科學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新的實(shí)踐

熊高峰

摘 要 科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開科學(xué)探究，故作為科學(xué)探究主要過程和重要方法的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，受到越來越多科學(xué)教育者的重視。小學(xué)科學(xué)以實(shí)驗(yàn)探究為教學(xué)的基本手段，探究式學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)教具 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

中圖分類號：G623.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

小學(xué)生對新事物具有強(qiáng)烈的好奇心與求知欲，小學(xué)時(shí)期是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的黃金時(shí)期?？茖W(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開科學(xué)探究，故作為科學(xué)探究主要過程和重要方法的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，受到越來越多科學(xué)教育者的重視。作為小學(xué)科學(xué)教育的一線教師，結(jié)合本人教學(xué)中的幾個(gè)案例，闡述對科學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新的實(shí)踐的幾點(diǎn)思考。

1實(shí)驗(yàn)材料創(chuàng)新——化抽象為直觀

材料是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的必要條件，但在教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)教師準(zhǔn)備的材料在實(shí)驗(yàn)中并不適用的情況，有時(shí)現(xiàn)象不明顯達(dá)不到實(shí)驗(yàn)的目的，有時(shí)甚至還會(huì)產(chǎn)生“偽現(xiàn)象”。小學(xué)生的思維特點(diǎn)以直觀形象為主，一些抽象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象難以在實(shí)驗(yàn)中直接觀察，需要借助更為科學(xué)有效的實(shí)驗(yàn)材料幫助學(xué)生進(jìn)行觀察、思考。因此實(shí)驗(yàn)前教師要預(yù)先根據(jù)學(xué)情研究教材，細(xì)心考慮實(shí)驗(yàn)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，精選有利于實(shí)驗(yàn)的好材料。以《熱是怎樣傳遞的》一課為例。教材中安排了三個(gè)探究實(shí)驗(yàn)：（1）用手觸摸一端浸在熱水中的金屬棒;（2）酒精燈加熱掛有蠟粘火柴的鐵絲;（3）從不同位置加熱涂蠟的金屬圓盤。教師引導(dǎo)學(xué)生通過觀察火柴下落的順序和加熱后的熔蠟變化，推斷熱傳導(dǎo)的過程和方向。教材在實(shí)驗(yàn)材料的選擇上已經(jīng)給我們提出了思路——將抽象現(xiàn)象通過實(shí)驗(yàn)材料的改進(jìn)轉(zhuǎn)化成容易觀察到的直觀現(xiàn)象。但用蠟粘貼火柴耗時(shí)費(fèi)力，不易取換、調(diào)整，實(shí)驗(yàn)方案單一。針對這個(gè)不足，筆者把火柴換成大小相等的蠟燭環(huán)，將鐵絲換成金屬棒，將蠟燭環(huán)等距離套在金屬棒上，這樣蠟燭環(huán)取換、調(diào)整方便，學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)中蠟燭環(huán)掉落的次序也更為明顯。實(shí)驗(yàn)3中由于蠟是半透明物質(zhì)，加熱融化后的現(xiàn)象并不明顯，效果不佳，筆者則用變溫油墨來代替蠟，加熱后油墨顏色變化明顯，方便學(xué)生進(jìn)行觀察和思考。

2實(shí)驗(yàn)教具創(chuàng)新——化模糊為清晰

小學(xué)科學(xué)以實(shí)驗(yàn)探究為教學(xué)的基本手段，但實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)器材有限，有時(shí)并不適合當(dāng)?shù)氐膶W(xué)情和地域特點(diǎn)。要想達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，教師還得根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究的重難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際學(xué)情，對實(shí)驗(yàn)教具進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，以便放大實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，增強(qiáng)對比性，提高實(shí)驗(yàn)效率。以《金屬熱脹冷縮嗎》一課為例，金屬的熱脹冷縮是個(gè)細(xì)微的變化現(xiàn)象，用肉眼幾乎觀察不到，因此需要借助其他實(shí)驗(yàn)器材把這種微小的變化放大。教學(xué)時(shí)筆者對實(shí)驗(yàn)教具進(jìn)行了改進(jìn)，做一個(gè)串聯(lián)電路，電路里面連接小燈泡、開關(guān)、電池盒，電路的一端連接金屬夾子，另一端連接金屬棒，分別固定在兩個(gè)相對的支架上，再將以上實(shí)驗(yàn)設(shè)備集成在一塊固定板上，一個(gè)“金屬膨脹和收縮試驗(yàn)臺(tái)”就準(zhǔn)備就緒了。把要檢測的金屬條用金屬夾子夾緊，調(diào)整金屬棒與金屬條之間的距離（為保證實(shí)驗(yàn)效率要盡量靠近），用酒精燈加熱金屬條。當(dāng)金屬條受熱膨脹到一定程度時(shí)，接觸到另一端的金屬棒，電路被接通，小燈泡亮起來。移開熱源后金屬條慢慢冷縮，當(dāng)夠不到金屬棒時(shí)，電路斷開，小燈泡熄滅。用鐵條、銅條、鋁條重復(fù)實(shí)驗(yàn)，都可以觀察到相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這樣的改進(jìn)把金屬熱脹冷縮這種不容易觀察到的細(xì)微現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成了容易觀察的光現(xiàn)象，同時(shí)可以檢測多種金屬材料的熱脹冷縮，保證了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性與探究性，滲透了創(chuàng)新教育。

3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新——化驗(yàn)證為探究

探究式學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。但部分科學(xué)教師受到一些主客觀因素的影響，追求“省事”和“高效”，對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行簡略化處理，直接對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，甚至直接告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)論，忽略了實(shí)驗(yàn)的探究性過程。死記硬背和被動(dòng)接受學(xué)習(xí)并不能有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，只有讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷探究過程，才能促進(jìn)其形成探索未知世界所必需的各種能力。教科版小學(xué)科學(xué)三年級下冊《磁鐵的兩極》（下文稱“課1”）與《磁極的相互作用》（下文稱“課2”）是前后相連的兩課。這樣的課程安排把一個(gè)完整的知識(shí)塊進(jìn)行割據(jù)分布，表面上看起來降低了學(xué)生的探究難度，實(shí)際上卻對學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律造成干擾，到學(xué)習(xí)課2時(shí)學(xué)生的探究興趣和熱情已經(jīng)大打折扣。于是筆者對實(shí)驗(yàn)的流程進(jìn)行了調(diào)整：將課1中“磁鐵什么地方磁力大”的實(shí)驗(yàn)后置到該單元第5課《磁力大小會(huì)變化嗎》里，課2的“磁極與方向”的實(shí)驗(yàn)后置到第6課時(shí)《指南針》里，而將課1與課2整合為“磁鐵的兩極及相互作用”，使課程更具有連貫性，形成相對完整的知識(shí)塊，方便教師與學(xué)生探究時(shí)“盡其理，究其難”。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)筆者也做了改進(jìn)：用“磁懸浮魔環(huán)”實(shí)驗(yàn)作為整節(jié)課的開始，激發(fā)學(xué)生興趣后引出問題，讓學(xué)生進(jìn)行大膽猜想;然后運(yùn)用未標(biāo)識(shí)的磁鐵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生認(rèn)識(shí)磁鐵兩極;再對磁鐵兩極的相互作用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，得出磁鐵性質(zhì)。這樣設(shè)計(jì)，學(xué)生的興趣被有效激發(fā)，學(xué)生能夠積極主動(dòng)地參與探究實(shí)驗(yàn)，充分體驗(yàn)到科學(xué)探索的樂趣，教學(xué)流程也更加順暢，顯著提高了教學(xué)效率。

4實(shí)驗(yàn)環(huán)境改進(jìn)——化低效為高效

教科版五年級上冊第二單元《怎樣得到更多的光和熱》一課，要求學(xué)生在陽光下通過觀察不同顏色紙袋中溫度計(jì)的升溫情況，分析不同顏色的物體對熱的吸收本領(lǐng)的不同。本實(shí)驗(yàn)的不足在于：容易受天氣的影響;學(xué)生要在陽光下長時(shí)間觀察記錄，還要控制不同變量，不能遮住陽光，這對五年級的學(xué)生來說難度極大;室外教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生組織困難，實(shí)驗(yàn)效率低下。為避免以上實(shí)驗(yàn)中的不足，順利達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，筆者對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新：用電子溫度計(jì)代替水銀溫度計(jì)，用彩砂代替紙袋，將電子溫度計(jì)放入試管相同位置，試管中分別裝入不同顏色的彩砂，試管口用玻璃膠密封;采用發(fā)光發(fā)熱性能好的白熾燈泡連接充電電池、開關(guān)，做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。小燈泡外加一層磨砂燈罩，既能避免光線照射眼睛，又能盡量使小燈泡發(fā)光發(fā)熱均勻，有效模擬太陽光的照射。實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生根據(jù)探究的問題自行選擇相應(yīng)變量的試管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣就把實(shí)驗(yàn)從室外搬入室內(nèi)進(jìn)行，排除了天氣及室外其他因素的影響。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)器材可以同時(shí)滿足室內(nèi)與室外實(shí)驗(yàn)的需求，降低了操作難度，有效突破教學(xué)難點(diǎn)，顯著提高了實(shí)驗(yàn)效率，幫助學(xué)生把更多的時(shí)間與精力集中到觀察、記錄與思考上來。綜上所述，教師根據(jù)實(shí)際情況對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，為學(xué)生營造寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生的主體性地位得以突出，科學(xué)探究的興趣得到有效激發(fā)，不僅能提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率，還提升了學(xué)生探究科學(xué)知識(shí)的能力，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。