研發“微實驗”

〔摘" "要〕" 研發小學科學“微實驗”，要鼓勵學生動手、動腦，促進學生具身性認知。探究型“微實驗”有助于促進學生對科學知識理解；對比型“微實驗”能提升學生科學研究能力；模擬型“微實驗”能優化學生科學學習品質；模型型“微實驗”能完善學生科學學習方法。在引導學生科學“微實驗”實踐中，教師要喚醒學生的創新欲望，發掘學生的創新潛質、潛能，不斷提升學生的科學學習、研究過程中的創新能力、創新品質。本文對小學科學“微實驗”的研發進行了探索。

〔關鍵詞〕" 小學科學；“微實驗”；研發

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）22" " 0070-03

實驗是學生科學學科學習的重要方式。小學科學學科中的實驗內容是十分豐富的，實驗方式也是多樣化的，如探究型實驗、對比型實驗、模擬型實驗、模型型實驗，等等。在小學科學教學中，教師要激發學生的科學實驗興趣、調動學生的科學實驗積極性，讓學生積極主動地開展科學“微實驗”。“微實驗”是學生科學實驗的一種方式，它通常嵌入學生的科學學習過程，具有實驗時間短，操作簡易可行，參與主體廣泛、多元，實踐個性化等特質。科學“微實驗”能促進學生的科學認知走向深入，促進學生的科學思維走向深刻。

一、探究型“微實驗”，加深學生對知識的理解

探究是學生科學學習的一種重要方式。探究型的“微實驗”，就是以相關探究材料為載體、媒介，以嘗試、推理等活動為主要方式的一種實驗過程。教師要引領學生的科學探究方向，豐富學生的科學探究路徑，提升學生的科學探究質量，優化學生的科學探究品質。通過科學探究，讓學生把握科學知識本質，領悟科學知識的核心要義。

例如，在教學蘇教版科學三年級上冊“認識空氣”這一部分內容時，需要學生掌握的科學知識點主要有“空氣占據空間”“空氣可以流動”“空氣有彈性”“空氣可以被壓縮”等相關內容。而“空氣占據空間”是其他相關知識點的基礎。為此，教師可以立足于“空氣”“空間”這樣的兩個概念，來引導學生認識它們之間的關系。事實上，“空間”本身就是一個抽象的科學概念。如何讓學生認識到空間這一概念呢？筆者在教學中設計研發了一個探究型的“微實驗”——“空氣排水裝置”，并將“微實驗”嵌入學生的科學課堂學習之中。

“微實驗”器材：吸管、礦泉水瓶等；

“微實驗”方法：探究實驗法；

“微實驗”過程：將一根吸管懸在礦泉水瓶中的水的上方，但不接觸水；將另一根吸管插入水中，并且將瓶口密封。然后讓學生用嘴向懸在瓶中水的上方的吸管中吹氣。由此，學生能直觀地看到水從插入水中的吸管中噴出來。

“微實驗”思考：水為什么會從吸管中噴出來呢？

“微實驗”結論：原來瓶中有一定的空氣，它們占有一定的空間。向瓶中吹氣，讓空氣的壓力增加。在空氣壓力的作用下，瓶中的水就會從插入水中的吸管中噴出來。

這樣的探究型的“微實驗”，能讓學生直觀感知、體驗到空氣占有空間，能理解空氣具有一定的壓力，同時也能認識到空氣有彈性等諸多的特性。在小學科學教學中，教師要通過設計、研發探究型“微實驗”，來助推學生對科學知識的認知、理解。在探究型“微實驗”實踐中，教師要善于激發學生的認知沖突，從而激發學生的探究型實驗興趣、調動學生的探究型實驗積極性，讓學生積極主動地投身到探究型實驗活動中。同時，通過探究型實驗，讓學生積極主動地化解認知沖突。

二、對比型“微實驗”，增強學生科研能力

對比型“微實驗”是小學科學“微實驗”的重要方式。在對比型“微實驗”中，教師要引導學生科學應用“控制變量法”，設置“控制變量”，從而探究“變量”與“變量”之間的關系。在這個過程中，教師要引導學生主動地摒棄“無關變量”的干擾，積極篩選、探尋“有效變量”。因此，在對比型“微實驗”中，教師要引導學生積極主動地比較“變量”，思考“變量”之間的關系，從而把握“變量”與“變量”之間的關系。

例如，在教學蘇教版科學五年級上冊“電磁鐵”這一部分內容時，為了引導學生認識、理解“磁極可變”“磁力大小可調節”等相關內容，筆者引導學生采用“控制變量法”，進行對比性的實驗。為了深化學生的探究，筆者首先引導學生探究“磁極可變”。學生首先猜想“電磁鐵的磁極可能與電流方向、線圈繞向”等相關因素有關。在此基礎上，學生展開“微實驗”操作。

“微實驗”器材：鐵釘、電池、導線、銅絲、指南針等。

“微實驗”方法：控制變量法；對比實驗法。

“微實驗”過程：學生在實驗過程中，首先探究電流方向改變對電磁鐵磁極方向的改變。為此，學生選擇了相同鐵釘、相同導線等相關實驗器材，然后在安裝電磁通路的時候，改變電池的電極方向，再用小小的指南針驗證。

“微實驗”思考：為什么電池的電極方向改變，指南針的方向也改變呢？指南針的方向改變說明電磁通路中的什么改變了？

“微實驗”結論：改變電流的方向可以改變電極方向。

在這樣的一個“微實驗”中，教師引導學生采用“控制變量法”實驗，進而讓學生熟悉對比型“微實驗”的方法流程。在此基礎上，引導學生繼續應用控制變量法，探究線圈繞向改變與磁極方向改變的關系，探究增加電池節數（即增加電流強度）與電磁力大小的關系，探究增加線圈的匝數與電磁力大小的關系，等等。通過對比實驗，學生有了“意外”的發現，促進了學生的認知進階、思維進階，幫助學生形成更為廣闊的科學視野。

三、模擬型“微實驗”，提升學生學習品質

模擬型“微實驗”，是一種常用的科學研究方法。在小學科學教學中，教師可以引導學生借助相關的資源、素材等，來模擬有關情境，引導學生探尋模擬情境中的相關現象、過程。模擬型“微實驗”主要是模擬真實世界的現象，是一種替代性的實驗。在模擬型“微實驗”過程中，教師可以讓學生積極主動地調控研究變量，可以引導學生展開重復性的模擬型實驗。相較于其他的實驗，模擬型實驗是一種通過虛擬性的實踐活動來探尋世界的一種活動。模擬型的實驗，是架構理論與現實之間聯系的重要橋梁。

例如，教學蘇教版科學五年級下冊《四季循環》一課時，為了引發學生的猜想、優化學生的猜想，筆者設計、研發了相關的模擬型“微實驗”，以促進學生對相關科學知識的認知、理解。如引導學生“探究地球傾斜與直射、斜射的關系”，引導學生探究“直射、斜射對溫度的影響”，從而讓學生深刻地理解地軸傾斜在四季變化、四季循環中的功能、作用。

“微實驗”器材：燈泡、地球儀、牙簽、橡皮泥、溫度計、信封等。

“微實驗”方法：模擬型的實驗法。

“微實驗”過程：將牙簽、橡皮泥及直立擺放的地球儀發給學生，讓學生將牙簽分別用橡皮泥粘貼在赤道、北半球上，然后讓學生模擬地球圍繞著太陽公轉，用地球儀圍繞著燈泡沿著橢圓形的軌道旋轉一周，引導學生觀察。學生發現，盡管赤道、北半球的影長不同（赤道影長短、北半球），但對于一個地區來說，地球直立公轉不會出現季節變化。由此，學生猜想，地球可能是傾斜著公轉的。在此基礎上，讓學生繼續展開模擬型實驗，即其他條件不變，讓地球傾斜一定的角度圍繞著太陽沿著橢圓形的軌道旋轉。

“微實驗”結果：通過這樣的對比型、模擬型的實驗，讓學生認識到了地軸是傾斜的，正是由于地軸傾斜，才產生了太陽的直射、斜射。在此基礎上，進一步引導學生做科學“微實驗”，即探究地球影子長度影響氣溫等，讓學生用溫度計驗證光源直射的信封內的溫度高于光源斜射信封的溫度等。

模擬型實驗，一般是指在沒有實體情況下進行的一種虛擬性的實驗。在小學科學模擬型實驗中，教師還可以借助計算機輔助軟件來幫助學生進行科學“微實驗”。小學科學模擬型“微實驗”，能活躍學生的科學思維，能發揮學生的科學想象，能激發學生的科學創造力。在小學科學教學中，教師要為學生提供模擬型實驗的平臺，賦予學生充分展開模擬型實驗的自主權，引導學生準備模擬型實驗的素材、資源等，啟發學生展開多向度的模擬型實驗方法思考、嘗試，讓學生展開積極的、主動的模擬型實驗。通過模擬型實驗，加深學生對科學知識的認知、理解。

四、模型型“微實驗”，鼓勵學生提出問題

好的科學“微實驗”，不僅僅與教學內容密切相關，同時還能激發學生的科學學習興趣。在小學科學教學中，教師設計研發的科學“微實驗”，既要體現科學學科課程知識的科學性，同時又要契合學生的認知、年齡和心理特征。要通過微型實驗，啟發學生在科學學習過程中提出問題、分析問題和解決問題。模型型“微實驗”，要能啟發學生的結構性思維，幫助學生厘清相關的認知分歧。在模型型“微實驗”中，教師要鼓勵學生自主設計、自主開發、自主組織、自主實施、自主應用。通過模型型的“微實驗”，幫助學生化解科學學習的疑點、盲點，幫助學生消除科學學習的堵點、痛點等。

例如，在教學蘇教版科學四年級下冊《擺的研究》一課時，很多學生在學習前頭腦中都存在著迷思性的概念和相異性的構想，即很多學生認為“擺的快慢與擺錘的質量有關”“擺的快慢與擺幅有關”等，也有部分學生認為“擺的快慢與擺繩的長度有關”，等等。學生為此還基于自我的生活經驗給出了相關的答案，如生活中時鐘慢了，就會調節鐘擺的長短等。為了讓學生消除認知的分歧，筆者組織學生設計、研發模型型“微實驗”，來消除學生的迷思概念、相異構想。

“微實驗”器材：細線、重物、計時器等。

“微實驗”方法：模型實驗法。

“微實驗”過程：在研究擺的快慢與什么因素有關這一問題時，筆者引導學生借助細線、重物等展開模型型的實驗。學生分別增加擺錘的質量、初始擺幅的大小、擺繩的長短等相關的變量，展開模型型實驗。通過科學“微實驗”，學生能超越原先自我的迷思經驗、相異構想，進而形成科學的概念、觀念。

“微實驗”結論：擺的快慢與擺繩的長短有關。

模型型實驗不同于模擬型實驗，模擬型實驗往往是一種虛擬性的實驗，而模型型實驗則是一種實體性的實驗。模型型實驗往往是在大小比例或者簡易程度等方面與生活原型不同而進行的一種優化性實驗。通過模型型的實驗，學生能獲取相關數據，并能對數據進行分析。科學模型來源于生活原型，在科學教學中，教師要引導學生觀察生活中的現象，思考生活中的問題，從而幫助學生積累模型型實驗的原材料、原現象等的表象。同時，在科學教學中，教師要深入發掘科學學科知識的生活原型，并依據生活原型引導學生展開模型型“微實驗”。實踐證明，模型型“微實驗”，能將抽象化的科學知識變得直觀、生動、形象、具體。在小學科學教學中，教師要圍繞科學教學的重難點內容組織學生設計、研發、實施模型型“微實驗”，幫助學生實現認知、思維的突破，促進學生科學認知、思維等的發展，從而克服自我的迷思概念、相異構想。

設計研發小學科學“微實驗”，要鼓勵學生動手、動腦，要讓學生的多種感官協同參與科學實驗，讓學生用眼睛深入地看、用耳朵深入地聽、用大腦深入地思考。從某種意義上說，學生的科學“微實驗”的過程就是學生具身認知的過程。在指導學生展開科學“微實驗”的實踐中，教師要喚醒學生的創新欲望，發掘學生的創新潛質、潛能。要鼓勵學生循著自己的創新思維路向積極主動地展開探索。在科學教學中，教師要鼓勵學生的創新發現，引領學生的創新實踐，從而不斷提升學生的創新能力、實踐品質。

參考文獻

[1]王紅艷，胡衛平.基于思維型教學理論的科學概念問題式教學策略研究［J］.中國科技教育，2021（9）：10-13.

[2]韋鈺，PROWELL.探究式科學教育教學指導［M］.北京：教育科學出版社，2005：47.

[3]喬治國.淺談小學科學探究材料選擇的價值取向［J］.小學科學（教師版），2015（7）：9.

[4]陳增芬.讓好問題點亮課堂［J］.課程教材教學研究：小教研究，2021（Z5）：38-39