重視探究實(shí)驗(yàn)材料的設(shè)計(jì)和改進(jìn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才

袁友軍

《科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出了“科學(xué)學(xué)習(xí)要以探究為核心”這一基本理念，科學(xué)探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是科學(xué)的學(xué)習(xí)方式。實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)探究的主要方式，是論證猜想和假設(shè)的實(shí)質(zhì)性過(guò)程，是知識(shí)的發(fā)源地和素質(zhì)提高的有效手段，因此可操作的、成功的實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)的基石。學(xué)生的分組活動(dòng)貫穿了整個(gè)小學(xué)科學(xué)教學(xué)的始終，而分組活動(dòng)開(kāi)設(shè)的成功與否關(guān)鍵就在于探究材料的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。但在教學(xué)實(shí)踐中，從教師對(duì)材料的準(zhǔn)備到學(xué)生動(dòng)腦實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)時(shí)常伴隨一些苦惱，如教材所建議的很多探究實(shí)驗(yàn)不盡合理、實(shí)驗(yàn)室和材料包無(wú)匹配的實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)復(fù)雜難以實(shí)施、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象模糊或者對(duì)比效果不明顯等。對(duì)于這些現(xiàn)象，作為科學(xué)教師應(yīng)因地制宜，適時(shí)改進(jìn)。教學(xué)實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到教學(xué)的成功與失敗，利用好了，能夠培養(yǎng)更多的創(chuàng)新人才。下面，筆者就科學(xué)教學(xué)中的一些探究實(shí)驗(yàn)材料的設(shè)計(jì)和改進(jìn)談?wù)剛€(gè)人的一些具體做法。

一、化模糊為科學(xué)

科學(xué)以其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)證邏輯特征，成為推進(jìn)人類文明進(jìn)步的重要方法和途徑。因此，“像科學(xué)家研究科學(xué)那樣進(jìn)行學(xué)習(xí)”是小學(xué)科學(xué)倡導(dǎo)的重要學(xué)習(xí)方式。因此，科學(xué)探究活動(dòng)必須符合清晰、準(zhǔn)確的要求，服從邏輯、事實(shí)，排除非科學(xué)因素的干擾，對(duì)探究材料設(shè)計(jì)和改進(jìn)必須具有科學(xué)性，科學(xué)探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)和材料的選用需要經(jīng)過(guò)科學(xué)的論證，必須符合科學(xué)探究的規(guī)律，只有這樣才能提高科學(xué)探究效果。但在科學(xué)教材中，有些探究活動(dòng)的安排就顯得比較模糊，對(duì)學(xué)生形成科學(xué)的概念會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

如《聲音的變化》一課中，教材安排了四個(gè)裝水量不同，但大小相同的杯子，通過(guò)敲擊來(lái)分辨聲音的高低變化，這一實(shí)驗(yàn)受到很多因素的影響，如杯子的材質(zhì)、敲擊的部位、玻璃的厚度等，受這些因素的影響，關(guān)于聲音的高低就有了很多的觀點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)上主要有三種觀點(diǎn)：①認(rèn)為是杯子上部的空氣振動(dòng)發(fā)聲，即水越多聲音越高；②認(rèn)為是玻璃杯和水一起振動(dòng)發(fā)聲，即水越多聲音越低；③認(rèn)為是杯子上部的玻璃振動(dòng)發(fā)聲，認(rèn)為水阻礙了下部玻璃的振動(dòng)，認(rèn)為是水越多聲音越高。既然在我們科學(xué)教師中都產(chǎn)生了這么多的爭(zhēng)議，我們?yōu)槭裁床荒苷{(diào)整思路，設(shè)計(jì)或改進(jìn)探究材料，使它更具科學(xué)性呢？其實(shí)也很簡(jiǎn)單，在教學(xué)中，我就準(zhǔn)備了四個(gè)裝水量不同的試管，用紅墨水將水染紅，使學(xué)生能直觀地看出水的多少不同，然后用吹的方法使試管發(fā)出高低不同的聲音。這樣，吹出來(lái)的聲音是由試管中的空氣柱振動(dòng)發(fā)出的，水少時(shí)，空氣柱較長(zhǎng)，發(fā)出的聲音就較低，水多時(shí)，空氣柱較短，發(fā)出的聲音就較高。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，不僅材料準(zhǔn)備簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，而且受無(wú)關(guān)因素的影響也很小。

二、化平淡為神奇

好奇是學(xué)生的天性，愛(ài)玩是學(xué)生的本能。探究材料的趣味性能使學(xué)生在無(wú)意間全身心地參與到探究活動(dòng)中去，這種沒(méi)有強(qiáng)壓硬灌的操作能更好地讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，一組好玩的材料還能調(diào)控課堂教學(xué)，不至于教師為課堂的“紀(jì)律”而操心。尤其在城鎮(zhèn)小學(xué)，在學(xué)生比較多的大班額的課堂教學(xué)中，教師要放手讓學(xué)生探究，強(qiáng)化學(xué)生思維的有效性，利用探究活動(dòng)，特別是能激發(fā)學(xué)生興趣的探究材料，讓“興趣”這只無(wú)形的手引導(dǎo)學(xué)生走上認(rèn)知、探究、發(fā)展之路。

如在《空氣占據(jù)空間》這一課中，教材用烏鴉喝水的童話故事引出，石子占據(jù)了水的空間，將水?dāng)D出來(lái)了，讓學(xué)生理解什么叫占據(jù)空間，再通過(guò)幾根吸管和一塊橡皮泥，在不傾斜瓶子的情況下，利用空氣把水從瓶中擠出來(lái)，理解空氣也會(huì)占據(jù)空間。但這一過(guò)程對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，首先《烏鴉喝水》的故事學(xué)生早就熟知了，對(duì)學(xué)生缺乏吸引力；其次用空氣將水?dāng)D出來(lái)的過(guò)程，較為抽象，學(xué)生的興趣也不大。因此，在實(shí)際教學(xué)的引入環(huán)節(jié)中，我將放置在泡沫上的蠟燭點(diǎn)燃，放置在水面上，然后用倒扣的杯子壓入水中，點(diǎn)燃的蠟燭隨著教師的按壓逐漸下降，當(dāng)水面漫過(guò)燭焰時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)燭焰并沒(méi)有熄滅，蠟燭在水面下燃燒著。學(xué)生的興趣充分激發(fā)了，學(xué)習(xí)的積極性提高了，思維被放開(kāi)了，注意力全部都集中到了實(shí)驗(yàn)上，都想搞明白是怎么一回事。通過(guò)一組簡(jiǎn)單的探究材料，就能很快地將學(xué)生引入學(xué)習(xí)，使學(xué)生產(chǎn)生神秘感、好奇心和強(qiáng)烈的探究心理，激起學(xué)生探索科學(xué)的興趣和欲望，提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

三、化繁雜為簡(jiǎn)便

小學(xué)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)材料的選擇要符合小學(xué)生的認(rèn)知水平，貼近學(xué)生的實(shí)際，準(zhǔn)備簡(jiǎn)便，易操作。但現(xiàn)行科學(xué)教材中呈現(xiàn)的個(gè)別探究材料不僅準(zhǔn)備麻煩，而且在操作過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，操作程序更復(fù)雜或者影響實(shí)驗(yàn)效果。

如在《做一個(gè)鐘擺》這一課中，教材已經(jīng)用插圖的形式告訴教師，實(shí)驗(yàn)材料選用木條和金屬圓片，可事實(shí)上木條和金屬圓片并不是很理想的實(shí)驗(yàn)材料。一是木條重量輕，受空氣阻力相對(duì)較大，對(duì)擺的影響也較大；二是金屬圓片很難固定在木條上，如果用螺絲固定，則改變金屬圓片的位置比較麻煩，不僅浪費(fèi)探究時(shí)間，而且給學(xué)生的操作帶來(lái)麻煩。怎么辦呢？該如何設(shè)計(jì)和改進(jìn)呢？我就采用金屬尺和磁鐵來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（圖略），但研究后發(fā)現(xiàn)金屬尺比較寬，對(duì)擺的快慢可能會(huì)帶來(lái)一定的影響。我又用了鋼鋸條，并用它代替金屬尺。實(shí)驗(yàn)表明，鋼鋸條較教材中提示的木條和塑料棒更具結(jié)構(gòu)。一是鋼鋸條擺動(dòng)時(shí)受空氣阻力的影響相對(duì)較小，二是鋼鋸條長(zhǎng)度也比較符合對(duì)擺錘探究的需要，三是鋼鋸條兩端的小孔可以用來(lái)綁擺繩。但也有問(wèn)題，一是有鋸齒不安全，二是磁鐵吸在上面容易滑動(dòng)。而且鋼尺風(fēng)阻比較大，擺動(dòng)的時(shí)間較短，如果要測(cè)試一分鐘的擺動(dòng)次數(shù)就有點(diǎn)困難，另外也會(huì)產(chǎn)生鋼尺旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，影響擺動(dòng)。最終我選擇了空心鋼管，然后在鋼管上配上環(huán)形磁鐵，利用環(huán)形磁鐵套在鋼管上來(lái)調(diào)整擺錘的重心，經(jīng)過(guò)這一系列的調(diào)整，擺動(dòng)的時(shí)間可以持續(xù)一分鐘以上，而且還不會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，擺動(dòng)很穩(wěn)定。

四、化無(wú)形為有形

在《土壤中有什么》一課的備課活動(dòng)中，杭州市教研員徐春健老師認(rèn)為：“科學(xué)探究活動(dòng)在一定層面上來(lái)說(shuō)其實(shí)是對(duì)材料的比拼?！痹凇犊諝庹紦?jù)空間》一課中，由于空氣是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)形的，給學(xué)生的研究帶來(lái)很大的難度，如何將無(wú)形的空氣轉(zhuǎn)化為學(xué)生看得見(jiàn)摸得著的對(duì)象，就成了本節(jié)課教學(xué)的難點(diǎn)。教材安排了杯子入水，杯底紙巾不濕的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，材料單一，便于操作和分組實(shí)驗(yàn)。但作為教師如何引導(dǎo)學(xué)生理解紙巾不濕與空氣占據(jù)空間之間的因果關(guān)系，講起來(lái)有些抽象，學(xué)生不易理解。如果調(diào)整才能將無(wú)形的空氣轉(zhuǎn)化為有形，促進(jìn)學(xué)生理解空氣占據(jù)空間呢？

如圖1，我首先用一個(gè)底部有小孔的杯子倒扣水中，讓學(xué)生觀察杯子的情況，由于空氣是無(wú)色無(wú)形的，而水也是無(wú)色的，學(xué)生很難發(fā)現(xiàn)杯中是否有空氣的存在，我就在杯中放置一個(gè)紅色小球，再倒扣壓入水中，觀察紅色小球的位置，推斷杯中的情況。學(xué)生發(fā)現(xiàn)小球在水槽底部的原因是杯中存在空氣，小球沒(méi)有浮起來(lái)。而后又將杯子底部小孔的塞子拿掉，小球慢慢浮上來(lái)了，說(shuō)明杯子中的空氣在逐漸地被水排開(kāi)，水占據(jù)了空氣原來(lái)占據(jù)的空間，最后我又讓學(xué)生探究，先將杯底的小孔用塞子塞住，利用吸管和氣球?qū)⒖諝夤嗳氡?，空氣又開(kāi)始占據(jù)被水占據(jù)的空間，小球又慢慢地回到水槽的底部。在這一過(guò)程中，教師就充分利用材料這一無(wú)形的手將無(wú)形的空氣轉(zhuǎn)化為有形，有效解決了空氣能占據(jù)空間這一難點(diǎn)。

設(shè)計(jì)精巧的探究材料是提高科學(xué)探究成效的重要保障，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、實(shí)用、安全的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)材料是每一位科學(xué)老師不斷的追求。從《空氣占據(jù)空間》一課的材料設(shè)計(jì)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究材料需要我們教師有一雙善于發(fā)現(xiàn)的慧眼，將日常生活中的一些材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，將學(xué)生探究中的一些難以直接觀察、無(wú)形的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為有形，從而提高探究的有效性。

五、化片面為全面

在小學(xué)科學(xué)教材中，安排了很多的探究活動(dòng)，其中有些探究活動(dòng)只研究了相關(guān)知識(shí)的某一個(gè)方面，學(xué)生獲得的知識(shí)不夠全面。如五下科學(xué)《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》中，教材只研究了摩擦力的大小與物體的重量、接觸面的光滑程度之間的關(guān)系，但在后面《設(shè)計(jì)制作小賽車》一課中，又出現(xiàn)了賽車為了增大摩擦力，將輪胎做的很寬，因?yàn)槟Σ亮Φ拇笮∵€和接觸面的大小有關(guān)，因此為了讓學(xué)生全面掌握知識(shí)，就需要教師在教學(xué)中將片面的、不完全的知識(shí)補(bǔ)充完整，以滿足學(xué)生的探究需要。

如在《光和影》一課中，教材安排了用手電筒照射距離墻面不同遠(yuǎn)的三個(gè)木塊，在墻面上比較影子的不同，教材的活動(dòng)設(shè)計(jì)是在光源和屏的位置固定的情況下，只改變遮擋物的位置讓學(xué)生進(jìn)行探究。其實(shí)影子的變化不僅僅與遮擋物的位置有關(guān)，也與屏和光源的位置有關(guān)，改變光源和屏的位置，也會(huì)影響影子的大小。教學(xué)時(shí)，我在研究教材、理解教材編寫(xiě)意圖的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了分組實(shí)驗(yàn)材料幫助學(xué)生理解和探究（如圖2）。

其中這三者之間的距離可以自由調(diào)節(jié)，遮擋物處還能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以調(diào)節(jié)光源照射的角度。這組材料的設(shè)計(jì)，不僅可以隨意改變這三者之間的距離，而且還可以自由調(diào)節(jié)光源照射的角度。實(shí)驗(yàn)安排了三個(gè)方面的探究活動(dòng)：活動(dòng)一，遮擋物和屏不動(dòng)，只移動(dòng)光源的位置；活動(dòng)二，光源和屏不動(dòng)，只移動(dòng)遮擋物的位置；活動(dòng)三，光源和遮擋物不動(dòng)，只移動(dòng)屏的位置。這三個(gè)活動(dòng)由小組合作來(lái)完成，在活動(dòng)前提醒學(xué)生：在改變一個(gè)因素的情況下，其他因素不能改變，再用一張?zhí)羁帐降挠涗洷韺?shí)驗(yàn)記錄表幫助學(xué)生歸納和概括實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)，降低了學(xué)生探究的難度，能使學(xué)生用科學(xué)的語(yǔ)言加以歸納和概括。通過(guò)對(duì)材料的這一設(shè)計(jì)和改進(jìn)，使學(xué)生不僅知道影子的大小與遮擋物的位置有關(guān)，還與光源和屏的位置有關(guān)，獲得較為全面的知識(shí)。

六、化抽象為直觀

小學(xué)科學(xué)課是從三年級(jí)開(kāi)始設(shè)置的。從認(rèn)知水平說(shuō)，三四年級(jí)的學(xué)生開(kāi)始從以具體形象思維為主要形式逐步向抽象邏輯思維過(guò)渡，但學(xué)生思考問(wèn)題仍然主要依賴于具體形象思維。到了小學(xué)高年級(jí)學(xué)生出現(xiàn)了一定的抽象思維，但這時(shí)學(xué)生抽象思維只是初步的，很不成熟，具體形象思維仍占較大的優(yōu)勢(shì)。在小學(xué)科學(xué)教材中，有很多關(guān)于地球與宇宙的知識(shí)，由于小學(xué)生空間想象能力不足，對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)就顯得非常抽象，因而在科學(xué)課堂中，往往會(huì)采用一些模擬實(shí)驗(yàn)的方法，化抽象為直觀，讓學(xué)生通過(guò)模擬經(jīng)歷知識(shí)得到的過(guò)程，真正理解知識(shí)。而在這一過(guò)程中，探究材料的設(shè)計(jì)與改進(jìn)就顯得尤為重要。

如在《證明地球在自轉(zhuǎn)》一課中，從擺的擺動(dòng)方向?yàn)槭裁磿?huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)來(lái)證明地球在自轉(zhuǎn)，因?yàn)檫@一問(wèn)題本身含有非常抽象的科學(xué)原理，而這一點(diǎn)對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)，就會(huì)覺(jué)得難以理解，因此教材安排了一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)（圖略），用鐵架臺(tái)做支架，掛上擺，將鐵架臺(tái)和擺一起放到一個(gè)圓底盤(pán)上，先讓擺前后來(lái)回?cái)[動(dòng)起來(lái)，再緩慢而平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)圓底盤(pán)。當(dāng)圓底盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)后，觀察擺擺動(dòng)的方向是否改變。這一探究實(shí)驗(yàn)主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一是用鐵架臺(tái)來(lái)做擺的支架，不方便，而且很難將擺錘放置在圓底盤(pán)的中心；二是轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)時(shí)很難做到平穩(wěn)，速度忽快忽慢，影響到擺的平穩(wěn)。怎么樣才能讓擺在圓底盤(pán)上靈活而又平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)呢？我在底盤(pán)下方放置一個(gè)輪子，像大圓桌底部的滑輪一樣，讓底盤(pán)能自由而平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，然后在底盤(pán)上放置一個(gè)門字框，將擺捆綁在門字框的中間，這樣就使擺錘能懸掛在底盤(pán)的正中央。利用身邊的簡(jiǎn)易器材來(lái)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)和改進(jìn)探究材料，讓學(xué)生利用這一組材料進(jìn)行探究，材料很簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很明顯，效果也很好。

七、化粗糙為細(xì)致

“目標(biāo)決定課堂成敗，細(xì)節(jié)成就課堂完美?！辈恢朗钦l(shuí)最先說(shuō)過(guò)這一句話，但這一句話確實(shí)對(duì)課堂教學(xué)做了一個(gè)很好的詮釋。如《聲音的變化》一課，教材用一塊釘兩個(gè)釘子的木板和一根橡皮筋，盡量用同樣的力度撥動(dòng)松緊不同的橡皮筋，觀察松緊不同的橡皮筋的振動(dòng)狀況有什么不同，并描述聲音高低的變化，從而建立物體振動(dòng)的頻率越快，聲音越高，頻率越慢聲音越低的概念。但這一組材料在實(shí)際操作中，存在很多問(wèn)題：一是橡皮筋發(fā)出的聲音較弱，難以聽(tīng)清；二是調(diào)整橡皮筋的松緊難以掌握；三是用同樣的力度撥動(dòng)橡皮筋難以控制；四是觀察橡皮筋的振動(dòng)速度很難。在教學(xué)這一課時(shí)，為了幫助學(xué)生建立科學(xué)概念，我精心設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料，在有合適材料的基礎(chǔ)上，再精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，不斷調(diào)整，向細(xì)節(jié)要完美，逐步走向成功。

在教學(xué)時(shí)，我為每組學(xué)生提供一組材料（圖略），是一根帶發(fā)聲盒的橡皮筋以增大橡皮筋發(fā)出的聲音，在橡皮筋的一端還設(shè)置了調(diào)節(jié)旋鈕，自由調(diào)節(jié)橡皮筋的松緊，再將橡皮筋拉到盒子邊沿來(lái)控制撥彈橡皮筋的撥彈力度。學(xué)生實(shí)驗(yàn)后我發(fā)現(xiàn)學(xué)生能體驗(yàn)到橡皮筋松緊的變化影響了聲音的高低變化，但無(wú)法比較前后兩次松緊不同的橡皮筋振動(dòng)速度的變化，到底那一種情況橡皮筋振動(dòng)速度快，分歧很大，最后只能是老師硬性地強(qiáng)加給學(xué)生，這對(duì)學(xué)生的觀察是一個(gè)巨大的打擊！而如果在這里老師能硬性地強(qiáng)加給學(xué)生，那又何必讓學(xué)生去探究呢？難道學(xué)生的科學(xué)探究真的就是一個(gè)走過(guò)場(chǎng)嗎？

為了解決這一問(wèn)題，我在學(xué)生匯報(bào)交流中出現(xiàn)分歧時(shí)，出示了一根3米長(zhǎng)的橡皮筋，用長(zhǎng)橡皮筋演示松和緊時(shí)橡皮筋振動(dòng)的快慢，不僅很直觀，對(duì)比也很明顯，使橡皮筋的振動(dòng)速度問(wèn)題終于解決了。

課堂的得失與成敗，很大程度上決定于課堂教學(xué)中每個(gè)細(xì)節(jié)的落實(shí)上。發(fā)現(xiàn)和關(guān)注細(xì)節(jié)，反映教師的睿智和思想；捕捉和利用細(xì)節(jié)，體現(xiàn)教師的實(shí)力和功力。在一堂科學(xué)課中，像這樣的細(xì)節(jié)還有很多很多，為了讓我們的課堂能離完美更近一些，就需要我們通過(guò)對(duì)過(guò)程的精心設(shè)計(jì)，對(duì)探究材料的精心設(shè)計(jì)和改進(jìn)，注重對(duì)細(xì)節(jié)的處理，從而促進(jìn)探究實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，提高課堂教學(xué)的有效性，從而培養(yǎng)更多的創(chuàng)新人才。

（浙江省富陽(yáng)市富春第五小學(xué)）