基于創新思維培養的小學科學實驗設計

在小學教育中，科學是一門非常重要的學科。科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任是科學核心素養的主要內容，其中的科學思維又包含了創新性思維。在小學科學教學中，實驗教學是培養學生創新性思維的有效途徑。在開展實驗教學時，教師需要根據需求合理設計實驗教學內容，激發學生學習科學的興趣以及對知識的探索欲，為培養學生的創新性思維打下堅實基礎。本文以“水到哪里去了\"的科學實驗為例，詳細介紹了實驗的實施過程。

一、教學準備

（一）教材分析

“水到哪里去了”是小學三年級科學的起始課，是《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課程標準”）中規定的學生必做探究實踐活動之一，強調通過實驗教學引導學生探究，理解水的蒸發和凝結原理，能夠利用科學知識解釋日常生活現象。本節課以實驗教學為主，在教師的帶領下引導學生分析、理解水蒸發現象，以及水蒸發快慢受到哪些因素的影響，最終深人認識水這一物質及其存在的狀態。

（二）學情分析

第一，學生對水已經有了足夠的了解和認識，知道水是一種可以流動的液體，也知道水在高溫環境下會逐漸變熱，同時會蒸發水分，認識到水的蒸發與溫度和環境存在密切關聯。第二，小學生很容易受到新鮮事物的影響，相較于理論知識的學習，他們對實驗教學的興趣更高，喜歡通過動手操作探索新知，但其邏輯思維推理能力相對較低。第三，學生雖然知道水會隨著溫度和環境的變化進行蒸發，但對水分子運動和其狀態變化的知識理解不夠透徹。第四，學生進行實驗操作時，需要仔細觀察實驗變化，并詳細記錄實驗數據。這對于學生而言有一定的難度。

（三）教學重難點

教學重點：理解水蒸發現象的原理，知道水蒸發與溫度之間的關系；激發學生的學習思維，讓學生大膽想象，提出自己的建議和看法。

教學難點：直觀地理解水分子從液態變為氣態，或從氣態凝結成液態的過程；仔細觀察實驗變化，記錄實驗數據。

（四）教學目標

以科學課程所要培養的科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任四大核心素養為主，以課程標準規定的內容要求和學業要求為依據，合理設計教學目標。表1為“水到哪里去了\"的教學目標。

二、教學過程

（一）課堂導人

教師展示圖片，引導學生仔細觀察并思考。如圖1、圖2所示。

師：同學們，請看大屏幕中的兩張圖片，誰能告訴老師圖1中的男生在干什么？

生：老師，他在用干手器吹手。

師：對！那么他為什么要這么做呢？

生：因為他剛剛洗過手，想把手吹干。

師：很好！我們再來看圖2，你們發現這兩杯水有什么不同嗎？

生：左邊玻璃杯里的水比右邊的多。

師：很好，你注意到了兩杯水的量不同。現在老師告訴大家，其實你們看到的是同一杯水。

生：老師，這是為什么呢？

師：這個問題非常好！就像圖1中使用干手器能夠把手吹干是一樣的道理，圖2中將一杯水（環境不變的情況下）靜置一段時間后，水量變少了，這些都屬于水的蒸發現象。這也是我們今天要學習的新知識—“水到哪里去了”。

（設計意圖：教師通過展示圖片，在與學生的交流與互動過程中成功引入新課題，激發學生的好奇心和探究欲，為接下來的學習做鋪墊。）

（二）創設情境，激發興趣

教師準備一個透明的塑料瓶，并向瓶中灌滿水，將瓶口密封嚴實。然后，教師引導學生思考：“同學們，請仔細觀察這個瓶子，如果我們對其進行加熱，瓶里的水會發生什么變化？\"學生圍繞問題展開了激烈的討論：有的學生猜測，水會受熱變成水蒸氣；有的學生則認為，水蒸氣會在瓶內凝結成水珠…

師：同學們討論得非常好，想法也很多。對這個瓶子加熱后，瓶中會出現很多水蒸氣，那么這些水蒸氣能去哪里？會不會在瓶中形成新的水珠？或者跑到瓶外去？大家可以大膽想象一下，發表自己的觀點和看法。

在教師的鼓勵下，學生更加積極地表達自己的看法：有的學生認為，依據熱脹冷縮的原理，水蒸氣會跑到瓶外；有的學生認為，受到瓶內空間的限制，水蒸氣會在瓶內出現凝結現象；有些學生則認為，在加熱過程中瓶內的水蒸氣會出現凝結，還會有少量的水蒸氣附著在瓶壁上。為了驗證這些想法，教師可以和學生一起做實驗，讓學生主動參與到實驗中，見證水的變化，親身體驗科學探索的過程，對科學知識產生濃厚的學習興趣。

（設計意圖：通過創設情境，教師引導學生思考水及水蒸氣在密封狀態下的受熱變化情況，了解溫度對水蒸氣狀態的影響，鼓勵學生大膽表達自己的想法，利用實驗為學生提供直觀的科學探究場景。）

（三）感知體驗，理解蒸發

1.寫字游戲

在這個教學環節，教師可以設計一個趣味性較強的實驗活動一寫字游戲，增強學生對蒸發現象的理解。在實驗教學中，教師用一塊濕抹布在黑板上寫出一個大大的清晰的“水\"字。為了讓班內學生都能清楚地看到“水\"字，教師要確保字體足夠大。接下來，教師讓學生仔細觀察這個“水\"字隨著時間的流逝會發生哪些變化。學生發現，教師用濕布寫完“水”字后，字跡會慢慢變干，會從最初的濕潤狀態變得越來越干，越來越模糊，直到水分蒸發后，字跡完全消失。在這個過程中，學生可以直觀地感受到水分從液態轉變為氣態的過程，進而理解水蒸發的概念。

在觀察過程中，教師可以引導學生思考：“水\"字蒸發到哪里去了？它為什么會逐漸變模糊，直到消失不見？拋出問題后，教師鼓勵學生以小組形式進行討論，發表建議和看法，總結出正確答案。

（學生對教師提出的問題產生了強烈的好奇心，并帶著問題進入了討論環節。）

師：好！同學們討論得非常認真，剛才老師用濕布寫的“水\"字去哪里了？哪個同學能回答？

生：它隨著水分的不斷蒸發變成了水蒸氣。

師：回答得非常好。水變成水蒸氣的過程叫做水的蒸發，蒸發過程會受到溫度和環境的影響。那么大家在日常生活中有沒有見過水蒸發的現象呢？

生：老師，我見過！比如，夏天的時候，地面上的水跡很快就會干掉，那就是水蒸發了吧？

師：沒錯，你觀察得很仔細。當溫度升高，水蒸發的速度也會加快。還有其他同學有類似的發現嗎？

生：老師，我注意到有時候衣服濕了，晾在外面很快就干了。這也是水蒸發的現象嗎？

師：非常好，你提到了一個很常見的例子。濕衣服變干，就是水的蒸發過程。

生：老師，那我們做飯的時候，水煮沸后會有蒸氣，那個蒸氣是不是就是水蒸發后形成的？

師：完全正確。水沸騰時產生的蒸氣，也是水蒸發后形成的水蒸氣。這說明水在高溫下蒸發得更快。

師：通過大家的討論，我們可以發現水蒸發現象在我們的日常生活中很常見。希望大家能夠通過這些例子更好地理解蒸發這一自然現象，并在今后的學習中繼續探索和發現更多的科學知識。

（設計意圖：通過這樣的活動，學生不僅能夠直觀地觀察到蒸發現象，還能在教師的引導下，逐步形成對物質狀態變化的基本認識。這種將抽象科學概念與學生日常生活經驗相結合的教學方法，能夠有效地提高學生的學習興趣，進一步培養學生的創新思維。）

2.小組實驗，理解“蒸發吸熱”

在“水到哪里去了”的教學中，教師可以通過一個簡單的實驗來幫助學生理解“蒸發吸熱”的概念。需要準備的實驗材料包括：大小和形狀相同的兩個透明杯子、棉簽、保鮮膜、橡皮筋以及清水。準備好后，教師指導學生按照步驟進行實驗。實驗組的操作任務為：用棉簽在一個透明杯子里涂少量的水，無蓋，靜置一段時間后觀察水的蒸發現象。對照組的操作任務：在另一個透明杯子里涂入相同量的水，把杯蓋擰緊，與實驗組的蒸發現象進行對比。實驗組和對照組的操作任務完成后，將這兩個杯子放置在相同的環境下，如窗臺邊或者講臺的同一桌面上，確保其在相同的光照和溫度條件下。這樣不僅可以控制變量，還能保障實驗結果的精準性。學生應參與整個實驗過程，仔細觀察兩個杯子中水的變化，并詳細記錄

觀察結果。

學生觀察發現：沒有蓋子的杯子中，水很快就蒸發了，在光照和溫度的影響下，水分子更容易從液態轉變為氣態蒸發到空氣中；而另一個密封的水杯，不利于水的擴散和蒸發，蒸發的速度較慢。通過對比實驗，學生可以更深刻地理解蒸發過程中熱量的轉移，以及周圍環境對它的影響。

（設計意圖：這個實驗不僅能夠讓學生觀察蒸發的過程，還能讓其感受到蒸發吸熱的現象，即水在蒸發時會帶走熱量。這也是夏天洗澡會感覺涼爽的原因。通過這樣的實踐活動，學生能夠將抽象的科學概念與實際相結合，從而更深入地理解和掌握蒸發的原理。）

（四）提出問題，引導探究

在科學實驗教學中，問題可以激發學生的好奇心，提高其課堂注意力，使其快速進入自主學習狀態。同時，在問題的引導下，學生能夠進行更深層次的思考，增強分析和推理能力，促進自身創新性思維的發展。教師可以設計不同類型的問題，如觀察性問題、預測性問題、關聯性問題等，然后根據問題類型依次向學生進行提問。

第一，觀察性問題。

1.當我們把水倒在地上，一段時間后它消失不見了。那么它去哪里了呢？

2.為什么濕衣服在陽光下比在陰涼處干得更快？

3.洗完手后，不擦手，手上的水分會越來越少，這和水的蒸發有什么關系？

4.把水放在冰箱的冷凍層，水會變成冰塊；把冰塊放到常溫狀態下，它會慢慢變成水。這是一種什么現象呢？

第二，預測性問題。

1.夏天，我們把一杯水放在炎熱的戶外或陰涼的室內，哪里會蒸發得更快？為什么？

2.在一杯水中加入冰塊，會影響水的蒸發速度嗎？為什么？

3.有兩個容器，一個容器中水的表面積是另一個的兩倍，哪個容器中的水蒸發得更快？

第三，關聯性問題。

1.水的蒸發和我們日常生活中的哪些現象有關？

你能舉出一些例子嗎？

2.為什么沙漠中的湖泊會逐漸消失？這是水的蒸發現象嗎？

3.降雨量少時，地面很快就干了。請問地面的水到哪里去了？

（設計意圖：通過設計不同類型的問題，引導學生進行思考和探究，理解水蒸發會受到哪些因素的影響，促使學生主動參與到課堂學習中，激發學生思考，引導其發現問題、分析問題、解決問題，為后續的學習打基礎。）

（五）猜想還有哪些水消失了，鼓勵學生進行思維碰撞

在上述實驗環節，學生對水的蒸發有了一定的認識和理解，他們還提出了各種與蒸發有關的問題。在此基礎上，教師可以進一步引出本課重要的科學概念一“蒸發”，引導學生深入思考。

師：在剛才的實驗中，我們知道了杯子中的水分會隨著環境和溫度的變化蒸發到空氣中。除了老師剛才提到的那些與水蒸發相關的問題，你們還能舉出其他例子嗎？

生：冬天，路面的積雪會融化成水，然后慢慢消失。

生：汗水在皮膚表面蒸發，這也屬于水蒸發現象吧！

生：早晨的霧和露水在太陽升起后會逐漸消失。

生：在降雨量較少的情況下，河水水位會逐漸下降。

師：非常好！說明日常生活中這樣的例子有很多，由于課堂時間有限，我們就不一一列舉了。那么，通過上面的學習，大家理解蒸發的概念了嗎？

生：理解了。

師：大家怎么理解蒸發這一概念？

生：水從液態變成氣態的過程，就是水蒸發的過程。

師：很好！蒸發是液體發生的汽化過程，蒸發快慢會受到溫度的影響，蒸發過程中會吸收熱量。另外，蒸發量是指一段時期內由于蒸發而擴散到大氣中的水分，一般用毫米來表示。

教師借助實驗探究的方法，提出“蒸發\"的概念，不僅有助于學生更深人地理解這一概念，還能促進其由認識現象到掌握本質的轉變。此外，教師還可以引導學生描述觀察到的各種蒸發現象，幫助學生更深入地理解并掌握“蒸發\"的含義，使其更好地將其所學與日常生活結合起來。這樣的教學方式能促進學生思維的拓展，為其帶來新的學習思路，提出具有實際意義的問題，進一步提升學生發現問題和提出問題的能力。

（六）總結水消失之謎

為了進一步增強學生的鑒賞和創造能力，教師還可以融合多學科知識，實現跨學科的互動教學。在布置作業時，教師可以采用如編寫故事、畫畫等多種方式激發學生的創新思維，幫助其更深人地理解所學知識。為了解釋\"水為什么會消失\"這一問題，教師鼓勵學生利用本節課的“水到哪里去了”這一主題，創作一個故事、一首詩歌或一幅插圖，以幫助學生鞏固課堂上所掌握的科學知識。

三、教學思考

在新課改背景下，創新思維是學生學習過程中不可或缺的。因此，在小學科學實驗教學中，教師應注重培養學生的創新思維，引導學生用新穎、獨特的思維方式解決學習中遇到的各種問題。教師要基于創新思維培養學生的動手實驗意識，激發學生的學習熱情，增強學生的探索欲望，提高學生的實際操作能力。

在開展科學實驗教學活動時，教師應基于學生的學習興趣和需求，在教學中對其進行針對性的幫助和指導，促使其主動發現問題、分析問題和解決問題。此外，教師應采取科學的教育方法培養學生的科學精神，使其具有嚴謹的科學態度。

（作者單位：甘肅省蘭州市城關區五里鋪小學）

編輯：蔚慧敏