讓實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 為探究助航
——小學(xué)科學(xué)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)改進(jìn)策略例談

浙江省紹興市上虞區(qū)梁湖鎮(zhèn)中心小學(xué) 呂文煥

讓實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 為探究助航
——小學(xué)科學(xué)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)改進(jìn)策略例談

浙江省紹興市上虞區(qū)梁湖鎮(zhèn)中心小學(xué) 呂文煥

本文結(jié)合筆者一線教學(xué)的課例，試著梳理當(dāng)前小學(xué)科學(xué)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的四大策略：改在“概念頑固”時(shí)；改在“觀察局限”時(shí)；改在“研討遇阻”時(shí)；改在“理解困難”時(shí)。通過實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新，幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)知識(shí)，獲得直觀的實(shí)驗(yàn)效果和直接的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為有效地進(jìn)行科學(xué)探究助航。

探究 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 策略

小學(xué)科學(xué)是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過親身實(shí)驗(yàn)獲得知識(shí)與技能是進(jìn)行小學(xué)科學(xué)教學(xué)的關(guān)鍵。學(xué)生親歷各種實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，增長(zhǎng)科學(xué)探究能力，獲取科學(xué)知識(shí)，形成尊重事實(shí)、善于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度，從而提高自身的科學(xué)素養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到教學(xué)的效率與成敗。通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在教材編排中，有些實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作過程中存在著不夠完善之處；有些實(shí)驗(yàn)需要根據(jù)學(xué)生前概念認(rèn)知適時(shí)地進(jìn)行微調(diào)；有些實(shí)驗(yàn)則需要在教學(xué)遇阻時(shí)重新設(shè)計(jì)和補(bǔ)充……所以，我們科學(xué)教師要根據(jù)教學(xué)的需要，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平，因地制宜地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新，幫助學(xué)生更好地理解科學(xué)知識(shí)，獲得直觀的實(shí)驗(yàn)效果和直接的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為有效地進(jìn)行科學(xué)探究助航。筆者在課堂教學(xué)的打磨和實(shí)踐中，對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)有了更深的思考和認(rèn)識(shí)。本文將結(jié)合一線教學(xué)課例，試著梳理當(dāng)前小學(xué)科學(xué)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的四大策略，與諸位共商。

策略一：改在“概念頑固”時(shí)

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，我們必須先了解學(xué)生現(xiàn)有的概念水平。前概念在學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)中扮演著非常重要的角色，新概念的形成往往是建立在它的前概念基礎(chǔ)之上。當(dāng)科學(xué)概念和前概念比較一致時(shí)，學(xué)生就容易理解和內(nèi)化；當(dāng)科學(xué)概念和前概念相沖突時(shí)，學(xué)生原有的錯(cuò)誤概念根深蒂固，不易糾正和改變。要轉(zhuǎn)變學(xué)生的錯(cuò)誤概念，僅僅告訴學(xué)生“正確”的概念是無效或低效的。我們只有在有效的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中，讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，在事實(shí)和證據(jù)面前實(shí)現(xiàn)由前概念向科學(xué)概念的轉(zhuǎn)變。因此，我們教學(xué)過程中，要準(zhǔn)確把握學(xué)生的較為“頑固”的前概念，有針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，使學(xué)生的原有概念在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)中改變、發(fā)展和重建。

案例1：“沒有磁鐵，通電后的轉(zhuǎn)子能轉(zhuǎn)動(dòng)嗎？”

筆者在教學(xué)《神奇的小電動(dòng)機(jī)》一課時(shí)，了解到學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，在前概念中認(rèn)為電是萬能的，小電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)只是電在起作用?？紤]到此前概念很難通過一次模擬操作進(jìn)行改變與重構(gòu)，于是我對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了微調(diào)：

1.學(xué)生在了解電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造后，教師引導(dǎo)學(xué)生討論：為什么一通電，小電動(dòng)機(jī)就能轉(zhuǎn)動(dòng)？隨后交流多種原因猜想：電的作用、電磁鐵與磁鐵相互作用等。

2.教師將電動(dòng)機(jī)模擬裝置、導(dǎo)線及電池發(fā)給學(xué)生，并試問：你們能利用這些材料使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來嗎？（學(xué)生異口同聲：“能”。）

3.在動(dòng)手操作后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)通電后轉(zhuǎn)子并沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，并開始思考原因。

4.教師隨機(jī)引導(dǎo)：我們還需要什么才能使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來？

5.在教師的引導(dǎo)下學(xué)生明白了：沒有磁鐵轉(zhuǎn)子是不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的。隨后通過操作理解了小電動(dòng)機(jī)的工作原理：用電產(chǎn)生磁，利用磁的相互作用轉(zhuǎn)動(dòng)。

上述案例中，從學(xué)生異口同聲的“能”中可以看出前概念的“頑固”。所以我在教學(xué)時(shí)故意先不將磁鐵發(fā)給學(xué)生。學(xué)生將轉(zhuǎn)子放在支架上并接通電源，發(fā)現(xiàn)通電后轉(zhuǎn)子還是沒有轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)學(xué)生就會(huì)對(duì)自己的前概念進(jìn)行修正，并想到再用磁鐵能不能使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來。通過這一細(xì)節(jié)的調(diào)整，學(xué)生會(huì)對(duì)原有的錯(cuò)誤概念進(jìn)行糾正與改變，建構(gòu)起新的正確的科學(xué)概念。

策略二：改在“觀察局限”時(shí)

我們一貫倡導(dǎo)學(xué)生要像科學(xué)家那樣真刀真槍地做科學(xué)，但小學(xué)生的年齡特征決定了他們的觀察和操作能力是不能和成人相比的。這就要求我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要充分考慮到學(xué)生的實(shí)際情況，選擇學(xué)生身邊熟悉且容易操作的材料，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效改進(jìn)，提高實(shí)驗(yàn)的效果和成功率。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)成功且現(xiàn)象明顯也能激發(fā)學(xué)生的興趣，從而產(chǎn)生深入探究的強(qiáng)烈愿望。因此，我們科學(xué)教師要針對(duì)教材中現(xiàn)象較難觀察、操作較難進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效的改進(jìn)，確保實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)便性和現(xiàn)象的直觀性。

案例2：“音叉振動(dòng)演示儀”

筆者在教學(xué)《聲音是怎樣產(chǎn)生的》一課時(shí)，教材編排中有觀察“發(fā)聲的音叉是否在振動(dòng)”這一實(shí)驗(yàn)。教材建議將發(fā)聲的音叉放入水中，觀察平靜水面因音叉振動(dòng)而引起變化。此實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中因時(shí)間限制，教師一般演示進(jìn)行。但在實(shí)驗(yàn)演示時(shí)因水面與學(xué)生視線在同一平面，所以能觀察到這一現(xiàn)象的范圍較小，僅局限于實(shí)驗(yàn)演示周圍的一小部分學(xué)生。又因?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象時(shí)間很短，即使借用實(shí)物投影儀，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不是非常直觀。所以我對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，如下圖所示，將正在發(fā)聲的音叉靠近用線懸掛的乒乓球。振動(dòng)的音叉一碰到乒乓球，乒乓球就會(huì)向另一方向彈開，這一現(xiàn)象一直重復(fù)且彈開幅度逐漸減小，直至音叉停止振動(dòng)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生持續(xù)5秒左右清晰地觀察到音叉振動(dòng)的現(xiàn)象。

在上述案例中，我選擇了學(xué)生熟悉且容易操作的乒乓球作為實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)原本操作較為煩瑣、現(xiàn)象存在局限的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了巧妙改進(jìn)，使演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為直觀，實(shí)驗(yàn)操作更為簡(jiǎn)便。學(xué)生在觀察過程中，很容易推斷出現(xiàn)象與音叉振動(dòng)之間的聯(lián)系，從而進(jìn)一步鞏固“聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的”這一科學(xué)概念。

策略三：改在“研討遇阻”時(shí)

自主活動(dòng)與交流研討是構(gòu)成課堂科學(xué)探究活動(dòng)過程的兩個(gè)主要層面，承擔(dān)著科學(xué)課教學(xué)目標(biāo)達(dá)成的重任?；顒?dòng)后的交流研討，是一個(gè)共享與分析、整理各種發(fā)現(xiàn)、想法、問題的過程。活動(dòng)后的交流研討是走向科學(xué)探究活動(dòng)的重要觀察標(biāo)志。在交流研討中，學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)、現(xiàn)象進(jìn)行大膽猜想總結(jié)及梳理。在交流研討活動(dòng)中，有時(shí)各小組、成員間會(huì)在證據(jù)及現(xiàn)象面前得出大家都認(rèn)同的科學(xué)概念，探究活動(dòng)順暢；有時(shí)他們也會(huì)產(chǎn)生觀點(diǎn)上的分歧，彼此都說服不了對(duì)方。雖然我們鼓勵(lì)學(xué)生彼此間的相互爭(zhēng)論，但時(shí)間一長(zhǎng)勢(shì)必影響課堂探究的腳步。所以在研討出現(xiàn)阻礙時(shí)，教師應(yīng)合理地設(shè)計(jì)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，通過直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，解決研討中出現(xiàn)的分歧，從而確保探究活動(dòng)的順利繼續(xù)。

案例3：“線圈通電后是產(chǎn)生了磁性？還是變成了鐵一類的物質(zhì)？”

筆者在教學(xué)《電和磁》一課時(shí)，通過用鐵釘和磁鐵使指南針磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生明確了指南針磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因。緊接著，讓學(xué)生學(xué)著奧斯特，做一做通電導(dǎo)線靠近指南針，磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后各小組對(duì)產(chǎn)生現(xiàn)象的原因進(jìn)行了大膽的猜想，并在組間進(jìn)行了研討，主要是以下兩種觀點(diǎn)：

猜想1：通電導(dǎo)線產(chǎn)生磁性，與指南針磁針相互作用，所以磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。

猜想2：導(dǎo)線原本是銅做成的，但通電后銅具有了鐵一樣的性質(zhì)。靠近指南針后，磁針會(huì)吸鐵，從而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

這兩種猜想都能闡明自己的理由，一時(shí)間彼此都沒有確切的證據(jù)說服對(duì)方，研討陷入了僵局。此時(shí)教師及時(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行引導(dǎo)：出示一個(gè)直徑很小的線圈和一根細(xì)鐵絲，問學(xué)生：“如果給線圈通上電，它能吸住鐵絲嗎？”在與學(xué)生交流后得出：能吸引，電流產(chǎn)生的可能就是磁；如不能，那就有可能是鐵了。在教師演示實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)通電線圈能將鐵絲吸住，一斷電，鐵絲就掉落了。從而得出電流可以產(chǎn)生磁性的科學(xué)概念。

在上述案例中，我們不難發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的猜想源于對(duì)磁鐵單元科學(xué)概念的有效建構(gòu)。此時(shí)，教師應(yīng)對(duì)僵局，設(shè)計(jì)了一個(gè)“通電線圈吸鐵絲”的實(shí)驗(yàn)，解決了研討中猜想的分歧，確保了科學(xué)概念的有效建構(gòu)和科學(xué)探究的有序進(jìn)行。

策略四：改在“理解困難”時(shí)

科學(xué)概念不僅是組成科學(xué)教材的基本元素，也是發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的基石。沒有堅(jiān)實(shí)的科學(xué)概念基礎(chǔ)，發(fā)展學(xué)生的能力，培養(yǎng)他們正面的科學(xué)情感態(tài)度必將是一句空話。在教材編排中，每個(gè)單元都有若干個(gè)科學(xué)概念構(gòu)成，每節(jié)課都有幾個(gè)科學(xué)小概念需要建構(gòu)。有些科學(xué)概念建構(gòu)是通過實(shí)質(zhì)性的科學(xué)探究活動(dòng)達(dá)成的，而有些科學(xué)概念則是通過教材中文字的注解直接由教師講解或由學(xué)生閱讀獲取。小學(xué)生因年齡小，認(rèn)知能力較弱，對(duì)有些文字注解往往不能直接內(nèi)化，從而影響后續(xù)探究的有效進(jìn)行。因此，教師如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生在科學(xué)概念的理解上出現(xiàn)困難時(shí)，要巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，突破學(xué)生理解的瓶頸，確保探究的深入進(jìn)行。

案例4：“換向器的工作原理”

筆者在教學(xué)《神奇的小電動(dòng)機(jī)》一課中“小電動(dòng)機(jī)里有什么”這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)子中的部件之一“換向器”進(jìn)行了重點(diǎn)教學(xué)，并設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)。

在教材編排中，對(duì)于換向器的工作原理有這樣2小段的注解：

◆換向器的作用是接通電流并轉(zhuǎn)換電流的方向。

◆小電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，電刷依次接觸換向器的三個(gè)金屬環(huán)，通過轉(zhuǎn)子線圈的電流方向就會(huì)自動(dòng)改變。

從教材的編排意圖可以看出，是讓學(xué)生在自主閱讀基礎(chǔ)上，在教師的言語引導(dǎo)下理解換向器的工作原理。在具體的教學(xué)中，很多老師對(duì)此段文字尚不能透徹理解，學(xué)生更難以內(nèi)化和理解。因此，我利用一只一次性杯子和三張不同顏色的小紙片，做成了一個(gè)模擬的換向器，如下圖所示。讓學(xué)生在小組內(nèi)，用拇指和食指模擬電刷進(jìn)行自主操作。學(xué)生發(fā)現(xiàn)隨著“換向器”的轉(zhuǎn)動(dòng)，與“電刷”接觸的紙片就會(huì)發(fā)生改變，從而真正理解了換向器的工作原理。

在上述案例中，小電動(dòng)機(jī)內(nèi)部部件“換向器”的作用是學(xué)生理解的難點(diǎn)，如只是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)了什么是換向器并自讀資料了解換向器的作用，真正理解的學(xué)生寥寥無幾。通過實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，讓學(xué)生進(jìn)行模擬換向器的自主操作，使學(xué)生真正理解了換向器的作用，為后續(xù)探究作了很好的鋪墊。

有效的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的確能給探究活動(dòng)起到推波助瀾的作用，但在改進(jìn)的過程中，我們不能盲目和隨意，一味追求為改進(jìn)而改進(jìn)。在教學(xué)實(shí)踐中，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)應(yīng)在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以教學(xué)重難點(diǎn)的突破、科學(xué)概念的建構(gòu)、認(rèn)知理解的疏導(dǎo)及動(dòng)手操作的簡(jiǎn)便等作為改進(jìn)的依據(jù)，結(jié)合學(xué)生的年齡特點(diǎn)和實(shí)際情況，有的放矢地進(jìn)行。

科學(xué)教師是學(xué)生與實(shí)驗(yàn)的溝通者、引導(dǎo)者、解釋者。我們有責(zé)任、有義務(wù)結(jié)合教材實(shí)際，設(shè)計(jì)和改進(jìn)符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的好實(shí)驗(yàn)，更好地幫助學(xué)生構(gòu)建科學(xué)概念，提高科學(xué)探究能力。在日常教學(xué)中，我們要使科學(xué)實(shí)驗(yàn)在改進(jìn)中完善，在改進(jìn)中提升，在改進(jìn)中高效，提高實(shí)驗(yàn)的可操作性、實(shí)用性、趣味性，將實(shí)驗(yàn)的價(jià)值發(fā)揮到淋漓盡致，讓每一個(gè)學(xué)生都成為一個(gè)快樂的發(fā)現(xiàn)者。

[1]教育部：科學(xué)（3～6年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn).北京師范大學(xué)出版社

[2]喻伯軍.小學(xué)科學(xué)教師專業(yè)能力必修.西南師范大學(xué)出版社

[3]北京桂馨慈善基金會(huì).走向探究的科學(xué)課.浙江教育出版社

[4]陳華彬、梁玲.小學(xué)科學(xué)教育概論.高等教育出版社