例析小學(xué)科學(xué)“破壞性實驗”的教學(xué)策略

□葉 瑩

在小學(xué)科學(xué)實驗探究中，教師一般都會強調(diào)愛護實驗材料、規(guī)范操作、注意安全。但有部分國家卻鼓勵學(xué)生通過“破壞性實驗”進行科學(xué)探究，認為科學(xué)研究的過程必然包含著破壞性和危險性的因素，破壞性實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

破壞性實驗，是指在人為設(shè)定的特殊條件下，通過“破壞性”手段，以論證出某種物質(zhì)的最大“耐受值”。如果在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中，教師能對學(xué)生出現(xiàn)的一些有意或無意的破壞性實驗加以處理和引導(dǎo)，就能使之成為建立科學(xué)概念、展示實驗過程、突破教學(xué)瓶頸、實現(xiàn)安全教育、增強環(huán)保意識等方面的教學(xué)增長點，提升學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究能力。

一、利用破壞性實驗，激發(fā)探究興趣

學(xué)生在科學(xué)實驗中往往會出現(xiàn)一些意外，導(dǎo)致實驗材料的破壞。如果此時教師一味批評，由此產(chǎn)生的壓迫感可能會扼殺學(xué)生開展探究的興趣和勇氣。因此，教師要善于將這些意外“破壞”材料的事件，轉(zhuǎn)化成激發(fā)學(xué)生探究興趣的契機。

例如，三年級下冊經(jīng)常要使用溫度計。盡管教師反復(fù)強調(diào)要輕拿輕放，但總會發(fā)生學(xué)生不小心打破的意外，有些教師也會采取批評警誡全班學(xué)生的做法，學(xué)生因此惴惴不安，實驗時畏首畏尾甚至相互推諉。既然溫度計已經(jīng)打破，且用于實驗的溫度計是相對安全的紅色煤油溫度計，所以教師不如利用意外的破壞，引導(dǎo)學(xué)生觀察溫度計的內(nèi)部構(gòu)造：玻璃泡在哪里？里面有什么？液柱又是怎樣的呢？使學(xué)生放下心理負擔(dān)，開啟新一輪的探究求知。

二、借助破壞性實驗，發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)起點

維果茨基的研究表明：教育對兒童的發(fā)展能起到主導(dǎo)作用和促進作用，但需要確定兒童發(fā)展的兩種水平：一種是已經(jīng)達到的發(fā)展水平；另一種是可能達到的發(fā)展水平。他的“最近發(fā)展區(qū)”理論意味著教學(xué)要先掌握學(xué)情，尋找教學(xué)的起點和學(xué)生的起點。

以五年級上冊第一單元第三課《觀察綠豆芽的生長》為例，學(xué)生受生活經(jīng)驗的影響，在潛意識中不承認黑暗下生長的綠豆芽的莖更粗壯，哪怕實驗結(jié)果明顯地擺在那里——黑暗中生長的綠豆芽的莖又白又粗。這時，教師讓學(xué)生將陽光下生長與黑暗中生長的綠豆芽分別折斷，再用力捏一捏。學(xué)生對比觀察發(fā)現(xiàn)，黑暗中生長的綠豆芽的莖是中空的，是吸水膨脹后才變粗的，因此擠壓后有很多水分。這一破壞性實驗說明：黑暗中生長的綠豆芽是一種非正常生長，植物的生長需要陽光。

兒童早在正式接受學(xué)校教育前，就通過身處的自然環(huán)境以及各種信息來源對自然現(xiàn)象形成了許多樸素的理解，也就是帶著源于日常生活經(jīng)驗的前概念走進科學(xué)課堂的。教師的任務(wù)就是通過教學(xué)使學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)更加準確、抽象，完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。而破壞材料的生物實驗，可以剝開生命現(xiàn)象的神秘外衣，暴露學(xué)生原有的認知基礎(chǔ)或錯誤，發(fā)現(xiàn)真正的教學(xué)起點和學(xué)生起點。

三、觀察破壞性實驗，建構(gòu)科學(xué)概念

皮亞杰的研究表明：兒童的智能起源于主體對客體的動作。真正的學(xué)習(xí)是兒童積極參與并通過對一些實物進行操作而內(nèi)化的過程?？茖W(xué)探究就是讓學(xué)生以觀察、實驗等方式建構(gòu)科學(xué)概念，而一些有意而為的破壞性實驗，可以引發(fā)兒童真正的學(xué)習(xí)。

四年級下冊的“電”單元中，學(xué)生在探究使小燈泡發(fā)光的不同連接方式的過程中，雖然找到了一些規(guī)律，但是對小燈泡為何要有兩個連接點、電流是如何在小燈泡內(nèi)流動的認識很模糊。因此，筆者有意將小燈泡破壞（見圖1），請學(xué)生分組進行觀察。

圖1 小燈泡的拆解和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

拆解后的小燈泡，有利于學(xué)生對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行觀察。學(xué)生發(fā)現(xiàn)燈絲很細，金屬架一端與小燈泡底部的連接點相通，另一端連在側(cè)面金屬片的另一個連接點上，電流從小燈泡的一個連接點進入，經(jīng)過燈絲再從另一個連接點流出，從而形成了電流的走向，小燈泡就會發(fā)光了。學(xué)生還發(fā)現(xiàn)側(cè)面金屬片沒有直接與連接點相連，其附近的黑色部分是陶瓷做的，陶瓷不導(dǎo)電。科學(xué)研究的是客觀事實存在的規(guī)律。教師通過有意破壞研究對象的實驗，能讓學(xué)生清楚了解燈泡連通兩個連接點的內(nèi)部構(gòu)造和燈泡內(nèi)的電流走向，使學(xué)生親眼見證客觀事實的呈現(xiàn)。當(dāng)客觀事實與學(xué)生自己的想象產(chǎn)生認知沖突后，其思維能力能迅速提升，便于他們總結(jié)規(guī)律，接受客觀事實，建構(gòu)和內(nèi)化科學(xué)概念。

四、開展破壞性實驗，突破教學(xué)瓶頸

科學(xué)概念一般較為抽象，單憑教師講授，某些學(xué)生可能依然會一知半解。有時用一個簡單的破壞性實驗，問題反而能迎刃而解。

如三年級下冊《磁鐵的兩極》這一課，學(xué)生通過實驗明白了磁鐵兩端的磁性最強，中間最弱。很多學(xué)生都會認為磁鐵中間幾乎沒有磁性，即使磁鐵斷裂，斷開的地方也沒有磁性，因為只有2個極。其實，這個問題涉及高中階段的物理知識——電子的定向排列，很難對小學(xué)生解釋清楚。這時，教師偶然發(fā)現(xiàn)學(xué)具袋里有一塊摔成兩截的條形磁鐵，靈機一動，請學(xué)生現(xiàn)場將一塊小磁鐵摔成兩段，驗證猜想。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，磁鐵從中間摔斷，摔斷了的部分也各有磁極（實際有4個磁極），而且跟原來的極相互排斥。

科學(xué)教學(xué)中經(jīng)常會遇到無法用語言、圖片、視頻呈現(xiàn)的教學(xué)瓶頸，囿于不破壞實驗材料的傳統(tǒng)操作方法，就很難破解難點。因而，對于要研究的問題，在有材料的情況下，最好的解決辦法就是親身實踐，教學(xué)難點也就迎刃而解了。

五、巧用破壞性實驗，樹立環(huán)保意識

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標準（2017年版）》中新增了科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境目標，要培養(yǎng)學(xué)生“熱愛自然，珍惜生命，具有保護環(huán)境的意識和社會責(zé)任感”。在科學(xué)教學(xué)中，通過破壞性實驗，學(xué)生了解人類的生活和生產(chǎn)有可能造成的環(huán)境破壞，積極參與環(huán)境保護活動，愿意采取行動保護環(huán)境、節(jié)約資源，樹立環(huán)保意識。

在五年級上冊《光和熱》一課中有一個利用凸透鏡產(chǎn)生強光和高溫的實驗。一般教學(xué)在找到凸透鏡的焦點后就停止了，防止學(xué)生產(chǎn)生危險。如果教師巧妙利用這一原理進行一個破壞性實驗，可以讓學(xué)生樹立環(huán)保意識，激發(fā)他們的環(huán)保行為。教師首先出示游客在森林里丟棄沒喝完的礦泉水瓶卻引發(fā)森林大火的案例，引導(dǎo)學(xué)生探究原因。教師準備了放大鏡、放有紙屑的火盆、滅火沙和滅火劑。在做好保護的前提下，學(xué)生用放大鏡找到焦點后，將焦點停留在紙屑上幾分鐘。紙屑上冒出了煙，產(chǎn)生燃點后，隨即要求學(xué)生滅火。學(xué)生體會到凸透鏡能使強光產(chǎn)生高溫，甚至能產(chǎn)生燃點，形成火勢。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生觀察有水的礦泉水瓶，學(xué)生發(fā)現(xiàn)它類似于凸透鏡，同樣可以匯聚熱量，造成森林大火，人們不能在森林中亂丟，應(yīng)該開展一場清理垃圾的環(huán)保行動。

該實驗中的小火，學(xué)生自己就能熄滅，不會給學(xué)生造成可怕的氛圍。但學(xué)生能從中明白，一些火災(zāi)是可以避免或者扼殺在萌芽中的。只有面對危險，學(xué)生才能體會到自己控制危險的能力，從而對危險保持警惕，這也是潛在的教學(xué)意義。

六、嘗試破壞性實驗，進行安全教育

小學(xué)生有強烈的好奇心和逆反心理，越是不讓做的事就越想去嘗試。進行科學(xué)實驗時認為不按照規(guī)范操作，也沒什么大不了的，埋下了潛在危險的種子。破壞性實驗可以滿足學(xué)生嘗試錯誤的愿望，達到有效進行安全教育的目的，促使學(xué)生形成規(guī)范操作實驗的意識。

四年級下冊“電”單元中有關(guān)“電池短路”的教學(xué)很難落實。雖然很多學(xué)生在嘗試連接電路的過程中已經(jīng)接觸了短路現(xiàn)象，但往往沒有重視這種錯誤。其實，教師可以讓學(xué)生試一下短路的情況，引導(dǎo)學(xué)生將導(dǎo)線直接連接在電池兩端，學(xué)生感覺很燙手，立刻放開了。教師立刻補充，如果是家庭電路或者工業(yè)電路短路的話，還會引發(fā)火災(zāi)，非常危險。這樣的試錯實驗使學(xué)生親身感受到短路所產(chǎn)生的危害，意識到要避免短路的產(chǎn)生，遠離危險。一場關(guān)于電的安全教育無聲無息地落實下去了。

課堂中的安全教育經(jīng)常強調(diào)這個不能碰，那個禁止做。有些教育者認為，試錯是一種很好的安全教育方式，但這種破壞性實驗必須建立在可控范圍內(nèi)?？茖W(xué)教師作為具備科學(xué)知識和較高科學(xué)素養(yǎng)的專業(yè)人員，可以在課堂上適當(dāng)進行安全的破壞性實驗，以達到安全教育的目的。

皮亞杰認為，兒童不只受教于教師，而是主動的學(xué)習(xí)者。破壞性實驗?zāi)軇?chuàng)造相對自由的學(xué)習(xí)情境，充分暴露學(xué)生的前概念，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力，突破教學(xué)難點，有效建構(gòu)和內(nèi)化科學(xué)概念，全方位培養(yǎng)學(xué)生的探究精神、動手能力和科學(xué)素養(yǎng)。