深度學(xué)習(xí)視野下科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化

［摘 要］實(shí)驗(yàn)教學(xué)是科學(xué)課堂教學(xué)的重要組成部分，是落實(shí)科學(xué)課程目標(biāo)、全面提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的重要途徑之一。教師基于深度學(xué)習(xí)理念，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，改進(jìn)和創(chuàng)新使用實(shí)驗(yàn)器材，可有效突破教學(xué)的重難點(diǎn)，提高科學(xué)教學(xué)效果，發(fā)展學(xué)生高階科學(xué)思維，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

［關(guān)鍵詞］小學(xué)科學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；深度學(xué)習(xí)

［中圖分類號(hào)］ G623.6 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 1007-9068（2024）36-0092-04

科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)對(duì)促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)、靈活運(yùn)用科學(xué)知識(shí)有著重要作用。當(dāng)前，在小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，各個(gè)學(xué)校的硬件設(shè)施和學(xué)情仍存在較大差異。因此，為確保科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，教師在教學(xué)過程中要善于改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，創(chuàng)造性使用實(shí)驗(yàn)教具，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)流程，以提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。下面，筆者以教科版科學(xué)教材三年級(jí)上冊《混合與分離》中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，探討如何對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化，以促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

一、教材分析

《混合與分離》選自教科版科學(xué)教材三年級(jí)上冊的“水”單元。三年級(jí)的學(xué)生已經(jīng)對(duì)生活中的分離案例有了一定了解，在之前的學(xué)習(xí)中也掌握了水和食鹽的一些性質(zhì)，如“水蒸發(fā)變成水蒸氣”“持續(xù)加熱，水會(huì)沸騰并且大量蒸發(fā)”“水能溶解一定量的食鹽”“攪拌能加快食鹽溶解”等。本節(jié)課，教師要引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用這些性質(zhì)解決實(shí)際問題——分離混合物，即根據(jù)物質(zhì)的不同特性選擇合適的方法進(jìn)行分離。教材在“聚焦”板塊創(chuàng)設(shè)了生活情境“食鹽灑落在沙里了。怎樣把它們分離呢？”，以引起學(xué)生的注意，由此將本節(jié)課的主題確定為“混合與分離”。在“探索”板塊，教材設(shè)計(jì)了四個(gè)探索活動(dòng)，并確定了本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)，分別為“觀察食鹽和沙的混合物，區(qū)分哪些是食鹽，哪些是沙”“思考怎樣將食鹽和沙分離”“用水分離食鹽和沙”“分離食鹽和水”。在“研討”板塊，教材讓學(xué)生對(duì)“探究”板塊中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析。教師可與學(xué)生一起交流：“沙和食鹽、食鹽和水是怎么分離的？水在分離過程中起到了什么作用？”學(xué)生將實(shí)踐和理論相結(jié)合，借助實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象探究科學(xué)的本質(zhì)。此外，教材還設(shè)置了分離木屑和鐵屑混合物的拓展活動(dòng)，讓學(xué)生遷移運(yùn)用本節(jié)課習(xí)得的科學(xué)思維和知識(shí)，以實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

二、教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.觀察食鹽和沙的混合物，制訂分離方案

在教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生觀察食鹽和沙子的混合物，從顆粒大小、顏色、溶解性等物質(zhì)特點(diǎn)區(qū)分食鹽和沙子，并進(jìn)行歸納匯總；引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)沙子不溶于水、食鹽溶于水的特點(diǎn)，制訂出分離方案：溶解—過濾—蒸發(fā)。

2.先用水溶解食鹽和沙子，再分離食鹽和沙子

（1）實(shí)驗(yàn)器材與材料：水杯、攪拌棒、水、濾紙、漏斗、燒杯、食鹽和沙子混合物。

（2）實(shí)驗(yàn)操作：首先，將濾紙和漏斗組成過濾裝置；其次，把食鹽和沙子混合物放入燒杯中；再次，往裝有食鹽和沙子混合物的燒杯中加水，邊加邊攪拌，直到食鹽完全溶解；最后，將溶解后的食鹽水通過過濾裝置進(jìn)行過濾，把沙子分離出來。

3.將食鹽和水分離

（1）實(shí)驗(yàn)器材與材料：蒸發(fā)皿、火柴、三腳架、酒精燈、攪拌棒、裝有食鹽水的燒杯。

（2）實(shí)驗(yàn)操作：第一步，將蒸發(fā)皿、三腳架和酒精燈組成蒸發(fā)裝置；第二步，把食鹽水溶液倒入蒸發(fā)皿，放在三腳架上；第三步，用酒精燈加熱，邊加熱邊攪拌，當(dāng)有白色顆粒出現(xiàn)時(shí)熄滅火焰，用余溫將白色顆粒慢慢烘干，收集蒸發(fā)皿中的白色顆粒。

4.實(shí)驗(yàn)記錄

5.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）沙子要提前用水清洗干凈并曬干。

（2）熟練使用過濾裝置，嚴(yán)格按照過濾操作流程執(zhí)行。

（3）熟練使用蒸發(fā)裝置，嚴(yán)格按照酒精燈點(diǎn)火、滅火、加熱等操作流程執(zhí)行。

（4）蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)蒸發(fā)皿中有白色顆粒出現(xiàn)時(shí)，熄滅酒精燈。

（5）加熱后的蒸發(fā)皿很燙，請(qǐng)勿直接接觸。

三、教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在的不足

通過對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和實(shí)踐操作，我們發(fā)現(xiàn)三年級(jí)的學(xué)生在進(jìn)行混合和分離實(shí)驗(yàn)時(shí)存在以下問題。

1.思維跨度大

教材內(nèi)容旨在引導(dǎo)學(xué)生在觀察食鹽和沙子的特點(diǎn)后，根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)分離方案。然而在實(shí)際操作過程中，學(xué)生首先想到的方法是用篩子進(jìn)行篩分，而不是先用水溶解食鹽再過濾、蒸發(fā)。教材中的原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)越過了常規(guī)分離方法——篩分法，直接引導(dǎo)學(xué)生使用溶解和蒸發(fā)方法來分離食鹽和沙子。教學(xué)實(shí)踐證明，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)于三年級(jí)學(xué)生而言思維跨度大，不符合大多數(shù)學(xué)生的思維認(rèn)知。

2.操作難度高

在該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，學(xué)生需要操作過濾和蒸發(fā)裝置。三年級(jí)學(xué)生是第一次使用過濾和蒸發(fā)裝置，并且在這一實(shí)驗(yàn)操作中學(xué)生需要使用的實(shí)驗(yàn)儀器較多，操作復(fù)雜，耗時(shí)較長，會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是需要學(xué)生在課前耗費(fèi)大量時(shí)間學(xué)習(xí)規(guī)范操作，確保實(shí)驗(yàn)的成功；二是學(xué)生在實(shí)際操作過程中會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間、精力去記憶繁復(fù)的操作要點(diǎn)，從而縮減了培養(yǎng)科學(xué)思維的時(shí)間。

3.實(shí)驗(yàn)時(shí)間長

在教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生使用濾紙和酒精燈成功分離出食鹽的時(shí)間普遍在20分鐘以上。為了確保教學(xué)進(jìn)度，不少教師會(huì)采取先將過濾裝置放置在一旁以繼續(xù)推進(jìn)課堂的策略，或者減少蒸發(fā)皿中食鹽水容量的方法以節(jié)約時(shí)間，但也仍需十幾分鐘才能完成實(shí)驗(yàn)。

4.安全隱患大

考慮到三年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，盡管教師會(huì)課前圍繞實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法和注意事項(xiàng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行反復(fù)講解和訓(xùn)練，但是學(xué)生在使用蒸發(fā)皿和酒精燈等儀器的過程中還是會(huì)存在安全隱患，如打破玻璃漏斗、酒精燈操作不規(guī)范導(dǎo)致安全事故發(fā)生等。因此，很多教師在這節(jié)課中通常會(huì)選擇演示實(shí)驗(yàn)或觀看微課視頻的方式來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但這一做法在確保安全的同時(shí)，也使學(xué)生失去了寶貴的實(shí)踐體驗(yàn)機(jī)會(huì)。

四、針對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

筆者針對(duì)教材原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在的不足，結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過不斷地探索和實(shí)踐，認(rèn)為可從教學(xué)情境、實(shí)驗(yàn)物質(zhì)、實(shí)驗(yàn)儀器三個(gè)方面對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.優(yōu)化教學(xué)情境，符合學(xué)生認(rèn)知

教材中的情境是“食鹽灑落在沙里了。怎樣把它們分離呢？”。在大部分學(xué)生的認(rèn)知中，食鹽灑落在沙里的情境很牽強(qiáng)，甚至?xí)?duì)該情境產(chǎn)生疑問，如“食鹽為什么會(huì)灑落在沙里”等。因此，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程中，筆者創(chuàng)設(shè)了“在制取海鹽的過程中，如何進(jìn)行海鹽提純”的學(xué)習(xí)情境，更符合三年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知水平。

2.增加實(shí)驗(yàn)物質(zhì)，增設(shè)篩分實(shí)驗(yàn)

教材中要求分離食鹽和沙的混合物，教師可以將貝殼混入其中，使科學(xué)實(shí)驗(yàn)更具有挑戰(zhàn)性。此外，由于貝殼和沙子、食鹽存在明顯的區(qū)別，所以學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)操作過程中發(fā)現(xiàn)大小不同的物體可以用篩分法分離。學(xué)生通過篩分后能得到食鹽和沙子的混合物。此時(shí)，課堂就自然過渡到對(duì)本單元知識(shí)的教學(xué)——水的溶解性，通過加熱水溶解食鹽、過濾蒸發(fā)等操作分離食鹽和沙子。

3.更換實(shí)驗(yàn)儀器，提高實(shí)驗(yàn)效率

在本次實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)使用玻璃漏斗和酒精燈會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作過程耗時(shí)較長且存在安全隱患等問題，筆者選擇使用更便捷、安全系數(shù)更高的高目數(shù)濾網(wǎng)來替代玻璃漏斗進(jìn)行過濾操作，使用高效、環(huán)保、安全的微型電爐來替代酒精燈進(jìn)行加熱操作，這樣就省去了三腳架和石棉網(wǎng)等實(shí)驗(yàn)器材。同時(shí)，筆者將白色圓底蒸發(fā)皿改成了透明平底蒸發(fā)皿。透明的材質(zhì)更有利于觀察食鹽晶體的析出，并且平底相較圓底受熱面積更大、蒸發(fā)速度更快，可以減少實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提升實(shí)驗(yàn)效率。

五、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

教師可結(jié)合深度學(xué)習(xí)理論，依據(jù)教材實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了以下優(yōu)化設(shè)計(jì)。一是觀察貝殼、沙子和食鹽的混合物，并根據(jù)三者特征確定分離方法。二是依據(jù)分離方法逐步進(jìn)行分離。先用篩分法將貝殼分離出來；再往沙子和食鹽的混合物中加入適量清水，在食鹽溶解后使用過濾裝置進(jìn)行過濾，分離出沙子；最后將食鹽水進(jìn)行蒸發(fā)，得到食鹽。三是按照分離方法逐步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。具體操作步驟如下。

1.觀察貝殼、食鹽和沙子的特征，確定實(shí)驗(yàn)方案

教師可引導(dǎo)學(xué)生猜想并討論混合物中三種物質(zhì)的特質(zhì)（見表2），并根據(jù)其特質(zhì)的不同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

教師引導(dǎo)學(xué)生從顏色、大小、溶解性三個(gè)維度，將貝殼、食鹽和沙子進(jìn)行對(duì)比，并依據(jù)三者不同的特質(zhì)，確定了本實(shí)驗(yàn)需要用到的四種實(shí)驗(yàn)方法，即篩分（物質(zhì)大小不同）、溶解（溶解性不同）、過濾（物質(zhì)大小不同）、蒸發(fā)（水易蒸發(fā)），實(shí)驗(yàn)流程為篩分（分離出貝殼）—溶解和過濾（分離出沙子）—蒸發(fā)（分離出鹽）。

2.用篩分法分離貝殼

（1）實(shí)驗(yàn)器材與材料：裝有混合物（貝殼、沙子和食鹽）的杯子、篩子、大燒杯。

（2）實(shí)驗(yàn)操作：將篩子放在大燒杯上，將混合物（貝殼、沙子和食鹽）倒入篩子中，輕輕左右搖動(dòng)篩子，直到沙子和食鹽完全掉入大燒杯中。此時(shí)留在篩子上的為貝殼，燒杯內(nèi)裝的是沙子和食鹽混合物，貝殼被分離出來。

3.用溶解法和過濾法分離沙子

（1）實(shí)驗(yàn)器材與材料：裝有沙子和食鹽混合物的大燒杯、攪拌棒、水、高目數(shù)濾網(wǎng)、大燒杯

（2）實(shí)驗(yàn)操作：先將濾網(wǎng)固定在大燒杯上組成過濾裝置，往裝有沙子和食鹽混合物的大燒杯中加入適量的水，邊加邊攪拌，直到食鹽完全溶解；再將溶解后的食鹽水倒入過濾裝置，把沙分離出來，得到食鹽水。

4.用蒸發(fā)法分離食鹽

（1）實(shí)驗(yàn)器材與材料：攪拌棒、裝有食鹽水的大燒杯、平底蒸發(fā)皿、微型電爐。

（2）實(shí)驗(yàn)操作：將平底蒸發(fā)皿放在微型電爐上組成蒸發(fā)裝置，將大燒杯中的食鹽水倒入平底蒸發(fā)皿，用微型電爐加熱，邊加熱邊攪拌。當(dāng)有白色顆粒出現(xiàn)時(shí)，關(guān)閉微型電磁爐，用余溫將白色顆粒慢慢烘干，收集平底蒸發(fā)皿中的白色顆粒。

5.實(shí)驗(yàn)記錄

6.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）沙子和貝殼要提前清洗干凈并曬干。

（2）正確使用微型電爐，加熱前做好相關(guān)培訓(xùn)，注意操作安全。

（3）蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)蒸發(fā)皿中有白色顆粒出現(xiàn)時(shí)，立即關(guān)閉微型電爐。

（4）加熱后的蒸發(fā)皿和微型電爐很燙，請(qǐng)勿直接用手接觸。

六、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)

筆者通過優(yōu)化教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到了很好的效果反饋：在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生思維連貫，積極參與探究和討論。以下是實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)。

1.探究問題有情境

科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的情境創(chuàng)設(shè)，對(duì)學(xué)生的探索欲望有重要影響。原教材中的實(shí)驗(yàn)情境是“食鹽灑落在沙里了。怎樣把它們分離呢？”，不符合大部分學(xué)生的生活認(rèn)知，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)此情境的真實(shí)性產(chǎn)生疑問，從而影響他們探索的積極性。通過教學(xué)實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍對(duì)物質(zhì)制取類的情境充滿好奇心，具有很強(qiáng)的探索欲。因此，在新的教學(xué)設(shè)計(jì)中，筆者創(chuàng)設(shè)從海水中制取食鹽的情境，以激發(fā)學(xué)生的探索欲。

2.實(shí)驗(yàn)材料有結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)材料的選取會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)效果的呈現(xiàn)。教材重點(diǎn)探究了沙子和食鹽的分離實(shí)驗(yàn)，選取沙子和食鹽這兩種材料進(jìn)行混合和分離。在探索環(huán)節(jié)，先讓學(xué)生觀察沙子和食鹽并進(jìn)行區(qū)分，再讓學(xué)生思考并設(shè)計(jì)分離沙子和食鹽的方案。在實(shí)際教學(xué)過程中，很多學(xué)生潛意識(shí)里想到的就是通過篩子進(jìn)行篩分，而不是用水溶解。為了讓實(shí)驗(yàn)更具探究性和連貫性，筆者在設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在混合物中增加了貝殼，形成了一組物質(zhì)大小不同、溶解情況不同、有結(jié)構(gòu)的材料。這樣能夠更有效地引發(fā)學(xué)生思考，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料的特點(diǎn)制訂出完整的分離方案：篩分（分離出貝殼）—溶解和過濾（分離出沙子）—蒸發(fā)（分離出鹽）。

3.實(shí)驗(yàn)器材有創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)操作是學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的必要步驟，而復(fù)雜的操作過程和較低的器材效率不僅會(huì)占用寶貴的課堂時(shí)間，還會(huì)消耗學(xué)生的專注力。教材中的混合和分離實(shí)驗(yàn)涉及溶解、過濾和蒸發(fā)等步驟，操作時(shí)間長、步驟多、過程復(fù)雜。此外，教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要用到過濾和蒸發(fā)儀器，對(duì)于三年級(jí)學(xué)生而言，操作這些實(shí)驗(yàn)儀器存在較大難度。在新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，通過使用高目數(shù)濾網(wǎng)和微型電爐替代玻璃漏斗和酒精燈，簡化了過濾和蒸發(fā)的實(shí)驗(yàn)裝置，降低了實(shí)驗(yàn)操作難度，更加符合三年級(jí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作水平，同時(shí)節(jié)約了課堂時(shí)間，讓學(xué)生能夠更充分地開展科學(xué)思維活動(dòng)。

總之，教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，一方面需要研讀教材和課標(biāo)，根據(jù)學(xué)生實(shí)際和現(xiàn)有教學(xué)資源，積極開發(fā)、創(chuàng)新和優(yōu)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并不斷進(jìn)行實(shí)踐、反思和完善；另一方面，在教學(xué)過程中要扮演好主導(dǎo)角色，積極發(fā)揮學(xué)生的主體作用，將課堂交給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中進(jìn)行探索，鼓勵(lì)學(xué)生勇于表達(dá)、善于發(fā)現(xiàn)和總結(jié)。教師對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，能夠有效突破教學(xué)重難點(diǎn)，提高科學(xué)課堂的教學(xué)效率，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人的課程目標(biāo)。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 施燕.基于深度學(xué)習(xí)的小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略[J].求知導(dǎo)刊，2024（14）：53-55，70.

[2] 趙丕顯.小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新[J].天津教育，2024（18）：59-62.

[3] 楊冬艷.小學(xué)科學(xué)探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略[J].寧夏教育，2024（5）：53-54.

[4] 焦穎.小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化策略探究[J].小學(xué)教學(xué)研究，2024（8）：45-46，49.

（責(zé)編 廖婷婷 杜 華）