科學(xué)實(shí)驗(yàn)中可視化效果的優(yōu)化

□ 江蘇省蘇州市城西中心小學(xué) 楊曉東

科學(xué)實(shí)驗(yàn)中可視化效果的優(yōu)化

□ 江蘇省蘇州市城西中心小學(xué) 楊曉東

隨著小學(xué)科學(xué)課程改革的推進(jìn)，科學(xué)課堂教學(xué)發(fā)生巨變的今天，一些問題也隨之出現(xiàn)，如：有些實(shí)驗(yàn)雖能達(dá)到教學(xué)效果，但可視化效果不佳；有些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)復(fù)雜難以實(shí)施，也就失去了可視化的意義；有些實(shí)驗(yàn)抽象難以直觀，等等?，F(xiàn)就科學(xué)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)可視化效果的優(yōu)化談?wù)剛€(gè)人的體會(huì)。

一、優(yōu)化組合效果明顯

教科版小學(xué)科學(xué)五年級下冊《熱》單元第5課《金屬熱脹冷縮嗎》有一個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：觀察金屬的熱脹冷縮。課文中的實(shí)驗(yàn)（見圖1）是用酒精燈加熱鐵棒的一端，觀察鐵棒受熱后會(huì)不會(huì)變長，停止加熱后會(huì)不會(huì)縮短，從而證明以鐵棒為代表的大部分金屬有熱脹冷縮的性質(zhì)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備材料簡單，操作也不復(fù)雜，可多次實(shí)驗(yàn)下來，總覺得學(xué)生在觀察過程中的吸引點(diǎn)不多，描述現(xiàn)象也不理想。

圖1

圖2

找問題：這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)達(dá)到了既定目標(biāo)，學(xué)生完成起來也沒什么難度，總覺得有些地方不夠理想。例如，鐵棒放在木板上，沒有固定裝置，輕微的移動(dòng)都會(huì)影響到最終的實(shí)驗(yàn)效果，而且鐵棒初始放置的位置也直接決定著結(jié)果，看似簡單的操作其實(shí)也不簡單。針對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，我課后嘗試了初步改進(jìn)，我預(yù)先量出沒加熱前鐵棒的長度，加熱一段時(shí)間后再量長度，最后冷卻一段時(shí)間（也可水冷）量出長度，通過3個(gè)數(shù)據(jù)的對比，得出結(jié)論。雖然數(shù)據(jù)能有效地說明問題，但實(shí)驗(yàn)中的可視化效果卻打了折扣，再說學(xué)生很難掌控加熱的時(shí)間，加熱不到位，變長的程度不明顯，多次拿取鐵棒，也有燙傷的不安全因素。

改進(jìn)：如何進(jìn)一步優(yōu)化這個(gè)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)可視化效果，使得實(shí)驗(yàn)的趣味性和可操作化提升，成為了我思考的重點(diǎn)。在教學(xué)四年級電路單元時(shí)，讓我找到了優(yōu)化的依據(jù)，經(jīng)過一番嘗試，我完成了最終的實(shí)驗(yàn)裝置（見圖2）。我的設(shè)計(jì)思路是，把2根同樣的金屬棒連接在一個(gè)簡單電路中，兩端留有一定的縫隙（不接觸）形成一個(gè)開關(guān)裝置（斷路），當(dāng)分別加熱金屬棒的一端，金屬棒受熱體積變大，相互接觸接通電路，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)力吹滅了蠟燭火焰，起到冷卻作用，金屬棒體積縮小，電路斷開，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)過幾次實(shí)踐應(yīng)用，該裝置實(shí)用性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)可視化非常直觀，把金屬熱脹冷縮微妙的變化，通過風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)來放大實(shí)現(xiàn)。

二、簡單替換一目了然

現(xiàn)在的時(shí)代里，我們總是奉行著效果的最大化，不斷地追求更直接的結(jié)果，當(dāng)傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)備受到局限時(shí)，新設(shè)備的出現(xiàn)成為了理想選擇。教科版小學(xué)科學(xué)五年級上冊《光》單元第6課《怎樣得到更多的光和熱》一課中有這么一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（見圖3）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作起來很簡單，但實(shí)際操作起來，效果非常不理想，沒有數(shù)據(jù)的說服力，得出結(jié)論時(shí)學(xué)生總是很牽強(qiáng)。

圖3

圖4

找問題：實(shí)驗(yàn)中用的是傳統(tǒng)的玻璃溫度計(jì)，對于溫度變化的敏感程度不高，不能實(shí)時(shí)體現(xiàn)溫度細(xì)微的變化，再者，學(xué)生讀數(shù)時(shí)也不方便，可視化程度不高。從一定程度上影響了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的效果。

改進(jìn)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要靈敏度更高的溫度計(jì)，通過萬能的淘寶網(wǎng)搜索，一種價(jià)格便宜的傳感器式的數(shù)顯溫度計(jì)成為了最佳選擇（見圖4）。數(shù)顯溫度計(jì)替代傳統(tǒng)的溫度計(jì)，既解決了靈敏度的問題，又提升了可視化效果，學(xué)生在采集數(shù)據(jù)時(shí)，方便快捷。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，效果明顯提高。

又如湖北版小學(xué)科學(xué)五年級下冊《地球緩慢變化》單元第1課《山脈的變化》一課中，要求把一塊玻璃在酒精燈上加熱來模擬巖石熱脹冷縮后的變化。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，加熱的是塊狀玻璃（見圖5），玻璃在受熱的過程中會(huì)出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象，引起玻璃碎渣飛濺，扎到學(xué)生。

圖5

圖6

找問題：該實(shí)驗(yàn)存在著較大的缺陷：一是玻璃受熱不均可能會(huì)爆裂，影響實(shí)驗(yàn)效果，影響學(xué)生上課情緒。二是無法再現(xiàn)模擬巖石由于熱脹冷縮的原因造成的內(nèi)部變化。

改進(jìn)：記得小時(shí)候經(jīng)常玩玻璃彈珠的游戲，好奇時(shí)還會(huì)把玻璃彈珠放在火上燒，如果火候控制的恰當(dāng)，加速冷卻后能看到玻璃彈珠從內(nèi)部開始通體產(chǎn)生裂紋，還是保持完整，非常好看。這個(gè)不是這堂課想要達(dá)到的目的嗎？我就改用玻璃彈珠進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，又還原了小時(shí)候的場景。我發(fā)現(xiàn)，這一簡單的替換，可視化效果截然不同。

教學(xué)的實(shí)踐過程也是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化過程，好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想有利于學(xué)生有效地掌握基礎(chǔ)知識、基本方法，培養(yǎng)學(xué)生的技能和能力。更優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將在我們大家的摸索中出現(xiàn)，“我看到，很直觀，便真正理解了”。