小學(xué)科學(xué)“地球與宇宙”領(lǐng)域中模擬實驗的教學(xué)策略

何美惠

（泉州市實驗小學(xué)，福建 泉州 362000）

在小學(xué)科學(xué)“地球與宇宙”領(lǐng)域中，有關(guān)現(xiàn)象、事物規(guī)律，具有時空的復(fù)雜性，常需要通過建構(gòu)模型、模擬實驗和邏輯推理等方法進(jìn)行研究。而小學(xué)生的空間想象、模型思維、實驗設(shè)計和邏輯推理能力比較弱，這些能力是做好模擬實驗所必備的，同時通過有效的模擬實驗教學(xué)能促進(jìn)學(xué)生的這些能力的發(fā)展。這一領(lǐng)域的模擬實驗教學(xué)常存在：材料選取缺乏科學(xué)性、忽略實驗設(shè)計、類比推理能力的培養(yǎng)等問題。［1］

模擬實驗是根據(jù)事物之間的相似性，對于不可能或不允許進(jìn)行實際實驗的研究對象，運用模擬的方法，設(shè)計出模型來，對被研究對象進(jìn)行研究的一種實驗類型。筆者根據(jù)“從原型到模型再到原型”的規(guī)律，細(xì)化了模擬實驗步驟，思考了模擬實驗教學(xué)引導(dǎo)策略，具體見圖1。以《我們來造“環(huán)形山”》一課為例談?wù)劇?/p>

圖1 模擬實驗步驟與教學(xué)引導(dǎo)策略

一、感知原型，推測成因

（一）提供資源，獲取更多原型信息

感知原型是模擬實驗的基礎(chǔ)。在一些探究自然現(xiàn)象形成的教學(xué)中，讓學(xué)生穿越時空經(jīng)歷歷史或體驗各種自然現(xiàn)象是不切實際的，模擬實驗之前，要盡可能用更合理的途徑讓學(xué)生獲得關(guān)于研究對象更全面的信息，如可以提供圖片、視頻、實物、文字等，引導(dǎo)孩子對這些材料進(jìn)行全面的觀察、解讀。對原型了解越深入，模擬實驗設(shè)計時細(xì)節(jié)就能考慮得越周密，模擬實驗就越科學(xué)有效。

《我們來造“環(huán)形山”》一課，筆者展示宇航員近距離拍攝的月球上環(huán)形山的圖片，引導(dǎo)學(xué)生全面觀察，不僅讓孩子觀察了解月球上的環(huán)形山分布規(guī)律：大小不一、深淺不一、數(shù)量眾多，還特別引導(dǎo)學(xué)生觀察描述環(huán)形山的特點：中間凹，四周隆起。為之后推測和形成假說打基礎(chǔ)。

（二）搭建思維“腳手架”，引導(dǎo)科學(xué)推測

推測成因是模擬實驗順利完成的階梯。推測是一種重要的思維活動，它是人們在已有知識基礎(chǔ)上，對未知的事物做出一種大膽的猜測。由于“地球與宇宙”的內(nèi)容比較抽象，在做推測時，可以提供結(jié)構(gòu)化的資料和利用有針對性的語言，為孩子的思維搭建“腳手架”，引導(dǎo)孩子科學(xué)推測，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和邏輯推理能力。

《我們來造“環(huán)形山”》一課，在推測環(huán)形山的成因環(huán)節(jié)，引導(dǎo)孩子再次回到環(huán)形山的圖片，根據(jù)剛才觀察環(huán)形山的特點來推測成因。有學(xué)生推測：環(huán)形山可能是隕石撞擊形成的。筆者追問：你是怎么想到的？讓學(xué)生的思維顯性化——是根據(jù)環(huán)形山的形狀，想到可能是隕石撞擊而成，而且地球上也有隕石坑。筆者又及時運用評價引導(dǎo)學(xué)生思維：這位同學(xué)是運用聯(lián)想的方法，從環(huán)形山的形狀想象可能是圓形的東西撞擊而成的，又聯(lián)想到地球上的隕石坑，從而推測可能是隕石撞擊。想象、聯(lián)想是科學(xué)思維方法。緊接著，筆者展示月球上的環(huán)形山圖片和地球上的隕石坑的圖片進(jìn)行對比，讓孩子有更感性的認(rèn)識。之后又利用月球上的環(huán)形山和火山口的對比圖片，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想推測火山噴發(fā)也可能形成環(huán)形山。

二、建構(gòu)模型，模擬實驗

（一）材料選取注重“相似性”

模擬實驗材料的選擇不當(dāng)，會直接影響實驗的科學(xué)性。模擬實驗材料的選擇必須遵循相似性的原理，模型和研究對象（原型）之間具有相似性、模擬所處的實驗條件與研究對象所處的實驗條件之間具有相似性。

《我們來“造環(huán)形山”》一課，“火山噴發(fā)說”的實驗材料選擇，筆者引導(dǎo)：可以用什么來模擬巖漿？教材里是用水來模擬巖漿。筆者追問：還可以用什么材料能更像巖漿？實驗現(xiàn)象也更明顯？有同學(xué)想到用紅色墨水、番茄醬來模擬巖漿。筆者繼續(xù)追問：紅墨水和番茄醬哪個更好？通過交流，大家一致認(rèn)為用番茄醬更好，更像巖漿。另外，教材中是利用針筒的擠壓作為火山噴發(fā)的動力，針筒的力度不夠，且與實際情況是不符合的，可以引導(dǎo)孩子從生活中尋找更符合實際（原型）的材料，通過交流，最后確定采用洗耳球作為“火山噴發(fā)”動力的材料，模擬實驗的效果好。

（二）模擬實驗設(shè)計體現(xiàn)“自主性”

有些教師認(rèn)為，模擬實驗比直接實驗更有難度，常直接講解并演示方法，讓學(xué)生小組實驗觀察現(xiàn)象。這樣學(xué)生根本不清楚實驗的目的，只能按教師的要求去做，沒有任何思維活動，設(shè)計實驗的能力無從培養(yǎng)。模擬實驗設(shè)計環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計思維的良好途徑，教師可以利用“有層次的問題串”引導(dǎo)學(xué)生小組自主合作設(shè)計實驗，再全班交流完善方案，真正讓孩子自主設(shè)計實驗、設(shè)計好實驗。

《我們來“造環(huán)形山”》一課“撞擊說”的實驗方案設(shè)計，可以利用“怎樣制造大小不同、深淺不同的環(huán)形山”“大小不同的球模擬什么”“球的材質(zhì)要一樣嗎”“球扔下的高度要一樣嗎”等“問題串”引導(dǎo)方案的設(shè)計。通過全班交流啟發(fā)設(shè)計出了多種方案：有用同樣大小的球同一高度輕輕地扔和重重地扔；有用不同重量的球同樣的力度同樣高度扔的……可見兒童的潛力是無限的，教師要充分信任，引導(dǎo)孩子自主設(shè)計實驗，培養(yǎng)孩子的實驗設(shè)計思維能力。

（三）實驗操作體現(xiàn)“規(guī)范性”

在實驗過程中，有些學(xué)生沒有規(guī)范操作，教師要發(fā)揮組織者的作用，在操作前要強調(diào)按實驗設(shè)計進(jìn)行操作，在實驗中加強調(diào)控，［2］并引導(dǎo)孩子細(xì)心觀察做好記錄?！段覀儊碓臁碍h(huán)形山”》一課，引導(dǎo)孩子不僅觀察模擬實驗造出的環(huán)形山是否大小不一、深淺不一，重點觀察造出的環(huán)形山是否跟月球上的環(huán)形山外形相似，教師提供手電筒，讓孩子更仔細(xì)、更清楚地觀察、對比。

三、回到原型，建構(gòu)概念

（一）還原思考，類比推理

模擬實驗的目的就是通過對實驗過程與現(xiàn)象的解析，形成概念或建立假說。實驗后教師還必須對模擬實驗進(jìn)行還原思考，［3］引導(dǎo)學(xué)生將模擬實驗的過程和結(jié)果轉(zhuǎn)化到現(xiàn)實研究對象中，讓孩子去類比推理實物變化的過程和結(jié)果，也能很好地訓(xùn)練類比遷移思維能力。

《我們來造“環(huán)形山”》一課，引導(dǎo)學(xué)生類比分析：同樣大小的球從同一高度輕輕地扔，造出的“環(huán)形山”小、淺，用力扔造出的“環(huán)形山”大、深，可以解讀為：同樣大小的隕石撞擊月球的速度不同，撞擊力不同，形成的環(huán)形山大小深淺就不同等。通過類比分析，學(xué)生就不會僅滿足并停留于實驗現(xiàn)象上，還會對環(huán)形山的成因進(jìn)行更深入的思考。

（二）有根有據(jù)，建構(gòu)概念

科學(xué)概念的建構(gòu)是學(xué)生的感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識的過程。這個建構(gòu)過程要遵循科學(xué)探究的本質(zhì)——證據(jù)意識。教師要引導(dǎo)學(xué)生充分運用實驗所收集到的證據(jù)，和已有的知識經(jīng)驗，進(jìn)行綜合，有根有據(jù)地建構(gòu)概念（假說）。

《我們來造“環(huán)形山”》一課，環(huán)形山的成因還是未知的領(lǐng)域，建構(gòu)的是假說。筆者引導(dǎo)學(xué)生有依據(jù)建立假說：我們組的觀點是“火山噴發(fā)說”，依據(jù)是實驗收集到的信息，當(dāng)用力擠壓洗耳球時，也就是火山爆發(fā)激烈時和用比較粗的管，也就是火山口比較大時，形成的環(huán)形山比較大……在孩子們充分交流后，筆者繼續(xù)引發(fā)思考：僅依靠今天的實驗證據(jù)，能確定月球上環(huán)形山的成因？引導(dǎo)大家繼續(xù)尋找其他證據(jù)，建構(gòu)自己的假說。

總之，小學(xué)科學(xué)“地球與宇宙”領(lǐng)域的模擬實驗有其復(fù)雜性，不同的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)策略可能有差異，細(xì)化模擬實驗步驟，在各步驟采取相應(yīng)的教學(xué)引導(dǎo)策略，能培養(yǎng)學(xué)生的空間想象、模型思維、實驗設(shè)計和邏輯推理等能力，使模擬實驗的教學(xué)更有效。

［1］王合建． 小學(xué)科學(xué)模擬實驗教學(xué)的問題及對策［J］． 中小學(xué)實驗與裝備， 2017 （1）：31-32．

［2］毛君明． 模擬實驗在“地球與宇宙” 領(lǐng)域中的教學(xué)策略［J］． 實驗教學(xué)與儀器， 2012 （10）： 52-53．

［3］喬廷強． 模擬實驗要重視類比推理［J］． 湖北教育：科學(xué)課，2015（3）：51．