遵循“五性原則” 改善《風的成因》實驗

〔摘" "要〕" 對于小學生而言，實驗是他們在學習科學之旅中不可或缺的關鍵環節。對實驗方法和流程進行優化與創新，對實驗教具的開發和創新，是顯著提高小學科學實驗教學成效、增強教學品質的有力舉措。本文以教科版科學三年級上冊《風的成因》為例，深入探討了用安全性、科學性、直觀性、開放性、簡便性五大原則，改善實驗的策略，并通過實踐案例分析，展示了改進實驗在激發學生興趣、培養科學素養方面的積極作用，為小學科學實驗教學的實踐與探索提供了寶貴的借鑒與啟示。

〔關鍵詞〕" 小學科學；實驗教學；改善

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0076-03

根據《義務教育科學課程標準（2022年版）》的導向，科學實驗在小學科學教育中處于核心地位，在培養學生的科學素養、激發探究潛能及促進創新意識發展中發揮著不可或缺的作用。然而，傳統實驗教學面臨著諸多挑戰，包括實驗材料的安全性問題、實驗裝置的科學性不足以及實驗現象的不直觀性，這些問題嚴重影響了實驗教學的效果。小學科學教育作為培養學生科學素養的起始階段，實驗作為科學學習的核心方法，對于激發學生的學習興趣、培養科學思維和實踐能力具有不可替代的作用。因此，優化實驗教學、設計和創新實驗教具，以構建高效的小學科學課堂，這不僅是提高教學品質的當務之急，也是培育學生科學素養的關鍵途徑，已成為科學教育工作者直面的重要挑戰。

一、改善實驗的原則案例剖析

（一）遵循安全性原則：優選實驗材料，保障安全與環保

確保實驗教學的安全性是開展實驗教育的基礎，這不僅涉及實驗設備和材料的安全性，還包括操作過程的安全性。選擇既安全又環保的實驗材料是確保實驗教學安全性的基石。在教學實踐中，教師應優先考慮使用這類材料，并引導學生嚴格按照正確的操作流程進行實驗，增加實驗過程的安全保障。

以教科版科學三年級上冊《風的成因》課程中的模擬實驗為示例，為了直觀展示風的流動，傳統方法常采用點燃蚊香，然而蚊香燃燒時會釋放出難聞的氣味，并伴有潛在的安全風險。為了兼顧實驗的安全與環保要求，我們決定用倒流香來替代蚊香。倒流香所產生的煙霧既安全又無毒，非常適合學生在相對封閉的教室環境中開展長時間的小組實驗活動。此外，我們采用亞克力板來制作實驗盒，替代了易燃的紙盒，從而有效消除了因使用紙盒而可能引發的火災風險。此外，我們還用兩個涂有感溫材料的陶瓷燈替換蠟燭，只需按下開關就可以控制左右兩個陶瓷燈的溫度，不僅加熱速度快，還具備出色的防水性能。

在實際教學中，我們對兩個班級進行了對比實驗。一個班級采用傳統的蚊香和紙盒進行實驗，另一個班級運用改良后的倒流香和亞克力板實驗盒進行相關研究。結果顯示，使用改進材料的班級學生在實驗過程中展現出更高的專注度，實驗操作更加規范，實驗結果也更加明顯。在實驗結束后，我們對兩個班級的學生進行了問卷調查，結果發現使用改進材料的班級學生對實驗的安全性和環保性給予了更高的評價。他們表示在實驗過程中沒有聞到刺鼻的氣味，也不用擔心實驗材料的安全問題，使他們能夠更安心地進行實驗操作。

（二）遵循科學性原則：升級實驗裝置，提升科學精準度

實驗器材是確保實驗教學順暢開展的核心保障，一套優秀的實驗設備，首先要能夠清晰地展示實驗現象，方便學生收集相關證據；其次，它應具有抵抗外界干擾的能力，以降低實驗誤差，確保實驗結果的準確性。以《風的成因》這堂課為例，我們從教學所依據的概念出發，“自然風的產生源于空氣溫度的差異，這種溫差促使冷熱空氣流動，從而形成風”。為了幫助學生深入理解這一原理，實驗設計應包含對比實驗的元素，即設置無溫差空氣不形成風的對照組，以及冷熱空氣形成風的實驗組；同時，實驗還應以直觀的方式呈現各種數據和現象，例如溫度的數值變化、風速的大小以及空氣流動的可視化表現等等。基于上述考慮，筆者對實驗設備進行了改進與優化，以增強實驗的科學性，具體改進方案詳見下圖。

改進的實驗裝置由兩個實驗盒組成，盒子里有兩個涂有感溫材料的陶瓷燈，可用來制造冷熱空氣；中間是一個連通管道，管道的上方還放有一段倒流香，通過點燃倒流香能讓連通管內產生煙霧；中間還連接著風速檢測儀，可以測量管內風速大小；管道兩邊裝有抽拉式擋板，可以堵住中間管道任意一邊的風口，控制空氣的流動，在兩個實驗盒內部均配備了數顯溫度計，能夠迅速準確地反映出盒內空氣的溫度；盒子向上的開口處還裝有置放式風輪，觀察連通管內煙霧流動情況和風輪轉動情況，便能判斷是否有風形成以及風的方向。裝置左右兩邊做成開關式抽屜，配備錫箔杯使用，不僅有利于內部散熱，還便于更換內部物質，操作便捷。

1.改良實驗構造，避免外界干擾。在進行探究性實驗時，我們應致力于開發出一種通用性強的實驗設備，確保其能夠在不同的環境下順利使用。同時對于那些實驗結果容易受到外部因素干擾的實驗設計，進行優化改進，以確保實驗操作的簡便性以及實驗現象分析的準確性。以《風的成因》實驗為例，該實驗容易受到兩方面的外界干擾：一是用于指示空氣流動方向的煙霧可能會因外部氣流干擾而產生偏移；二是當彩條和蚊香由手持進行實驗時，手部的抖動可能會改變煙霧的流動方向以及彩條的擺動情況。因此筆者用亞克力板設計了一個聯通裝置，便于學生操作，減少人為抖動的影響；采用細長形的連通管道，并借助倒流香自上而下流動的特性，讓煙霧在相對封閉的實驗裝置中流動，從而減少外界因素對煙霧飄動的干擾。

2.增加數字儀器，實現定量分析。科學實驗正朝著定量化方向發展，通過對實驗裝置的優化升級，我們在每個實驗盒的頂端都安裝了數顯溫度計，在中間管道安裝了風速傳感器，這樣能夠迅速且精確地顯示出實驗盒內空氣的溫度以及管道內風速的具體數值。在開展分組實驗時，學生能夠精確地記錄每個實驗盒內的空氣溫度以及管道內的風速。實驗完成后，教師可借助班級記錄表收集各小組記錄的數據和觀察到的實驗現象，進而運用數學統計方法，引導學生對這些數據進行整理、分析和對比。結合實驗觀察到的現象，學生得出了“空氣受熱上升，周圍冷空氣隨之補充形成風，且溫差越大，風速越快”的結論。這種數據可視化的改進，不僅讓學生能夠更直接地觀察實驗現象，還培養了他們分析數據、歸納結論的能力，提高了實驗的科學價值和教育意義。

（三）遵循直觀性原則：整合多元器材，實現實驗可視化

鑒于小學生主要是通過形象思維來理解和認知世界，因此實驗現象的直觀展示對于他們把握科學概念、規律以及激發對科學實驗的興趣具有極其重要的作用。將不同的實驗器材組合起來，使實驗現象變得可視化，是提升實驗教學質量的有效方法。在《風的成因》這一課中，由于空氣本身是看不見摸不著的，我們需要借助其他的物質來顯示其流動情況，并且使用測量工具來監測其溫度的變化；風同樣難以直接感知，因此需要利用一些物體來間接證明其存在。在本實驗的改進過程中，我們整合了多種實驗器材，充分發揮它們的作用，以達到可視化的效果。例如，通過觀察倒流香煙霧在連通管中的流動方向來確定空氣的流向，利用能夠顯示周圍空氣溫度的數顯溫度計來了解實驗盒內的溫度變化；利用風速儀來顯示管內風速的大小；通過風輪的旋轉情況來判斷是否有風的產生及其流動方向。這些改進措施不僅使學生能夠更清晰、準確地觀察實驗現象，還能將抽象的概念轉化為直觀的現象，幫助學生通過現象看本質，從而有效突破教學中的難點。

（四）遵循開放性原則：拓展實驗方案，激發學生開放性探究

在開展探究性實驗的過程中，激活學生的思維是至關重要的。開放性探究對于啟迪學生的思維具有不可替代的作用。因此，教師在優化實驗設計時，應秉持開放性原則，提供豐富的實驗方案，營造寬松的探究環境。教師應引導學生自主進行實驗設計、操作和探究，同時鼓勵他們提出創新性的觀點，接納不同的發現，并允許得出多樣化的結論。以《風的成因》這堂課為例，教師巧妙地設計了包含兩個實驗盒的裝置，每個實驗盒內都配備了陶瓷加熱燈。學生小組可以自由決定加熱哪一側的空氣，并據此自主設計模擬對比實驗，這樣的設計充分體現了開放性探究的精神。匯報設計方案時，我們發現有些小組只加熱左邊陶瓷燈，跟右邊實驗盒對比；有的小組只加熱右邊陶瓷燈，跟左邊對比；還有個小組兩邊陶瓷燈都加熱，由于產生的熱量不同，同樣可以形成溫差引起空氣的流動。經過改良的實驗設備為學生帶來了豐富的實驗選擇，極大地迎合了他們對開放性探究的渴望。這不僅激發了學生思維的多樣性，還顯著提升了他們的創新思維能力，為他們的科學探索之旅注入新的活力。

（五）遵循簡便性原則：簡化操作流程，預留思考空間

1.擴展探究，深化理解。裝置左右兩邊做成可開關式抽屜，配備錫箔杯使用，不僅有利于空間內部散熱，還便于更換內部物質，操作便捷。該設備進行升級后不僅可以進行原教材實驗，還可以在裝置的左右兩邊裝上水和沙子，用來模擬自然界中不同地貌，探究自然風產生的原因。

教師引導學生結合模擬實驗的現象和原理，大膽推測大自然中風形成的原因。學生在交流中會有疑惑，在自然界中，同一個地方同時都有太陽照射怎么也會形成風？這時引導學生進行拓展實驗，在裝置的兩邊分別放上水和沙子，再用陶瓷燈同時加熱水和沙子，發現同樣條件下，水和沙子升溫快慢不同，形成溫差，也會產生風。

2.邏輯推理，激活思維。引導學生觀看嫦娥六號在月背展開國旗的視頻，并提出問題“只有冷熱溫差，但空氣沒有流動會有風嗎？”引發學生深度思考。學生使用創新裝置進行探究實驗，這時引導學生用擋板將管道的一端堵住，空氣沒有流動。學生發現倒流香的煙會豎直向下，風輪靜止，風速為0，從而深刻認識到不僅要有冷熱溫差，還必須有空氣流動才能形成風。

二、改善實驗教學效果分析

在實際教學中，我們對兩個班級進行了對比實驗。一個班級使用傳統教具的實驗方案，另一個班級使用改進教具后的實驗方案。結果顯示，使用改進后的實驗方案的班級學生在實驗過程中表現得更加積極主動，他們不僅能夠自主設計實驗方案，還能夠根據實驗結果進行深入分析和討論。同時能夠清晰地觀察到實驗現象，準確描述和解釋這些現象，更加迅速地完成實驗操作，這樣節約了大量的時間。這些節約出來的時間被用于學生的思考、討論和交流，使學生能夠更加深入地理解和掌握科學知識。

實驗結束后，我們對兩個班級的學生進行了測試，發現改進教具的班級學生在科學知識的理解和應用方面表現得更加出色。這說明實驗教具的優化改進對于提高實驗教學效率和學生的學習效果、促進學生的開放性探究和創新能力發展、提高實驗的科學性和學生的科學思維能力具有重要的作用。

三、結語

總的來說，在新課程標準的框架內，進行小學科學實驗教學時，實驗的改進需充分考慮學生的認知水平，并嚴格遵循五個基本原則。通過使用改進后的實驗設備，旨在強化學生的證據收集意識，激發他們的理性思考，促進科學概念的理解與應用，進而幫助學生更深刻地掌握科學原理。這樣的教學方法能夠使科學實驗課堂更加生動活潑，有效提升學生的實驗操作技能，豐富他們對科學知識的認知，并推動學生科學素養的全面提升。

參考文獻

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