小學(xué)科學(xué)低成本實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)*

陳容斌

摘 要?? ?實(shí)驗(yàn)教學(xué)是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要組成部分，低成本實(shí)驗(yàn)?zāi)芙鉀Q部分實(shí)驗(yàn)器材短缺、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠合理、實(shí)驗(yàn)裝置繁雜等問(wèn)題。教師充分開(kāi)發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)，有利于均衡城鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)資源，提升實(shí)驗(yàn)教師科學(xué)素養(yǎng)，拉近科學(xué)與生活的距離，增強(qiáng)學(xué)生的節(jié)儉意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力，打造高智慧的科學(xué)課堂。

關(guān)鍵詞? 科學(xué)教學(xué) 低成本實(shí)驗(yàn)

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“小學(xué)科學(xué)課程是以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，教師要把探究活動(dòng)作為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式，強(qiáng)調(diào)從學(xué)生熟悉的日常生活出發(fā)，通過(guò)學(xué)生親身經(jīng)歷動(dòng)手動(dòng)腦等實(shí)踐活動(dòng)，獲取科學(xué)知識(shí)、領(lǐng)悟科學(xué)精神、學(xué)習(xí)科學(xué)方法?！盵1]小學(xué)科學(xué)是一門(mén)以觀察與實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以探究為核心的實(shí)踐性課程，學(xué)生親歷探究的各種活動(dòng)需要有結(jié)構(gòu)的材料做支撐。然而，現(xiàn)行教科版科學(xué)教材中的部分實(shí)驗(yàn)由于器材短缺、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠合理、實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜等，導(dǎo)致一些實(shí)驗(yàn)難以操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)無(wú)法達(dá)成。筆者通過(guò)長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐，深刻認(rèn)識(shí)到生活中的小物品、廢棄物品、小玩具、食物資源等低成本實(shí)驗(yàn)資源，具有價(jià)廉、親切、簡(jiǎn)單明了等優(yōu)點(diǎn)。教師充分開(kāi)發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)，定能均衡城鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)資源，提升實(shí)驗(yàn)教師科學(xué)素養(yǎng)，拉近科學(xué)與生活的距離，增強(qiáng)學(xué)生的節(jié)儉意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。下面，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，談?wù)勯_(kāi)發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)的一些具體做法。

一、巧用廢棄物品改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，讓探究效果更凸顯

兵馬未動(dòng)，糧草先行。類比小學(xué)科學(xué)教學(xué)，則是科學(xué)探究，材料先行。材料選對(duì)了，就相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)成功了一半。在現(xiàn)有教科版科學(xué)教材中，仍有部分實(shí)驗(yàn)因材料選擇不當(dāng)、實(shí)驗(yàn)裝置不夠合理，導(dǎo)致探究效率低。教師可以巧用生活中的廢舊器材或廢棄物品，經(jīng)過(guò)替換或加工改造，使之成為很好的實(shí)驗(yàn)器材。這樣不但可以變廢為寶，而且增強(qiáng)了學(xué)生環(huán)保意識(shí)。如筆者在教學(xué)教科版《科學(xué)》五年級(jí)下冊(cè)“下沉的物體在水中會(huì)受到水的浮力嗎”一課，本課實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容是：“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證下沉物體在水中受到浮力的作用，用測(cè)力計(jì)測(cè)量下沉物體受到的浮力大小。”原教材實(shí)驗(yàn)材料選用一個(gè)鉤碼、測(cè)力計(jì)、水槽，實(shí)驗(yàn)方法是先測(cè)量一個(gè)鉤碼在空氣中受到的重力，再測(cè)量鉤碼小部分浸入水中、大部分浸入水中、全部浸入水中時(shí)受到的重力，最后計(jì)算鉤碼在水中受到的浮力大小。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，筆者發(fā)現(xiàn)大部分同學(xué)對(duì)同一個(gè)鉤碼在水中分層次浸入的程度把握不準(zhǔn)，且鉤碼放入水中時(shí)測(cè)力計(jì)的指針僅上升一點(diǎn)點(diǎn)，學(xué)生讀取數(shù)據(jù)困難。如何解決此難題？筆者因地制宜，發(fā)動(dòng)每組學(xué)生收集大的飲料瓶，剪去頂部后裝水替換水槽，利用廢棄電池替代鉤碼，將三節(jié)電池用透明膠綁成條狀看作一個(gè)整體，浸入大飲料瓶中一節(jié)表示“小部分浸入”，浸入大飲料瓶中兩節(jié)表示“大部分浸入”，浸入大飲料瓶中三節(jié)表示“全部浸入”，這種簡(jiǎn)易裝置操作起來(lái)有三點(diǎn)好處：一是電池分層浸入水中的位置更明晰，二是不同節(jié)數(shù)的電池浸入水中受到的浮力相差較大，對(duì)比性更強(qiáng);三是將水槽替換為大飲料瓶，有利于電池浸入水中不碰底，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確率更高。像上述廢棄電池、飲料瓶隨手可得，巧妙利用后有效解決了實(shí)驗(yàn)難題，這種實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)潔、操作簡(jiǎn)便、原理簡(jiǎn)明，探究效果更凸顯。

二、借助食物資源填補(bǔ)教材實(shí)驗(yàn)空白，讓探究結(jié)果可視化

現(xiàn)行教科版科學(xué)教材中存在部分實(shí)驗(yàn)空白，主要表現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：一是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容空白，需通過(guò)實(shí)驗(yàn)建構(gòu)科學(xué)概念，而教材并沒(méi)有安排實(shí)驗(yàn);二是實(shí)驗(yàn)器材空白，一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容教材雖有呈現(xiàn)，但缺乏專用的實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)操作繁瑣，所以實(shí)驗(yàn)效果不佳[2]。在教學(xué)中，筆者嘗試借助食物資源填補(bǔ)教材實(shí)驗(yàn)空白，收到了良好的教學(xué)效果。如教科版《科學(xué)》六年級(jí)上冊(cè)“電能和能量”一課，“認(rèn)識(shí)不同形式的能量間也能夠轉(zhuǎn)換”是本課的難點(diǎn)，但教材只是蜻蜓點(diǎn)水地提到：用兩手互相摩擦和反復(fù)彎折一段鐵絲有什么感覺(jué)？在這些過(guò)程中，能量是怎樣轉(zhuǎn)換的？ 筆者認(rèn)為這兩個(gè)小體驗(yàn)活動(dòng)僅僅局限于學(xué)生的感受，感覺(jué)到發(fā)熱，就判定是機(jī)械能轉(zhuǎn)換成熱能，這是淺層的、隱性的感性認(rèn)識(shí)，未能上升到理性認(rèn)識(shí)。于是，筆者借助“燃燒花生米給水加熱探究能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程”。首先，教師出示一?；ㄉ?，問(wèn)學(xué)生：“花生米中含有能量嗎？”學(xué)生意見(jiàn)產(chǎn)生分歧，那么，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明花生米中是否含有能量，如果有，其能量又是如何轉(zhuǎn)換的？接著，教師通過(guò)課件呈現(xiàn)輔助器材：燒杯、鐵架臺(tái)、石棉網(wǎng)、40毫升的水、溫度計(jì)、夾子、花生米、回形針、火柴、酒精燈，分發(fā)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)單，小組討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生形成共識(shí)：燃燒花生米加熱燒杯中的水，觀察杯中水溫的變化，進(jìn)而分析花生米中的能量是如何轉(zhuǎn)換的。緊接著，教師出示實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生組裝裝置。具體操作方法：

1.用溫度計(jì)測(cè)量燒杯中水溫，記錄數(shù)據(jù)。

2.將石棉網(wǎng)放在鐵架臺(tái)的套圈內(nèi)，燒杯放在石棉網(wǎng)上，懸掛溫度計(jì)，插入燒杯中。

3.回形針插入花生米，夾子夾住。

4.酒精燈點(diǎn)燃花生米，放入石棉網(wǎng)下加熱。（盡量用外焰加熱）

5.直到花生米完全燃燒后，再測(cè)水溫，并記錄。

教師巡視指導(dǎo)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)既分工又合作，有的同學(xué)在認(rèn)真觀察現(xiàn)象，有的同學(xué)負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù)，有的同學(xué)用手機(jī)拍攝實(shí)驗(yàn)過(guò)程……短短幾分鐘，學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)：花生米燃燒后顏色變黑、發(fā)光、發(fā)熱、冒煙，同時(shí)杯中的水溫在不斷上升。教師整理各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，匯總?cè)绫?。

教師引導(dǎo)學(xué)生橫向分析表中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：水溫的確上升了，那是因?yàn)榛ㄉ兹紵筢尫懦鲆欢ǖ臒崃?再縱向分析各組數(shù)據(jù)，教師追問(wèn)：“各組水溫升高情況有所不同，這又是為什么？”學(xué)生暢所欲言：“因?yàn)榛ㄉ兹紵蟀l(fā)生了化學(xué)變化，釋放出的一部分能量轉(zhuǎn)換成了光能，一部分能量轉(zhuǎn)換成了熱能，水吸收的熱量只是其中一部分?！苯處熯M(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生觀察、比較、分析最后一列數(shù)據(jù)，從而得出：水吸收的熱量源于花生米燃燒釋放出的化學(xué)能，再轉(zhuǎn)換成熱能。其實(shí)，一?；ㄉ兹紵尫懦龅哪芰窟h(yuǎn)不止這些。

生活中一粒小小花生米不但有食用價(jià)值，還可以發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能與價(jià)值，讓深不可測(cè)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程淋漓盡致地展現(xiàn)在科學(xué)課堂，讓學(xué)生探究過(guò)程走向深入，探究結(jié)果可視化。

三、自制教具學(xué)具創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，讓探究活動(dòng)更接地氣

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于教具學(xué)具的開(kāi)發(fā)建議：學(xué)生身邊易獲取、成本低的材料是科學(xué)探究的首選學(xué)具，鼓勵(lì)教師收集和自制教具，為學(xué)生的探究活動(dòng)提供物質(zhì)條件[1]。筆者認(rèn)為自制教具學(xué)具要做到：材料簡(jiǎn)單易找、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、操作簡(jiǎn)潔高效，這樣有利于學(xué)生正確建構(gòu)科學(xué)概念，有利于學(xué)生發(fā)展科學(xué)探究能力。筆者曾執(zhí)教教科版《科學(xué)》四年級(jí)上冊(cè)“運(yùn)動(dòng)起來(lái)會(huì)怎樣（一）”一課，教學(xué)內(nèi)容繁多、知識(shí)零碎。筆者本著為課堂瘦身的考慮，對(duì)原有教材進(jìn)行取舍、整合，著重探究“運(yùn)動(dòng)與呼吸的關(guān)系”，針對(duì)“運(yùn)動(dòng)后氣體發(fā)生了什么變化”這一環(huán)節(jié)，教材安排了兩次活動(dòng)，一是反復(fù)呼吸一袋空氣，體驗(yàn)氣體發(fā)生了什么變化;二是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證氣體確實(shí)發(fā)生了變化，采用三個(gè)瓶子分別收集新鮮的空氣、呼吸一次的空氣和呼吸多次的空氣進(jìn)行對(duì)比，呼吸多次的氣體運(yùn)用了排水取氣法進(jìn)行收集。

結(jié)合四年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知水平，排水取氣法操作困難、步驟復(fù)雜、屬于中學(xué)教授內(nèi)容。為此，筆者采用三年級(jí)學(xué)過(guò)“空氣占據(jù)空間的原理”收集呼出的氣體，選用某品牌卵白蛋白瓶子、吸管、竹簽，經(jīng)過(guò)加工，制作簡(jiǎn)易教具。具體操作方法如下：

1.收集一瓶吸進(jìn)的氣體，也就是空氣，先在 1號(hào)空瓶子中裝滿水，再將水全部倒到廢水盒，塞緊橡膠塞。

2.收集一瓶呼出的氣體，可用氣體占據(jù)空間的原理，在2號(hào)瓶子中裝滿水，塞緊橡膠塞，靠近廢水盒旁，兩手壓住橡膠塞，用嘴對(duì)準(zhǔn)豎直的一根吸管吹氣，水會(huì)沿另一根彎的吸管排到廢水盒里，反復(fù)吹氣，直到瓶中的水排干為止，蓋上橡膠塞。

3.用打火機(jī)點(diǎn)燃兩根竹簽，同時(shí)打開(kāi)瓶蓋，分別放入瓶子，不能將竹簽碰到瓶底或瓶壁。

4.仔細(xì)觀察現(xiàn)象，并記錄。

5.實(shí)驗(yàn)完畢，將燃燒后的竹簽放入易拉罐中。

6.反復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。

學(xué)生通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：燃燒的竹簽放入2號(hào)呼出氣體的瓶子中，總是先熄滅，從而驗(yàn)證了“吸進(jìn)氣體與呼出氣體的含量是不一樣的”。這種教具取材于生活，使學(xué)生明白科學(xué)就在身邊，科學(xué)與日常生活緊密相連[3]，使用此教具開(kāi)展探究活動(dòng)很接地氣。

上述教具還可發(fā)揮多種功能，如不用橡膠塞的瓶子，瓶口塞個(gè)氣球，放進(jìn)熱水或冷水杯中，可以探究“氣體的熱脹冷縮性質(zhì)”;在橡膠塞中間鉆個(gè)小孔，插入一根直的吸管，再裝滿水（或酒精、食用油等），同樣放進(jìn)熱水或冷水杯中，可以探究“液體的熱脹冷縮”。生活中司空見(jiàn)慣的小物品搖身一變，就能成為有創(chuàng)意的教具學(xué)具，從而締造出趣味十足、探究味濃濃的科學(xué)課堂。我們?nèi)鄙俚牟皇琴Y源，而是發(fā)現(xiàn)資源的眼睛和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的智慧。低成本實(shí)驗(yàn)資源開(kāi)發(fā)的途徑、方法多種多樣，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)者是否具有創(chuàng)新意識(shí)和思想[4]。

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)學(xué)習(xí)的靈魂，是點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的最佳載體。教師要用愛(ài)心、慧眼，妙手開(kāi)發(fā)低成本實(shí)驗(yàn)，遵循科學(xué)性、目的性、簡(jiǎn)易性、直觀性、安全性、可視性、趣味性、創(chuàng)造性等原則，以低成本實(shí)驗(yàn)引路，以深探究護(hù)航，演繹高智慧科學(xué)課堂，成就高智慧學(xué)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) [S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[2] 王棟梁，錢亞飛.巧用廢舊物品填補(bǔ)教材中的實(shí)驗(yàn)空白 [J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（11）.

[3] 周振華，陳新輝.開(kāi)發(fā)小學(xué)科學(xué)教學(xué)具的策略分析 [J].湖北教育：科學(xué)課，2019（06）.

[4] 郭衛(wèi)東.巧用身邊之物設(shè)計(jì)奇妙的物理實(shí)驗(yàn)[J].福建教育，2009（04）.

[責(zé)任編輯：陳國(guó)慶]