基于小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

□蕭順歡

基于小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

□蕭順歡

小學(xué)科學(xué)是一門奠基學(xué)科，小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)需要在課程內(nèi)得到培育和落實(shí)?！度罩屏x務(wù)教育科學(xué)（3～6年級）課程標(biāo)準(zhǔn)》中提到：科學(xué)是一門以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的科學(xué)啟蒙課程，而科學(xué)課程則是落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的最有效、最關(guān)鍵途徑。

小學(xué)科學(xué)；實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新

小學(xué)科學(xué)學(xué)科是一門奠基學(xué)科，小學(xué)生年紀(jì)還小，對科學(xué)的興趣、對科學(xué)探究的熱情和嚴(yán)謹(jǐn)，對科學(xué)技術(shù)和人類社會關(guān)系的理解，必須在課程內(nèi)得到培育和落實(shí)。這樣一來，影響學(xué)生一生的科學(xué)素養(yǎng)之根就深深扎下了。筆者高度認(rèn)同《全日制義務(wù)教育科學(xué)（3～6年級）課程標(biāo)準(zhǔn)》的觀點(diǎn)：這是一門以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的科學(xué)啟蒙課程。課程是落實(shí)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的最有效、最關(guān)鍵途徑。筆者希望學(xué)生在課堂上的每一分鐘都感到愉悅，感到美好，能讓他們覺得回味無窮。因此，筆者在課堂上做得最多的是激發(fā)學(xué)生思考，要求他們完成簡易的觀察報(bào)告，強(qiáng)調(diào)將思考觀察所得深刻化，強(qiáng)調(diào)將觀察到的現(xiàn)象加以分析，并進(jìn)行書面表達(dá)，從而使思維從表面走向深入，讓智慧成型。

綜上所述，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)是落實(shí)以上所有教學(xué)理念的關(guān)鍵，小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要“營養(yǎng)”。因此，要求實(shí)驗(yàn)日新月異，創(chuàng)新配合教學(xué)的要求，下面是筆者對小學(xué)科學(xué)所做的一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

一、根據(jù)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)操作，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維

學(xué)生的天性就是喜歡玩，因此，怎樣將授課內(nèi)容與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究和學(xué)生的年齡特點(diǎn)相融合，并依托學(xué)生天性完成課程任務(wù)就是筆者每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，是筆者不斷調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)，對教學(xué)中的探究實(shí)驗(yàn)不斷進(jìn)行改良。

例如，教學(xué)五年級下冊“熱”單元的第二課“給冷水加熱”：“研究冷水在熱水中先沉后浮的現(xiàn)象是否與其重量有關(guān)”的探究活動，筆者做了如下改良探索：

1.教材提示實(shí)驗(yàn)需用的器材

裝滿水用氣球皮封口的試管一支（把整支試管完全浸沒在冷水中，然后在冷水中用氣球皮把試管口蒙住、扎緊），砝碼，天平，酒精燈，試管夾。

2.教材提示的實(shí)驗(yàn)操作過程

（1）用天平稱裝滿冷水用氣球皮封口的試管，記錄其重量數(shù)據(jù)。

（2）用試管夾夾著裝滿冷水的試管放在酒精燈上加熱。

（3）把加熱了的試管放在天平上再稱，再次記錄數(shù)據(jù)。

（4）比較冷熱水兩次的重量數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論：冷水在熱水中先沉后浮不是重量變輕的結(jié)果。

3.對原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不足的思考

（1）試管口的封扎。學(xué)生用玻璃試管裝水，封口困難，稍微不注意或動作不正確，就會導(dǎo)致捆扎的試管殘留有空氣，會直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性。

（2）天平的調(diào)試過程。用天平稱試管重量時(shí)，學(xué)生需花大量的時(shí)間事前調(diào)節(jié)好天平，測量時(shí)也要慢慢調(diào)節(jié)天平，使之達(dá)到平衡的狀態(tài)，完成的時(shí)間會較長，直接影響整個(gè)研究內(nèi)容的時(shí)間分配。

（3）水溫的變化。首先，學(xué)生用酒精燈加熱試管的冷水不太安全；其次，無法準(zhǔn)確知道試管里的冷水什么時(shí)候會變熱，而且試管壁的溫度肯定比試管里的水溫高很多；再次，用天平稱加熱試管的過程中存在時(shí)間差，試管里的水溫有下降的現(xiàn)象，也會影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（4）用天平測量的準(zhǔn)確性對實(shí)驗(yàn)的影響。天平的分度值是0.5g，分度值比較大，若重量的變化范圍在0.5g內(nèi)，會直接推翻實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。

4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)改進(jìn)

（1）實(shí)驗(yàn)器材的改進(jìn)。用塑料密封袋（替代試管）、紙巾一張、熱水一杯、冷水一杯、精確的黃金秤、鑷子。

（2）實(shí)驗(yàn)操作的改進(jìn)。

第一，把完全沒有空氣、裝滿冷水的密封袋用紙巾輕輕擦干（把整個(gè)密封袋完全浸沒在冷水中，裝滿水后，在水中封口），放在精確度精密的黃金秤上稱，電子屏幕上迅速顯示冷水的重量、度數(shù)，然后記錄下來。

第二，把這袋冷水放在熱水中，學(xué)生一起觀察：裝有冷水的密封袋在熱水中是先沉后浮的。看到冷水浮起來后，用鑷子輕輕將其夾起來，用紙巾擦干外面的水（確保表面是干的），再用手摸摸袋子的表面，檢查冷水是否變熱。

第三，把變熱的密封熱水袋再次放在黃金秤上稱，記錄變熱后的重量數(shù)據(jù)。

第四，對比兩個(gè)重量數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確、直觀、快速地得出科學(xué)結(jié)論：冷水在熱水中先沉后浮不是因?yàn)橹亓孔冚p。

5.實(shí)驗(yàn)裝置改良的效果

（1）用塑料密封袋替代了原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的玻璃試管和氣球膠皮，解決了捆扎試管的過程中因?yàn)闅埩粲锌諝舛绊憣?shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性問題，降低了學(xué)生實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作的難度，從而避免了學(xué)生因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程中的過失而影響實(shí)驗(yàn)的完成。

（2）通過觀察一袋冷水在熱水中所發(fā)生的變化，直觀地展示了冷水在變熱過程中所發(fā)生的現(xiàn)象及簡單、可行地檢查冷水是否變熱。避免了對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不良影響，使實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谥庇^、安全的環(huán)境下完成。

（3）用分度值是0.1g的精確黃金秤替代了分度值是0.5g的學(xué)生用天平，讓學(xué)生便捷、直觀、準(zhǔn)確地對得到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并能準(zhǔn)確、科學(xué)地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

6.對實(shí)驗(yàn)探討的反思

（1）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作的目的。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，不僅可以獲得知識，掌握實(shí)驗(yàn)操作技能，更重要的是培養(yǎng)了不怕困難、不怕挫折、實(shí)事求是、耐心細(xì)致的精神，發(fā)展了科學(xué)實(shí)驗(yàn)思維。

（2）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作后學(xué)生主動探索求真的興趣激發(fā)情況。目前的教科書和學(xué)生的生活實(shí)際還是有一定差距的，科學(xué)教師就應(yīng)努力縮小這個(gè)差距，以有效達(dá)成課標(biāo)。筆者認(rèn)為，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作后，能激發(fā)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的興趣，能活躍課堂氣氛，將死記轉(zhuǎn)變?yōu)榛顚W(xué)，變說教為探索。

（3）還需改進(jìn)的地方。以后應(yīng)注意選取效果明顯的實(shí)驗(yàn)材料；要選取具有科學(xué)性的實(shí)驗(yàn)材料，要利于學(xué)生對知識的習(xí)得，防止因材料的片面性造成誤導(dǎo)；要選取容易操作的實(shí)驗(yàn)材料，要從學(xué)生的動手能力和水平考慮，選取簡便、安全的材料。

圖1 實(shí)驗(yàn)操作及效果圖

二、改良原教材的實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生直觀探究科學(xué)問題

課堂是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)最有效的關(guān)鍵途徑。筆者希望學(xué)生在課堂的每一分鐘都能感到愉悅，感到美好，因此，筆者常常在原教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良。

例如：教育科學(xué)出版社出版的科學(xué)三年級“水與空氣”單元的第七課“空氣有重量嗎”的活動一：做簡易天平并驗(yàn)證空氣有重量。

1.原簡易天平的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）需用的器材：三條細(xì)繩、兩個(gè)圖釘、一個(gè)氣球，一根細(xì)長木條、一個(gè)筆帽。

（2）天平的組裝方法。①在一根細(xì)木棍上用尺子確定一個(gè)中心點(diǎn)，并作上記號；②再在細(xì)木棍中心點(diǎn)的兩側(cè)面按上圖釘，并拴上細(xì)線。

（3）原驗(yàn)證空氣有重量的實(shí)驗(yàn)操作步驟。①在木棍的一側(cè)拴上一個(gè)沒充氣的氣球，另一側(cè)拴上筆帽；②再提起木棍中心點(diǎn)的細(xì)繩，調(diào)節(jié)木棍兩端的氣球和筆帽，使簡易天平達(dá)到平衡；③把氣球充氣后，再拴在簡易天平上，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不足的分析

（1）“在一根細(xì)木棍上用尺子確定一個(gè)中心點(diǎn)”，學(xué)生操作容易出現(xiàn)偏差。

（2）“再在細(xì)木棍中心點(diǎn)的兩側(cè)面按上圖釘”，學(xué)生在細(xì)木棍上的中心點(diǎn)兩側(cè)按圖釘，前后兩圖釘會出現(xiàn)偏差，難度高，容易出現(xiàn)事故。

（3）“拴上細(xì)線”就更不容易了，學(xué)生按圖釘?shù)牧Χ炔蝗菀渍莆眨绻o，細(xì)線沒位置拴上；若太松，圖釘又會掉下來。即使掌握了按圖釘?shù)牧Χ龋谛】障吨兴┥霞?xì)線也不容易，完成的時(shí)間會較長。

（4）“在木棍的一側(cè)拴上一個(gè)沒充氣的氣球，另一側(cè)拴上筆帽?！睂W(xué)生需花大量的時(shí)間。

（5）“再提起木棍中心點(diǎn)的細(xì)繩，調(diào)節(jié)木棍兩端的氣球和筆帽，使簡易天平達(dá)到平衡。”在調(diào)節(jié)木棍兩端的氣球和筆帽時(shí)，學(xué)生難以使兩點(diǎn)達(dá)到平衡。

（6）“把氣球充氣后，再拴在簡易天平上”也不容易，需很熟練，才能把充氣的氣球拴上并不漏氣，同時(shí)保證另一端的筆帽位置不發(fā)生移動。在此過程中，只要有微微地移動，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都不準(zhǔn)確。

（7）整個(gè)實(shí)驗(yàn)要求有一個(gè)學(xué)生提著簡易天平來完成，若這個(gè)學(xué)生稍微震動或手的姿勢改變，就會嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)的效果。

3.實(shí)驗(yàn)的改良設(shè)計(jì)

（1）改良器材為：方座支架一套、3條細(xì)繩、兩個(gè)鳳尾夾、兩個(gè)大氣球，打氣筒、小木棒、記號筆。

（2）改革簡易天平的組裝方法。①在細(xì)木棍的兩端用小刀各挖出一圈槽，然后把拴有型號相同鳳尾夾的細(xì)線綁在細(xì)木棍兩端的槽上；②把已綁好小圈的細(xì)線綁在細(xì)木棍的中間，細(xì)線位置不用準(zhǔn)確的；③把完成的裝置掛在方座支架上（固定好兩端的拴有型號相同鳳尾夾的細(xì)線，讓它們位置不發(fā)生偏差，使操作更加簡便）。

4.改良后的實(shí)驗(yàn)操作

（1）把兩個(gè)相同型號但顏色不同的沒氣氣球分別夾在細(xì)木棍兩端型號相同的鳳尾夾上（用鳳尾夾夾氣球比用繩子拴氣球快且方便），微調(diào)細(xì)木棍中間的細(xì)線位置，使木棍兩端達(dá)到平衡（只調(diào)節(jié)一點(diǎn)的位置，比原實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)兩點(diǎn)好多了），并用記號筆在細(xì)線位置畫上記號，目的是讓學(xué)生記得哪一點(diǎn)位置是簡易天平的平衡點(diǎn)，以免一會兒做實(shí)驗(yàn)不好找。

（2）取下其中一個(gè)氣球，用打氣筒打氣完繼續(xù)用鳳尾夾夾好。（不用口吹，避免水蒸氣影響實(shí)驗(yàn)效果；也避免再次用細(xì)線拴充好氣的氣球所帶來的所有不便；兩氣球在沒氣時(shí)是平衡的，現(xiàn)用有氣的氣球與沒氣的氣球作比較，比原實(shí)驗(yàn)的氣球與筆帽的對比更能說明問題，實(shí)驗(yàn)效果更明顯。）

（3）檢查細(xì)木棍中間的細(xì)線是否在平衡點(diǎn)上（確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性），并觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

5.實(shí)驗(yàn)效果

圖2 顯示實(shí)驗(yàn)效果圖

三、根據(jù)課程需要，對實(shí)驗(yàn)箱的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行改良

例如，教科版科學(xué)五年級上冊“機(jī)械與力”單元的第六課“運(yùn)動與摩擦力”，其中包括毛巾面，光滑面、測力計(jì)的不斷改良及設(shè)計(jì)。

1.原材料的毛巾面是用一條沒有固定的長是15cm、寬是10cm的毛巾，這樣的毛巾很短，學(xué)生拉動小車時(shí)做勻速行走的距離很短，往往在學(xué)生還沒找到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)描述摩擦力大小的情況下，就已經(jīng)到終點(diǎn)了。改良以后，采用了一條用502固定在木板上，長是80cm、寬是30cm的毛巾作為接觸面對比實(shí)驗(yàn)的粗糙面，這樣就延長了學(xué)生拉動小車時(shí)做勻速行走的距離，保證學(xué)生找到描述摩擦力大小的穩(wěn)定數(shù)據(jù)。

2.在改良材料的方案中，原設(shè)計(jì)是在長是80cm、寬是30cm的毛巾面的木板背面設(shè)計(jì)一個(gè)光滑面，但經(jīng)過試教以后，發(fā)現(xiàn)貌似光滑的木板其實(shí)摩擦系數(shù)很大，在物體重量不變的情況下，測出的摩擦力比毛巾面還要大得多。后來在多次實(shí)驗(yàn)中，采用了防火性質(zhì)的木板作為光滑面，這種木板在物體重量相同的情況下，測出的摩擦力是毛巾面的三分之一，實(shí)驗(yàn)效果相當(dāng)明顯。

3.原實(shí)驗(yàn)材料提供的是圓筒測力計(jì)，物體質(zhì)量與物體重力兩種數(shù)據(jù)是正反兩面看的。筆者改良后用了平板測力計(jì)，平板測力計(jì)的兩組數(shù)據(jù)是左右可以同時(shí)讀數(shù)的，直觀、簡單、方便。

圖3 原實(shí)驗(yàn)材料

圖4 改良后的實(shí)驗(yàn)材料及效果

四、利用信息技術(shù)創(chuàng)新融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，便于高效、及時(shí)地掌握學(xué)情

信息技術(shù)教學(xué)手段利用好看的圖片、影視資料展示，學(xué)生在直觀的感受中創(chuàng)設(shè)了情境，實(shí)現(xiàn)了理解、欣賞及思維的碰撞。實(shí)踐證明，信息技術(shù)課堂更能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更能誘導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)。

例如，在“運(yùn)動與摩擦力”一課的教學(xué)中，筆者在兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中就利用平板電腦幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。其一：在上課前錄制“摩擦力與接觸面狀況及物體重量的關(guān)系”這兩組對比實(shí)驗(yàn)，目的是讓學(xué)生在自我設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案后，再次強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)條件的科學(xué)控制，很好地突破了難點(diǎn)，增強(qiáng)了對比實(shí)驗(yàn)的能力，并培養(yǎng)了他們的完整思維。其二：對于學(xué)生是否能很好地掌握本節(jié)課的知識，筆者利用平板電腦采用問卷的方式及時(shí)收集學(xué)生反饋的知識，通過電腦分析、統(tǒng)計(jì)學(xué)生上傳的鞏固練習(xí)結(jié)果，對其沒有完全掌握的知識進(jìn)行再次補(bǔ)漏。

綜上所述，啟迪智慧才是教育。在科學(xué)課堂中創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是啟迪學(xué)生智慧的有效途徑。因此，老師們應(yīng)牢記自己的職責(zé)，把創(chuàng)新的科學(xué)實(shí)驗(yàn)融入科學(xué)課堂，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的科學(xué)興趣和能力。同時(shí)，還應(yīng)不斷創(chuàng)新、改良科學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過齊“動手”，大膽設(shè)想，積極嘗試，主動探究，親身經(jīng)歷，實(shí)現(xiàn)智慧的不斷增長。

（編輯：朱澤玲）

G623.6

A

1671-0568（2016）36-0081-03

蕭順歡，廣東省廣州市越秀區(qū)珠光路小學(xué)教師。