小學科學實驗多樣化設計與實施研究

實驗是小學科學探索活動的重要組成部分，也是學生獲取科學知識和技能的重要途徑之一。小學科學實驗多樣化研究是對實驗方法、實驗原理、實驗現象和實驗材料的挖掘，力求通過不同方式和手段解決實際問題，發展學生的科學思維，培養其動手能力、創新能力和科學素養，實現科學育人的目的。

一、實驗方法多樣化的選擇

通過多種實驗方法解決問題，能使學生思維能力和動手能力得到發展，還能使學生在設計實驗、操作、記錄與交流中，針對同一問題從不同的角度去觀察與理解，從而達到真正掌握知識的目的。

例如：在“測量肺活量”中，可以用以下3種方法對肺活量進行測量。

實驗方法1：用測量袋測量肺活量

實驗材料：肺活量測量袋、通氣管。

實驗步驟：（1）展開測量袋，放置好通氣管。（2）吸足氣，然后將氣體從通氣管呼入測量袋。（3）肺部氣體全部呼出后，收緊通氣管，將測量袋從呼氣口方向往里卷，直到卷不動為止。（4）讀取鼓起的測量袋上的數值，即為肺活量。（5）重復測量3次，每次之間應進行一定時間的休息。

實驗分析：肺活量大的同學，一次性呼出的氣體體積也就越大。

實驗方法2：用氣球測量肺活量

實驗材料：氣球、細線、軟尺。

實驗步驟：（1）深吸一口氣，然后盡可能地吹氣球。（2）氣球的末端用線綁緊，使其不漏氣。（3）測量氣球最寬處的周長。（4）把實驗數據填寫在實驗記錄表中。

實驗分析：肺活量大的同學，一次盡力呼出的氣體體積也越大，因此吹的氣球也越大。

實驗方法3：用排水法測量肺活量

實驗材料：塑料瓶（2升）、彎頭吸管、裝適量水的水槽。

實驗步驟：（1）在標好刻度的塑料瓶里裝滿水。（2）把塑料瓶倒置在水槽里，插入彎頭吸管。（3）深吸一口氣，通過吸管盡力向塑料瓶里吹氣。（4）記錄排出的水量。

實驗分析：肺活量大的同學，其呼出的氣體體積也會越大，塑料瓶里排出的水量也會越多。

雖然以上3種實驗方法不同，但都能測出人體的肺活量。實驗方法的多樣化拓展了學生的科學思維，提升了學生的動手能力和創新能力。

二、實驗原理多樣化的詮釋

對小學科學實驗，學生需要對實驗現象進行分析，說出實驗原理，這樣才能利用實驗解決問題，獲取科學知識和技能。要詮釋實驗原理，特別是在科學模擬實驗中，我們可用不同的實驗材料和方法，創造不同的情境，讓學生明確實驗現象，得出正確結論，從而掌握實驗原理，提升學生的實驗能力。

例如：在模擬“火山噴發”時，需要了解火山噴發的本質，知道火山噴發是地球內部運動的結果。了解了火山噴發的本質后，就可以模擬其原型，分析實驗原理是由物質的溫度升高，造成體積膨脹，導致噴發。

實驗方法1：小蘇打粉與白醋發生反應，模擬火山噴發

實驗材料：小蘇打粉、白醋、紅色顏料、泡泡水、瓶子。

實驗步驟：（1）把小蘇打粉倒進瓶子里。（2）把紅色顏料水和泡泡水倒進瓶子里，晃動瓶子，使小蘇打粉溶解。（3）把白醋快速倒進瓶子里。（4）觀察瓶子里發生的現象。

實驗原理：小蘇打是一種堿性物質，遇到酸性的醋后發生化學反應，產生大量的二氧化碳氣體。二氧化碳氣體遇到紅色的泡泡水后，就會產生很多紅色的泡沫，由于瓶子內部壓力較大，紅色泡沫便會噴出瓶口，像火山噴發一樣。

實驗方法2：用泡騰片模擬火山噴發

實驗材料：清水、攪拌棒、泡騰片、色素、透明瓶子、食用油。

實驗步驟：（1）在透明杯子中倒入清水，然后滴入色素，用攪拌棒攪拌均勻。（2）倒入適量食用油。（3）放入泡騰片，進行觀察。

實驗原理：泡騰片遇水時會產生大量的二氧化碳氣體，二氧化碳氣體會向上翻滾，帶顏色的水就會跑到油層上方，形成類似火山噴發的情境。

實驗方法3：利用熱水和涼水模擬火山噴發

實驗材料：小玻璃瓶、大碗、熱水和冷水、水彩顏料、毛筆。

實驗步驟：（1）在大碗里注入大半碗涼水，然后向小玻璃瓶里注入大半瓶熱水。（2）用毛筆蘸一些水彩顏料，滴在小玻璃瓶的熱水里。（3）把小玻璃瓶迅速放入大碗中，使瓶口朝上并浸入水下，觀察隨后發生的現象。

實驗原理：根據熱脹冷縮的原理，同質量的熱水與冷水相比較，熱水的體積比涼水體積大。當把兩種不同密度的液體放在一起時，密度小的會跑到上面，形成“水中火山”的現象。

以上3種實驗，都是利用物質的體積膨脹，致使其需要擺脫現有環境，從而造成的一種釋放現象，進而模擬了火山噴發的情境。這些實驗原理與火山噴發的本質是一致的，能夠讓學生理解和掌握火山噴發的原因是地球內部運動的結果。

三、實驗現象多樣化的呈現

通過對實驗現象的觀察、記錄與分析，學生才能得出正確結論，進而完成實驗任務。但是，不同的實驗也能呈現相同的實驗現象，從而激發學生的好奇心，讓學生的求知欲得到提升。

例如：在“制作神秘的信件”時，利用不同的實驗，也能呈現同樣的效果。

實驗方法1：用淀粉寫字

實驗材料：毛筆、淀粉、勺子、熱水、杯子、白色泡沫板、碘酒、噴壺（霧狀）。

實驗步驟：（1）用勺子取適量淀粉放在杯子中，用熱水調成淀粉液，靜置后過濾，得到澄清的淀粉溶液。（2）用毛筆蘸取淀粉溶液后在白色泡沫板上寫字。（3）晾干白色泡沫板（字跡消失）。（4）在噴壺中加入碘酒，用噴壺對準寫字的區域噴幾下，觀察現象（字跡顯現）。

實驗分析：利用淀粉與碘酒反應生成藍色物質的原理，就能顯現事先用淀粉溶液寫的字。

實驗方法2：用牛奶寫字

實驗材料：牛奶、毛筆、白紙、紙杯、蠟燭、打火機。

實驗步驟：（1）將牛奶倒入紙杯。（2）用毛筆蘸牛奶在白紙上寫字。（3）寫好后，將紙平鋪晾干（字跡消失）。（4）點燃蠟燭，將紙放在燭火上方烘烤，觀察現象（字跡顯現）。

實驗分析：牛奶中含有蛋白質，烘烤后，蛋白質變性凝固顯色，就會出現字跡。

實驗方法3：用檸檬水寫字

實驗材料：檸檬、水、盤子、棉簽、白紙、臺燈。

實驗步驟：（1）把檸檬擠壓出汁，收集到盤子里。（2）加水稀釋檸檬汁。（3）用棉簽蘸取稀釋后的檸檬汁，在白紙上寫字。（4）將白紙晾干（字跡消失）。（5）把白紙放在臺燈的燈泡上加熱，觀察現象（字跡顯現）。

實驗分析：檸檬汁是一種無色的溶液，汁液在白紙上風干后，自然就不見了。檸檬汁中含有碳水化合物，把白紙放在燈泡上加熱時，這種碳水化合物就會分解，生成黑色物質。于是，白紙上的字又出現了。

以上3種實驗，雖然實驗現象相同，但卻是利用不同的實驗方法呈現的。“制作神秘的信件”是利用物質的化學反應，生成新的物質，讓紙上看不見的字呈現出來。

四、實驗材料多樣化的利用

實驗材料多樣化主要是指利用不同的材料進行實驗，讓實驗現象和效果更加明顯，從而提升實驗的效果。

例如：開展“晝夜交替現象”模擬實驗時，可以讓學生積極思考，利用不同的材料模擬太陽和地球。

實驗方法1：用燈泡和地球儀模擬

實驗材料：燈泡、地球儀。

實驗步驟：（1）點亮燈泡，調節燈泡與地球儀之間的距離，使光線差不多正好能照亮地球儀的一半。（2）在地球儀上確定一個點，表示地球上某一區域。（3）有順序地選擇要驗證的假說，逐個研究。

實驗分析：用燈泡模擬太陽，地球儀模擬地球，只要地球自轉、地球圍繞太陽轉或者太陽圍繞地球轉，都能發生晝夜交替現象。

實驗方法2：用小馬燈和地球儀（改裝）模擬

實驗材料：小馬燈、地球儀。

實驗步驟：（1）把地球儀從底座上取下來，并且安裝上一個手把。（2）在地球儀上標記觀測點。（3）點亮小馬燈，有順序地選擇要驗證的假說，逐個研究。

實驗分析：用小馬燈代替太陽，可以模擬太陽光向四周照射，而不是向一個方向照射。

實驗方法3：用投影儀和地球儀模擬

實驗材料：投影儀、地球儀。

實驗步驟：（1）打開投影儀，讓光線水平照射地球儀。（2）調整地球儀的位置，讓地球儀完全處于投影儀的光照中。（3）轉動地球儀，觀察地球儀的明暗變化。

實驗分析：地球儀向著投影儀的一面亮，背對投影儀的一面暗。逆時針轉動地球儀，地球儀明暗面交替出現。這種情況的出現，就可以說明晝夜交替現象產生的原因是地球自轉。

以上3種實驗，在晝夜交替現象的設計和模擬中，使用不同的材料和不同的步驟驗證假說，效果都是比較明顯的。但是在利用不同的材料和方法開展實驗室時，需要注意材料要容易獲取，經濟實惠，并與實驗有較強的關聯性。

總之，科學實驗是科學教學重要內容，也是有效的學習方法。在科學實驗中，需要對實驗方法、實驗原理、實驗現象、實驗材料進一步挖掘，發揮實驗的功效，不僅讓學生在實驗技能方面得到發展，而且還要讓學生在觀察能力、動手能力、合作能力和創新能力等方面得到發展。