形態(tài)的變化。這些特征和變化通常都是散亂的，沒有建立聯(lián)系。所以，教師要創(chuàng)造條件，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已知事物的變化過程，借助頭腦中的想象實驗，將其加以聯(lián)系，并對變化規(guī)律進行分析、比較、推想，使學(xué)生的思路不斷擴大。

例如，教學(xué)教科版科學(xué)教材四年級下冊“油菜花開了”一課時，教師循序漸進地引導(dǎo)學(xué)生認識花與果實之間的關(guān)系，使學(xué)生對花發(fā)展成果實的整個過程有一個很好的認識。在學(xué)生對油菜上的花從花蕾到盛開再到凋零的全過程進行詳細觀察后，教師指導(dǎo)學(xué)生在頭腦中推想油菜花的花蕾將來變化的規(guī)律。接著，教師向?qū)W生展示其他植物的花蕾，并指導(dǎo)學(xué)生展開想象實驗，并對花蕾將來會發(fā)生什么樣的變化進行推想。學(xué)生根據(jù)觀察到的現(xiàn)象進行推想，很快就指出：花蕾會慢慢地長大，也會凋謝，凋謝的位置就是小果子長出來的地方。這樣推想的過程使學(xué)生認識到，與油菜花生長變化規(guī)律相同的植物還有很多，從而對植物開花和結(jié)果過程形成較好的認知。

（四）類比本質(zhì)特征

根據(jù)小學(xué)生的年齡特點，其正處于具象思維階段。雖然小學(xué)科學(xué)實驗的過程、現(xiàn)象、結(jié)果要盡量直觀、清晰，但是實際實驗中也有一些不能清晰、完整地呈現(xiàn)過程和細節(jié)的實驗現(xiàn)象。為了幫助學(xué)生對這些不直觀的實驗現(xiàn)象和實驗細節(jié)進行感知，類比本質(zhì)特征就是一種便捷有效的教學(xué)方式。教師可以引導(dǎo)學(xué)生類比具有相同特征的實驗現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生展開想象，使其在腦海中形成相應(yīng)的實驗場景和實驗現(xiàn)象，進而獨立完成科學(xué)想象實驗。比如，教師可以選擇色彩鮮明的材料替換實驗現(xiàn)象不顯著、學(xué)生不易觀察的材料，引導(dǎo)學(xué)生有目的地進行探究活動，從而推出一些實驗現(xiàn)象中不明顯、不易覺察的事物，最終找到這些事物的本質(zhì)特征。

例如，教科版科學(xué)教材四年級上冊“食鹽的溶解”一課，在食鹽溶解過程中，食鹽是如何分散溶解并均勻地溶于水的？學(xué)生往往不能用肉眼去準確地觀察。由于高錳酸鉀的顏色比較明顯，在水中的溶解過程是清晰可見的，因此，教師可選用高錳酸鉀替換食鹽做溶解于水的實驗，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)高錳酸鉀的溶解現(xiàn)象想象食鹽的溶解過程，進而得出食鹽的溶解也像高錳酸鉀溶解那樣，幫助學(xué)生理解“溶解”這一科學(xué)概念，并引導(dǎo)學(xué)生通過類比本質(zhì)特征開展食鹽溶解過程的想象實驗。對于高錳酸鉀溶解于水的現(xiàn)象，學(xué)生一般都能清楚地觀察。學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，高錳酸鉀溶液是均勻的，靜置后不會自行沉降。這樣，教師通過指導(dǎo)學(xué)生進行想象實驗，使學(xué)生從高錳酸鉀的溶解過程類比出食鹽在水中溶解的變化特征，并最終掌握了“溶解”的本質(zhì)特征。

此外，教師還可以指導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)想象實驗概括事物的共同特點、遷移應(yīng)用科學(xué)規(guī)律、梳理單元內(nèi)容等方式進行學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和想象能力，不斷提升學(xué)生的探究水平。

二、小學(xué)科學(xué)想象實驗的教學(xué)策略

為了更好地實施科學(xué)想象實驗，教師要不斷創(chuàng)造條件，采取相應(yīng)的教學(xué)策略，給學(xué)生搭建科學(xué)想象實驗的平臺。

（一）挖掘?qū)嶒炈夭模罱ㄏ胂髮嶒炂脚_

在開展科學(xué)想象實驗時，選擇合適的實驗素材非常重要。如何挖掘科學(xué)想象實驗的素材呢？教師可以從以下三個方面入手。

一是選擇與學(xué)生生活相關(guān)的實驗素材。教師可以在學(xué)生日常所接觸的事物中尋找實驗素材。比如，可以以學(xué)生喜歡的玩具或食物為例，讓他們想象這些物品的制作過程和如何改良。這樣，學(xué)生就能夠更好地理解科學(xué)實驗與他們的生活息息相關(guān)。

二是選擇與學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的實驗素材。比如，可以選擇與科學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科相關(guān)的實驗素材。學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)時，常常需要通過實驗來觀察和驗證一些知識和理論，而科學(xué)想象實驗就可以幫助學(xué)生更好地理解這些知識和理論。

三是選擇具有開放性、多樣性的實驗素材。學(xué)生的想象力是無限的，因此教師要挖掘那些具有開放性、多樣性的實驗素材，讓學(xué)生從自己獨特的角度去想象和創(chuàng)造。比如，可以選取一些不同材料、形狀、顏色的物品，讓學(xué)生進行組合、拼接和改造，激發(fā)他們的想象力和創(chuàng)造力。

可見，選擇合適的實驗素材非常重要，它可以幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)知識。同時，教師也應(yīng)該讓學(xué)生建立正確的科學(xué)觀念和實驗意識，注重實驗過程中的安全和規(guī)范，這樣才能讓科學(xué)想象實驗發(fā)揮出更多的價值。

（二）關(guān)注學(xué)生差異，優(yōu)化科學(xué)想象實驗

科學(xué)想象實驗是一種開發(fā)學(xué)生科學(xué)想象力的探究活動，它可以幫助學(xué)生從感性經(jīng)驗中提煉出科學(xué)概念，并將它們轉(zhuǎn)化為具體的實驗操作，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、科學(xué)思維能力和科學(xué)知識的理解力都具有重要作用。對于科學(xué)想象實驗，不同的學(xué)生具有不同的能力和理解程度。因此，教師要關(guān)注學(xué)生的差異，針對不同的學(xué)生制定個性化的教育方案，給學(xué)生精心安排不同的實驗任務(wù)。

對于喜歡思考和動手實踐、對科學(xué)充滿興趣的學(xué)生，教師可以選擇趣味性和實踐性更強的實驗，也可以選擇一些具有挑戰(zhàn)性的實驗，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手實踐的意愿，鼓勵學(xué)生積極參與想象實驗活動，并感受成功的愉悅感。比如，設(shè)計有趣的實驗關(guān)卡、趣味實驗小組等，在提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的同時，也能增強他們的參與度，激起情感共鳴。對于認知水平較低、理解能力較弱的學(xué)生，教師應(yīng)該選擇富含圖像、實物和動畫以及有助于激發(fā)想象力的實驗，幫助學(xué)生理解實驗過程中的關(guān)鍵點和科學(xué)原理，解決實驗過程中遇到的問題。

為了優(yōu)化科學(xué)想象實驗，滿足學(xué)生的不同學(xué)習(xí)需求，教師除了需要關(guān)注學(xué)生差異外，還需對實驗內(nèi)容深入研究，以找出更加多樣化且適合不同層次學(xué)生的實驗方案，加強對實驗結(jié)果的分析和解讀，從而激發(fā)學(xué)生的探究興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識，幫助他們更好地掌握科學(xué)想象實驗技能和科學(xué)知識。

（三）依托多元評價，助推想象實驗效果

評價對提高學(xué)生想象實驗的效果能起到重要的作用。教師要樹立以學(xué)生為中心的教學(xué)理念和評價理念，注重學(xué)生在科學(xué)想象實驗過程中的表現(xiàn)和結(jié)果，并將過程性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合，采用教師評價、同伴評價和自我評價等方式來促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。多元評價是指根據(jù)學(xué)生的不同能力和表現(xiàn)，利用多種測評方法和工具進行全方位、多角度的評價。這種評價方式有助于教師準確地了解學(xué)生的優(yōu)勢和不足，為制定個性化教學(xué)方案提供依據(jù)。對于科學(xué)想象實驗，多元評價的應(yīng)用可以進一步推動其效果，具體表現(xiàn)如下。

一是促進學(xué)生想象實驗的參與度。想象實驗是一種強調(diào)學(xué)生主動思考和參與的教學(xué)方式，而多元評價可以使學(xué)生認真對待實驗過程，使自己的表現(xiàn)得到評價，從而提升他們的學(xué)習(xí)興趣和參與度，讓學(xué)生更加積極地思考和表達。

二是準確評價學(xué)生的表現(xiàn)。想象實驗難免存在操作難度大、實驗結(jié)果不太準確等問題，而多元評價可以采用多種評價手段，包括觀察、記錄、測試等，綜合評估學(xué)生的表現(xiàn)，彌補單一評價手段的不足，提高評價的準確性和客觀性。

三是多元評價的本質(zhì)是個性化評價。想象實驗旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、想象力和實驗操作技能，通過多元評價可以了解學(xué)生的個體差異，發(fā)現(xiàn)每個學(xué)生的擅長領(lǐng)域和不足之處，為制定個性化教學(xué)方案提供科學(xué)依據(jù)。

四是實現(xiàn)教學(xué)效果動態(tài)跟蹤。通過多元評價可以實現(xiàn)對想象實驗教學(xué)效果的動態(tài)跟蹤。教師要根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)調(diào)整教學(xué)策略，細心留意學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，并及時評價學(xué)生的進步與不足，為下一階段的教學(xué)做出準確判斷。可見，依托多元評價，有助于提高想象實驗教學(xué)效果；通過多種方法論定學(xué)生的表現(xiàn)，可以讓學(xué)生更好地參與到實驗活動中，同時為教師制定更加科學(xué)的教學(xué)方案和跟蹤教學(xué)效果提供有力支持。

總之，科學(xué)想象實驗是基于觀察和基礎(chǔ)實驗在頭腦中完成的操作，是動手實驗的有益補充和拓展。在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師巧妙選取不同的實驗內(nèi)容，采用適宜的教學(xué)策略，指導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)想象實驗，推動學(xué)生探究科學(xué)規(guī)律和加深對科學(xué)概念的理解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和想象能力，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力，為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)奠定堅實的基礎(chǔ)。

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［3］蓋玲，王興林.低年級科學(xué)課堂學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)初探［J］.教育實踐與研究（A），2020（1）.

［4］劉旺.學(xué)生音樂學(xué)習(xí)多元評價［D］.長沙：湖南師范大學(xué)，2006.

（責(zé)任編輯：楊強）

作者簡介：蓋玲，江蘇省徐州市銅山區(qū)大彭實驗小學(xué)高級教師。王興林，江蘇省徐州市銅山區(qū)大彭實驗小學(xué)特級教師，正高級教師。

課題項目：本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃重點課題“小學(xué)生科學(xué)想象實驗的實踐研究”階段性成果。課題編號：B/2021/02/33。