巖石相關實驗的有效設計

〔摘" "要〕" 巖石相關實驗的設計一直是讓科學教師棘手的內容，存在巖石知識缺乏、脫離生活情境和實驗方法單一等問題。本文分析了巖石實驗的教學困境，劃分了小學科學巖石實驗的主要類型，并針對各類型實驗進行案例探討，提出分類型、融情境的巖石實驗設計策略，同時對巖石實驗材料的選擇提出科學合理的建議。

〔關鍵詞〕" 小學科學；巖石相關實驗；有效設計

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " "〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）" 09" " 058-060

從核心概念的分布來看，巖石相關的科學教學內容，屬于《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）13個核心概念中的“地球系統”。從學業要求看，需要學生了解地殼的主要巖石類型，知道巖石是礦物組成的。在教科版科學教材中，巖石相關的教學內容主要分布在四年級下冊“巖石與土壤”單元和五年級上冊“地球表面的變化”單元，具體涉及的課程內容節數為10節。從學業要求和教材篇幅上看，巖石相關的學習內容占比不高，卻是科學核心概念不可或缺的重要組成部分，是學生了解地球和地表結構、進行地質啟蒙的重要窗口。長期以來的科學教學中，因教師對該部分內容的一帶而過，淺嘗輒止，造成學生對身邊的巖石知之甚少，更欠缺對自然風景中巖石的探究欲望，遠未實現《課程標準》所要求的學習目標。本文將具體分析產生這種困境的原因，并通過分類型的具體巖石教學實驗案例的剖析，總結有效的巖石實驗設計策略，以期更好地提升學生與巖石相關的科學觀念，培養他們熱愛地球家園、感受巖石魅力的地質科學情懷。

一、巖石相關實驗的教學困境

（一）教師專業素養欠缺導致“觀察重點”淺薄

巖石相關的知識涉及巖石的結構特征、巖石的理化特征、巖石的分布與分類、巖石與礦物和巖石與地球運動等多個方面，是屬于地質學領域的知識，專業特征明顯。經調查分析蘇州高新區科學教師的專業背景，我區專職科學教師人數為235人，其中物理、化學、生物和科學專業出身的教師數量為206人，地理專業為2人，其他專業27人?？梢娊^大多數科學教師所學專業為物理、化學和生物，地理專業或地質專業的科學教師占比很少，僅有0.85%。從科學知識總量比例來看，物理、化學占65%以上的內容，生物在25%以內，地理在10%以內。因此，教師的巖石知識淺薄、巖石內容占比較少等雙重因素，導致巖石相關實驗觀察探究重點缺失，長期被忽視。

巖石相關實驗一直都是讓科學教師頗為棘手的教學內容。小學科學教師雖有心想上好這門課，但總是感到力不從心，無法在短時間內獲得較高的地理地質素養，普遍存在“地理地質專業素養”欠缺的問題，自身的欠缺難免造成實驗探究中“觀察重點”淺薄，學生的學習因此流于形式，不見成效。

（二）脫離學生生活的巖石，缺乏貼近生活的情境

從教學內容來看，巖石相關實驗的教學需要學生對巖石的結構特征進行較為深入和細致的觀察與探究。最好的狀態是學生已經在生活中接觸過各種各樣的巖石，甚至收集整理過巖石（按一定的特征）。然而，真實的情況是，學生在日常生活中主要與電子屏幕和書籍為伴，很少接觸到戶外的裸露的巖石，即便是校內的春游研學等活動，也因安全問題，爬不了山，登不了高，賞不了石。他們最常見到的可能是公園經過處理和打磨的鵝卵石，但這種巖石已經失去了本身的地質特征。另一方面，巖石的變化需要經過漫長的地質演變，而學生更不可能直接觀察到的宏觀與長期現象。這些教學內容與小學生生活的聯系較遠，學生很難僅憑實驗觀察等手段加以理解。而設計有效的科學實驗來模擬這樣宏觀的、長期的變化也成了難題。

（三）巖石實驗“類型”單一，“方法”枯燥

針對不同主題的巖石實驗，選用合適的研究方法至關重要。然而，在教學實踐中，教師設計的巖石實驗往往只有一種，即觀察對比。將不同的巖石實驗類型模糊處理，運用單一的實驗方法研究復雜多變的巖石，也是科學教師在巖石相關實驗設計中的重要謬誤。比如，《巖石、沙和黏土》一課，雖然重點是三種物質的觀察對比實驗，但可以通過提供資料、閱讀分析的方法來探究巖石、沙和黏土在生活中的不同作用，也可以通過模擬實驗，模擬巖石變成細砂的過程（風化）。因此，同一個主題的巖石相關教學內容，我們可以從多種角度、多種方法去研究，多層次、多維度、多方法地豐富我們的巖石實驗探究，也必定能激發學生的探究熱情，提升我們課堂的教學效率。

二、巖石相關實驗的主要類型

（一）觀察對比型

在《認識幾種常見的巖石》一課中，第二個實驗是對巖石的細節特征進行觀察，如巖石顆粒的顏色、大小，巖石的層理、氣孔、斑點、條紋等，這樣的觀察與記錄是巖石實驗的第一種類型，即觀察對比型。觀察對比型的巖石實驗，著重的是觀察、描述和對比，這是巖石相關實驗的主要活動類型，對絕大多數學生來說都是較容易進行的實驗類型，因為有實物和規范的記錄表提供，難度不大，但需要花點時間進行細致觀察，同時，用規范的語言記錄也很重要。

（二）檢驗鑒定型

在《巖石的組成》一課中，第三個實驗是將花崗巖與礦物對比，鑒定花崗巖的礦物組成。這是一個典型的檢驗鑒定小實驗，使用放大鏡對巖石礦物成分進行鑒定。這樣的檢驗鑒定實驗是巖石實驗的第二種類型。檢驗鑒定需要教師提供適當的參考資料，如鑒定特點、鑒定標準、鑒定要求等，必要時還要提供檢驗鑒定的相關工具。

（三）模擬實驗型

在《風的作用》一課中，主要實驗是模擬風沙對巖石的侵蝕作用，通過使用砂紙來模擬自然界中的風沙，通過打磨來模擬風沙對巖石表面的侵蝕。這個實驗的特點是利用特定的工具材料，對自然界中長期的地質變化進行模擬實驗的探究。這樣的實驗類型，可以稱之為模擬型實驗，這個實驗類型也是巖石乃至地球與宇宙科學研究的主要類型。是值得重點探討的實驗類型之一。

三、巖石相關實驗有效設計案例及策略

針對巖石相關實驗進行教學時，筆者發現：一個融合了巖石的生活式情境，能很好地架起小學生和戶外巖石的溝通橋梁。學生能夠在真實的、生活化的情境中開啟巖石相關實驗的探究，而不是假裝在戶外這種不切實際的假情境下探究。用真實的情境解決真實的問題，是突破巖石相關實驗脫離生活的重要手段。下文筆者將結合自己的教學案例，針對不同類型的巖石實驗，融入情境場景，把冷漠的巖石帶入熱烈的探究活動中去，提高巖石實驗教學的有效性。

（一）用“激趣探究”的情境和“特征鮮明”的材料促進觀察比較

對于觀察比較型巖石實驗，重點在于引導學生的觀察興趣點和給出特征分明的實物。引導學生的觀察興趣點，也就是要把學生的注意力牢牢集中在觀察、記錄與比較上。簡單的任務式驅動，可能效果不夠明顯，還要注意情境的引導?！墩J識幾種常見的巖石》一課，我在學生觀察巖石之前，設置了一個情境：“老師家中裝修，急需一些石材，但是苦于時間關系，不能詳盡地了解這些巖石的特征，你們人多力量大，肯定能幫助老師分清不同的巖石的特征?！边@樣通過問題的轉嫁，讓學生成了主動研究的主體，這是引導學生的觀察興趣點，而且將興趣點引向了巖石的特征這方面。

教學實踐表明，教師不僅要給學生一個充分合理的興趣點，而且準備的觀察材料一定要特征分明，易于觀察比較。例如，書中給出的巖石材料有花崗巖、礫巖、石灰巖、砂巖、頁巖、板巖、大理巖7種，而我將其縮減到花崗巖、礫巖、石灰巖、頁巖、大理巖5種。為什么這么做呢？分析一下就知道了。一是7種材料略超過了四年級學生的分辨能力；二是礫巖與砂巖，頁巖與板巖特征幾乎一樣，不容易區分而會造成混淆，這樣的無效爭論與混淆是得不償失的。因此，舍去2種材料，讓學生的比較觀察更順暢、特征更分明，無疑是更好的實驗設計方法。

（二）用“設置懸疑”的情境推動檢驗鑒定的有效進行

檢驗鑒定型實驗專業性較強，是遠離小學生日常生活的專業行為。如果能夠給這種檢驗鑒定賦予一個有趣的目標或情境，那么學生就會感到有趣，這樣的情境如果是具有懸疑性的，那么就會激發學生探究的動力，達到事半功倍的教學效果。比如，用稀鹽酸鑒定石灰巖的實驗，并不是直接布置學生實驗任務，而是設置一個懸疑的探案情境。我是這樣設計的：“生活中的醋一旦打翻了，可能會把某種石材的臺面給腐蝕掉，這樣長久下去就壞了。同學們，你們想不想做個偵探，幫老師把這種會被酸腐蝕的石材給探測出來？”這樣一來實驗變成了探案，趣味性和動力都增加了。

只有將不同類型的巖石實驗，融入適合實驗類型的代入式生活情境，學生才能進入一種真實的探究中，帶著目標去檢驗鑒定，把實驗當成幫助別人的有意義的行為，從而促進檢驗鑒定的有效進行。

（三）模擬實驗重點在“選材精、過程精、情境精”

以《巖石會改變模樣嗎》一課為例，第一個模擬實驗是模擬冷熱作用對巖石的改變。重復火燒巖石和浸入冷水的過程，模擬自然界寒暑變化對巖石的侵蝕作用，如果選擇板巖等分層的巖石，可能會有炸裂的風險，選擇花崗巖可能效果非常不明顯，這就需要精選合適的巖石材料。我通過實驗后，選擇了1 cm以內的石灰巖碎石，既不容易炸裂，冷熱作用后的碎裂也比較明顯。選材對了，實驗就會比較順利，有效性就大大提高了。

過程的設計要合理。如加熱的時間、浸冷水的時間，以及重復的次數，這些都需要經過教師自己的預實驗來確定，再通過課堂教學的演練來進一步有針對性地優化。一般來說，一次加熱和浸水控制在1分鐘內，加熱45秒，浸水15秒的配置是比較有效的。對于其他內容實驗的設計，過程的安排也是非常重要的。

情境要精選，要恰當合理。如《風的作用》一課，為了配合學生用砂紙打磨巖石的模擬實驗，還可以適當播放風沙移動的音樂聲、風沙打磨的魔鬼城幻燈片，讓學生身臨其境，觸覺、聽覺、視覺都得到深入的感受，那么學生對模擬實驗的理解就不會僅僅停留在打磨巖石這一枯燥的動作上，而是深入理解了風的長期侵蝕作用。

四、巖石研究材料的選擇與思考

對于觀察比較型的巖石實驗，要著重考慮巖石材料的重點特征，做到材料之間有明顯差異，特征顯著，最重要的還有巖石獲取的便利性，以及是否具有鄉土特色，甚至是學生本就很熟的身邊的巖石類型。這對于學生的探究是有很大的益處的。如《認識幾種常見的巖石》一課，我選用的花崗巖就是蘇州的金山石，用它制成的橋欄桿，在學校的圍欄上就可見，學生已經有了一定的了解，認識起來也就容易。石灰石選用的是園林常用的太湖石，具備了蘇州的鄉土特色，將其拓展到愛家鄉的情感態度價值觀，也十分靈活。巖石的風化形成奇異的地貌，我選擇的是蘇州可以看到的風化景觀“五人撐傘”，就位于木瀆風景區內，學生課后就可以去實地觀察欣賞，無疑又是對科學課程的一次拓展。

因而，材料的特征性強、易于獲取、接觸頻率高、具備鄉土特色，也是我們進行巖石類實驗所要考慮的必要因素。巧婦難為無米之炊，材料作為實驗的基礎，必須進行充分合理的考慮，這是實驗有效設計的先決條件。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]中華人民共和國教育部.關于加強和改進中小學實驗教學的意見[S].北京：教基〔2019〕16號，2019.11.