科學(xué)探究中實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略和實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)質(zhì)選擇、改進(jìn)策略

劉華 劉敏 王洪明 劉云釗 常培忠 石怡

（新泰市新汶街道中心小學(xué)，山東 泰安 271219）

一個(gè)國(guó)家的發(fā)展程度和綜合國(guó)力越來(lái)越依靠科技的發(fā)展來(lái)支撐，要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才就需要從小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。探究素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個(gè)綜合性的工程，要從多個(gè)方面綜合施策，本文主要就實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略和實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)質(zhì)選擇、改進(jìn)兩個(gè)方面來(lái)探討具體的策略。

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)包括教師方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和學(xué)生方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。

一、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（一）教師方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的策略有：

1.化復(fù)雜為簡(jiǎn)單,使實(shí)驗(yàn)器材更簡(jiǎn)易。

簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)器材更便于組裝，能節(jié)約時(shí)間。例如在教學(xué)《熱傳導(dǎo)》一課時(shí)，課本上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是：先把鐵棍的一端固定在鐵架臺(tái)上，然后用凡士林把4 根火柴粘在鐵棍上，再用酒精燈給鐵棍的另一端加熱。但是由于鐵架臺(tái)存在以下缺點(diǎn)：比較笨重，收放不便，旋鈕因老化或銹蝕不易使用等。所以我對(duì)器材進(jìn)行了簡(jiǎn)化：把粗鐵條的一端先彎成一個(gè)大小合適的正方形，再把鐵條折向正方形的中心，再把鐵條豎起，最后向右折，這樣就把鐵架臺(tái)和鐵棍的功能合二為一。優(yōu)點(diǎn)是：既好操作，又好擺放、收取。

2.化難為易，使實(shí)驗(yàn)操作更簡(jiǎn)便。

實(shí)驗(yàn)的目的就是通過(guò)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)本質(zhì)。所以，只要是能達(dá)到這一目的，實(shí)驗(yàn)操作越簡(jiǎn)單就越好，就越能提高實(shí)驗(yàn)的效率。例如在學(xué)習(xí)《研究磁鐵》一課時(shí)，為了研究“同極相斥，異極相吸”，教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是：把一根條形磁鐵放在幾支鉛筆上，然后用另一根條形磁鐵靠近。我把它簡(jiǎn)化為：用細(xì)線把一根磁鐵吊起來(lái)。這樣的優(yōu)點(diǎn)是：把探究磁鐵的“靜止時(shí)能指示南北方向”與“同極相斥，異極相吸”兩個(gè)性質(zhì)放在一起，使操作簡(jiǎn)便化。

3.化抽象為具體，使實(shí)驗(yàn)更形象、直觀。

小學(xué)生思維發(fā)展的特點(diǎn)是從以具體形象為主要形式，逐步過(guò)渡到以抽象邏輯為主要形式。實(shí)際上，對(duì)任何年齡段的人來(lái)說(shuō)，通過(guò)形象思維可以更容易地認(rèn)識(shí)事物。

例如在學(xué)習(xí)《光的折射》這一課時(shí)，“折射”定義中的“光的傳播方向會(huì)在交界面上發(fā)生彎折”很難理解，為了突破這一難點(diǎn)，我設(shè)計(jì)了這樣的實(shí)驗(yàn)：在黑板上畫(huà)一條紅色的橫線，在橫線上面用白粉筆點(diǎn)上很多小點(diǎn)表示空氣；然后把裝滿了用墨水染黑的水的玻璃水槽的上沿靠在黑板上的紅色橫線的稍下方，用激光筆從空氣斜向照射水槽中的水，學(xué)生就能形象、直觀地完整理解了“折射”的含義，記憶效果也非常好。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)重在讓學(xué)生掌握如何科學(xué)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法和培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維能力。它要求設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的，運(yùn)用已有的相關(guān)知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的選擇和實(shí)驗(yàn)步驟等進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)想和規(guī)劃，是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)。然而現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)教學(xué)常常忽視這一點(diǎn)，多數(shù)情況是學(xué)生按照教材上預(yù)先設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)過(guò)程機(jī)械地操作，這種重實(shí)驗(yàn)操作，輕實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的做法，科學(xué)探究和科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的成分會(huì)大打折扣的。

（二）學(xué)生方面的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的策略有：

1.循序漸進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

按照先易后難，從模仿到幫扶到自主設(shè)計(jì)的順序，逐步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

A 結(jié)合實(shí)例講解，讓學(xué)生學(xué)會(huì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和步驟。例如在教學(xué)《鐵生銹》一課時(shí)，教師可以這樣講解：我們研究的問(wèn)題是“鐵在什么條件下容易生銹？”，可是怎樣設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)?？?yīng)該按照下面的思路：首先，我們根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鐵在潮濕的地方容易生銹，潮濕的地方有水，由于空氣無(wú)處不在，當(dāng)然也有空氣。然后做出假設(shè)：鐵生銹可能和水、空氣有關(guān)系。接著再對(duì)假設(shè)進(jìn)一步思考：鐵生銹是只和水或者空氣有關(guān)呢？還是同時(shí)和兩者都有關(guān)系呢？根據(jù)這個(gè)思路就可以這樣設(shè)計(jì)3 個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置：第1 個(gè)是讓鐵釘完全浸入水中；第2 個(gè)是讓鐵釘完全置于空氣中；第3 個(gè)是讓鐵釘?shù)囊话虢胨?，一半置于空氣中。最后考慮選用哪種實(shí)驗(yàn)器材：裝水或者空氣的容器選擇什么？（發(fā)現(xiàn)用“試管”比較恰當(dāng)）；試管在平面上不好豎放，應(yīng)該怎樣解決？（發(fā)現(xiàn)用試管架比較好）。

總之，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最根本的思路就是：合理的假設(shè)——概括的實(shí)驗(yàn)方法——恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材。通過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練，就能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

B 讓學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，師生再補(bǔ)充。對(duì)于比較簡(jiǎn)單的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)操作過(guò)程，然后指名學(xué)生說(shuō)出，其余學(xué)生討論補(bǔ)充，最后教師補(bǔ)充。

在學(xué)生熟練掌握了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法后，就可以放手讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。教師要相信學(xué)生，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和解決問(wèn)題的能力，進(jìn)而達(dá)到類似科學(xué)家那樣真刀真槍地進(jìn)行科學(xué)研究。

2.改變實(shí)驗(yàn)條件，培養(yǎng)學(xué)生思維的廣度和深度。

為了培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，教師還要結(jié)合教材實(shí)際，通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)的條件來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)拓展，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

例如在學(xué)習(xí)了串聯(lián)電路后，課本上提出了這樣的問(wèn)題“在一個(gè)電路中，怎樣讓兩個(gè)燈泡同時(shí)亮起來(lái)？試著連一連”。學(xué)生能比較容易地用導(dǎo)線連接出有一節(jié)電池、一個(gè)開(kāi)關(guān)和兩個(gè)燈泡組成的串聯(lián)電路。我向?qū)W生提出了這樣的問(wèn)題：你能想出其它的連接方法嗎？學(xué)生首先通過(guò)認(rèn)真思考作出假設(shè)，然后通過(guò)小組討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。由于這個(gè)問(wèn)題難度較大，在有些學(xué)生思路受阻的時(shí)候，我就讓大家課下通過(guò)查找資料，完成實(shí)驗(yàn)。在下一節(jié)課檢查的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)小組完成了任務(wù)。通過(guò)詢問(wèn)得知，他們是通過(guò)討論、查資料等方法，費(fèi)了好大的勁才連接好的。這很好地培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。

3.布置開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)或者小制作，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)新思維。

科學(xué)教學(xué)的實(shí)踐證明，只有讓學(xué)生為完成某種實(shí)際任務(wù)而努力探索時(shí)，才能有效地培養(yǎng)他們的興趣，激發(fā)他們的發(fā)散性思維和創(chuàng)新思維。

在學(xué)習(xí)《設(shè)計(jì)、制作小臺(tái)燈》時(shí)，我布置了這樣的課下小制作：自由選擇材料，制作一個(gè)美觀、實(shí)用的小臺(tái)燈。這個(gè)小制作是開(kāi)放性的，電池、燈泡、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線的數(shù)量及樣式可以自主選擇，制作臺(tái)燈的底座、支架和燈罩的材料及樣式也可以自選，唯一的要求就是：美觀、實(shí)用。這極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣、想象力，開(kāi)闊了他們的思路，后來(lái)學(xué)生交上的作品各具特色，讓人嘆為觀止，我心里想：以前太低估了學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力了。

4.課堂延伸，保持學(xué)生持久的創(chuàng)新熱情。

實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)的提升需要比較漫長(zhǎng)的過(guò)程，需要長(zhǎng)期的積累，最后達(dá)到量變到質(zhì)變。但是課堂實(shí)驗(yàn)的時(shí)間畢竟有限，所以實(shí)驗(yàn)探究必須從課上延伸到課外，要拓展實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，選擇與學(xué)生生活實(shí)際緊密聯(lián)系的小實(shí)驗(yàn)，或結(jié)合課堂教學(xué)的系列實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充有趣味的實(shí)驗(yàn)。采用多種形式增加學(xué)生探究的時(shí)間，如：利用課外興趣小組活動(dòng)，由于時(shí)間比較充足，因此能有針對(duì)性地通過(guò)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室就是在規(guī)定時(shí)間里將實(shí)驗(yàn)室向有意愿進(jìn)行科學(xué)探究的學(xué)生開(kāi)放，提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生開(kāi)展一些自己感興趣的研究活動(dòng)。再就是讓學(xué)生利用校外時(shí)間根據(jù)老師布置的任務(wù)或者就自己感興趣的問(wèn)題，自主探究，這既讓學(xué)生學(xué)習(xí)了知識(shí)，又讓學(xué)生學(xué)會(huì)將所學(xué)知識(shí)用于解決生活中的問(wèn)題，學(xué)以致用。

二、實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)質(zhì)選擇、改進(jìn)策略

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生探究素養(yǎng)的關(guān)鍵，科學(xué)教學(xué)的核心。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師除了要考慮實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)外，還要花很多精力選擇合適的器材、使用的方法、使用時(shí)的注意事項(xiàng)等。

（一）實(shí)驗(yàn)器材的選擇要遵循以下原則：

1、安全性原則：根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)要求和客觀條件選用合適的器材，使科學(xué)實(shí)驗(yàn)切實(shí)可行，能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。另外我們也十分注意科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)器材的質(zhì)量、使用標(biāo)準(zhǔn)等，確?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性。2、準(zhǔn)確性原則：根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，選用精度合適的實(shí)驗(yàn)器材工具。3、操作性原則：科學(xué)實(shí)驗(yàn)器材要調(diào)節(jié)方便，便于操作。

當(dāng)前，各個(gè)學(xué)校在實(shí)驗(yàn)器材方面存在的問(wèn)題大體類似：儀器室的器材質(zhì)量差、易損壞，有待改進(jìn)；器材使用不方便；器材不全，如實(shí)驗(yàn)需要的器材的種類、數(shù)量不足；器材使用率不高，有很多器材教材的內(nèi)容不匹配等問(wèn)題，所以器材的選擇問(wèn)題關(guān)系到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的成敗及效果。

（二）實(shí)驗(yàn)器材的選擇、改進(jìn)的策略有：

1.精心選擇并試用器材，確保實(shí)用。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)器材非常多，但是很多器材是按照舊的《自然》課程標(biāo)準(zhǔn)配備的，與《科學(xué)》課本配套的實(shí)驗(yàn)器材不足，在實(shí)驗(yàn)課中，這些舊器材有的可以選用，而有的卻用不上。除此之外，很多器材的質(zhì)量很差。例如：電學(xué)實(shí)驗(yàn)用到的小燈泡有的不亮，導(dǎo)線、電池盒有的不通電。在做光學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的凸透鏡和凹透鏡很容易從固定物上掉下、摔碎。等等，所以除了要求科學(xué)老師在課前要精心選擇最恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材之外，還要求教師上課之前必須把選用的器材都試用一遍，這樣才能確保器材的實(shí)用性，也才能取得好的實(shí)驗(yàn)效果。

2.精心選擇器材，確保效果。

實(shí)驗(yàn)效果是實(shí)驗(yàn)的靈魂，所以器材的選擇必須以能取得良好的效果為前提。例如，在學(xué)習(xí)《七色光》這課時(shí)，為了做彩虹的形成實(shí)驗(yàn)，以前給學(xué)生準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)器材是三棱鏡、中間帶有小孔的黑色紙板、紙屏，實(shí)驗(yàn)的原理是：讓一束細(xì)的陽(yáng)光照射到三棱鏡上，就會(huì)在紙屏上會(huì)形成彩虹，但是效果并不好。原因是：

為了獲得一束陽(yáng)光，就必須開(kāi)窗，開(kāi)窗后，由于室內(nèi)的光太強(qiáng)，所以在紙屏上基本看不到彩虹，到這時(shí)候只能靠教師的講解來(lái)補(bǔ)充。為了解決這一問(wèn)題，我把器材改為普通的電腦光盤(pán)，只要讓光盤(pán)對(duì)著窗子方向，不用在窗邊，就能在光盤(pán)上看到明亮的彩虹，即使在陰天的時(shí)候做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，效果也非常好。

3.自制器材，化抽象為具體，化難為易。

科學(xué)課本上的有些內(nèi)容是比較抽象的，學(xué)生難于理解和記憶。如果通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法，學(xué)生在動(dòng)手、動(dòng)腦的過(guò)程中，就很容易掌握。例如在教學(xué)《搭支架》一課時(shí)，有這樣的內(nèi)容“不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)架梁的方法增加其三角形結(jié)構(gòu)，從而使它變得穩(wěn)定”。由于句子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)容抽象，難以理解，但是選擇器材時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的器材并不合適，課本上只是講了用大頭針把吸管固定成三角形、四邊形。可是如果采用：通過(guò)用大頭針固定吸管給四邊形架梁的方法，因?yàn)槲苡旨?xì)又硬，既不好操作，又容易扎傷手，所以我用把泡沫塑料切成的長(zhǎng)短不一的細(xì)條代替吸管，先讓學(xué)生組合成三角形、四邊形、五邊形之后，讓學(xué)生通過(guò)輕輕拉扯的方法了解不同的結(jié)構(gòu)的在穩(wěn)定性方面的差別，然后通過(guò)自主探究，讓學(xué)生找到架梁的方法。例如：怎樣架梁？需要架幾根梁？架梁前后有什么變化？通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能很快地理解，且牢固地記憶這一知識(shí)。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略和實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)質(zhì)選擇、改進(jìn)，提高了實(shí)驗(yàn)的效果，使學(xué)生掌握了科學(xué)探究的步驟，提升了探究能力和素養(yǎng)，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維，使學(xué)生確立了用科學(xué)的態(tài)度解決實(shí)際問(wèn)題的世界觀和方法論。