基于小學(xué)科學(xué)實驗的創(chuàng)新設(shè)計

蕭順歡

【摘 要】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?！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)課程則是落實培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的最有效、最關(guān)鍵途徑。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué)；實驗；創(chuàng)新

中圖分類號：G623.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0568（2016）36-0081-03

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。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：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告，強調(diào)將思考觀察所得深刻化，強調(diào)將觀察到的現(xiàn)象加以分析，并進行書面表達，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)實驗是落實以上所有教學(xué)理念的關(guān)鍵，小學(xué)科學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要“營養(yǎng)”。因此，要求實驗日新月異，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)新實驗設(shè)計。

一、根據(jù)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新實驗操作，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)實驗探究和學(xué)生的年齡特點相融合，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)整和改進教學(xué)的關(guān)鍵點，對教學(xué)中的探究實驗不斷進行改良。

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. 教材提示實驗需用的器材

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. 教材提示的實驗操作過程

（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. 對原實驗設(shè)計不足的思考

（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，會直接影響實驗結(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，學(xué)生需花大量的時間事前調(diào)節(jié)好天平，測量時也要慢慢調(diào)節(jié)天平，使之達到平衡的狀態(tài)，完成的時間會較長，直接影響整個研究內(nèi)容的時間分配。

（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間差，試管里的水溫有下降的現(xiàn)象，也會影響實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（4）用天平測量的準(zhǔn)確性對實驗的影響。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)，會直接推翻實驗的結(jié)論。

4. 實驗設(shè)計改進

（1）實驗器材的改進。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）實驗操作的改進。

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?？吹嚼渌∑饋砗?，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為重量變輕。

5. 實驗裝置改良的效果

（1）用塑料密封袋替代了原實驗設(shè)計的玻璃試管和氣球膠皮，解決了捆扎試管的過程中因為殘留有空氣而影響實驗結(jié)果的科學(xué)性問題，降低了學(xué)生實驗前準(zhǔn)備工作的難度，從而避免了學(xué)生因為在實驗準(zhǔn)備過程中的過失而影響實驗的完成。

（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。避免了對實驗結(jié)果的不良影響，使實驗?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)進行分析，并能準(zhǔn)確、科學(xué)地得出實驗結(jié)論。

6. 對實驗探討的反思

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

（2）改進實驗操作后學(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)生的生活實際還是有一定差距的，科學(xué)教師就應(yīng)努力縮小這個差距，以有效達成課標(biāo)。筆者認(rèn)為，改進實驗操作后，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）還需改進的地方。以后應(yīng)注意選取效果明顯的實驗材料；要選取具有科學(xué)性的實驗材料，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驗材料，要從學(xué)生的動手能力和水平考慮，選取簡便、安全的材料。

二、改良原教材的實驗，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驗的基礎(chǔ)上進行改良。

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：做簡易天平并驗證空氣有重量。

1. 原簡易天平的實驗設(shè)計

（1）需用的器材：三條細繩、兩個圖釘、一個氣球，一根細長木條、一個筆帽。

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

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

2. 對實驗設(shè)計不足的分析

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

（2）“再在細木棍中心點的兩側(cè)面按上圖釘”，學(xué)生在細木棍上的中心點兩側(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）“拴上細線”就更不容易了，學(xué)生按圖釘?shù)牧Χ炔蝗菀渍莆?，如果太緊，細線沒位置拴上；若太松，圖釘又會掉下來。即使掌握了按圖釘?shù)牧Χ?，但要在小空隙中拴上細線也不容易，完成的時間會較長。

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

（5）“再提起木棍中心點的細繩，調(diào)節(jié)木棍兩端的氣球和筆帽，使簡易天平達到平衡?！痹谡{(diào)節(jié)木棍兩端的氣球和筆帽時，學(xué)生難以使兩點達到平衡。

（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，實驗結(jié)果都不準(zhǔn)確。

（7）整個實驗要求有一個學(xué)生提著簡易天平來完成，若這個學(xué)生稍微震動或手的姿勢改變，就會嚴(yán)重影響實驗的效果。

3. 實驗的改良設(shè)計

（1）改良器材為：方座支架一套、3條細繩、兩個鳳尾夾、兩個大氣球，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線綁在細木棍兩端的槽上；②把已綁好小圈的細線綁在細木棍的中間，細線位置不用準(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. 改良后的實驗操作

（1）把兩個相同型號但顏色不同的沒氣氣球分別夾在細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)細木棍中間的細線位置，使木棍兩端達到平衡（只調(diào)節(jié)一點的位置，比原實驗調(diào)節(jié)兩點好多了），并用記號筆在細線位置畫上記號，目的是讓學(xué)生記得哪一點位置是簡易天平的平衡點，以免一會兒做實驗不好找。

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

（3）檢查細木棍中間的細線是否在平衡點上（確保實驗的準(zhǔn)確性和科學(xué)性），并觀察實驗結(jié)果。

5. 實驗效果

三、根據(jù)課程需要，對實驗箱的實驗材料進行改良

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

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驗的粗糙面，這樣就延長了學(xué)生拉動小車時做勻速行走的距離，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)計是在長是80cm、寬是30cm的毛巾面的木板背面設(shè)計一個光滑面，但經(jīng)過試教以后，發(fā)現(xiàn)貌似光滑的木板其實摩擦系數(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。后來在多次實驗中，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，實驗效果相當(dāng)明顯。

3. 原實驗材料提供的是圓筒測力計，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，平板測力計的兩組數(shù)據(jù)是左右可以同時讀數(shù)的，直觀、簡單、方便。

四、利用信息技術(shù)創(chuàng)新融入實驗教學(xué)，便于高效、及時地掌握學(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，實現(xiàn)了理解、欣賞及思維的碰撞。實踐證明，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“運動與摩擦力”一課的教學(xué)中，筆者在兩個教學(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”這兩組對比實驗，目的是讓學(xué)生在自我設(shè)計實驗方案后，再次強化實驗條件的科學(xué)控制，很好地突破了難點，增強了對比實驗的能力，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收集學(xué)生反饋的知識，通過電腦分析、統(tǒng)計學(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行再次補漏。

綜上所述，啟迪智慧才是教育。在科學(xué)課堂中創(chuàng)新實驗是啟迪學(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)實驗融入科學(xué)課堂，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的科學(xué)興趣和能力。同時，還應(yīng)不斷創(chuàng)新、改良科學(xué)實驗，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，實現(xiàn)智慧的不斷增長。

（編輯：朱澤玲）