結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料，為小學(xué)科學(xué)深度教學(xué)助力

季旭

實(shí)驗(yàn)材料是教師開展探究活動的基礎(chǔ)，倘若教師先對實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行選擇和組合，再確定實(shí)驗(yàn)材料的出現(xiàn)順序，之后再引導(dǎo)學(xué)生基于材料提出和解決問題，則這部分材料就具有結(jié)構(gòu)性。與一般性的實(shí)驗(yàn)材料相比，結(jié)構(gòu)性的實(shí)驗(yàn)材料具有更豐富的探究層次，能夠帶領(lǐng)學(xué)生步入科學(xué)的世界，引導(dǎo)學(xué)生完成對科學(xué)知識的摸索，以便學(xué)生逐步實(shí)現(xiàn)對科學(xué)知識的深度建構(gòu)。一般來說，結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料可以分為引導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)材料、觀察型實(shí)驗(yàn)材料等，只有針對不同的課程，選擇恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料，才能夠有效體現(xiàn)材料的價(jià)值。所以，在現(xiàn)階段組織學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識時(shí)，教師也應(yīng)當(dāng)主動地根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生選擇恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料，促使學(xué)生基于材料的操作，完成對科學(xué)知識的探究，逐步發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)。

一、巧用引導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)材料，自主探究科學(xué)知識

在以往的科學(xué)課堂上，許多教師認(rèn)為學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)較低，很難自主對科學(xué)知識進(jìn)行探索和分析，因此，教師多采用單向灌輸?shù)姆绞剑瑸閷W(xué)生滲透科學(xué)知識，期望學(xué)生基于教師的講解，深入理解科學(xué)現(xiàn)象，加深對科學(xué)概念的印象。然而，單向灌輸?shù)姆绞綍魅鯇W(xué)生的主體地位，無法讓學(xué)生感受到科學(xué)探究的魅力。對此，教師可以為學(xué)生引入引導(dǎo)型的實(shí)驗(yàn)材料，并借助問題引發(fā)學(xué)生的思考，讓學(xué)生基于引導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)材料展開科學(xué)探索的活動，對無法直接觀察的物質(zhì)進(jìn)行觀察，從而逐步驗(yàn)證科學(xué)結(jié)論。

例如，在《空氣占據(jù)空間嗎》這節(jié)課中，教師便可以將引導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)材料引入課堂，使學(xué)生在逐步操作中，完成科學(xué)驗(yàn)證活動。在剛開始上課時(shí)，教師先利用烏鴉喝水的故事引出“空氣是否占據(jù)空間呢？”的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜測。在許多學(xué)生說出“空氣會占據(jù)空間”的答案后，教師為學(xué)生提出“口說無憑，你如何證明呢？如果現(xiàn)在只為你提供紙巾、玻璃杯、飲料瓶等實(shí)驗(yàn)材料，你能否證明呢？”的問題，引發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究欲望。之后，學(xué)生基于現(xiàn)有的材料進(jìn)行思考，并完成以下實(shí)驗(yàn)：1.將廢紙放入杯子底部，將杯子倒扣在水中，觀察杯子中的廢紙是否被浸濕;2.將塑料瓶中灌滿水，然后用力擠壓塑料瓶，觀察塑料瓶中的水是否會溢出來。在學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師也設(shè)計(jì)“透過這些實(shí)驗(yàn)，你有什么想法嗎？這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了什么呢？”等問題，促使學(xué)生在邊思考、邊操作中，逐步認(rèn)識到“空氣會占據(jù)空間”。

引導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)材料能夠有效激活學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，凸顯學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生基于現(xiàn)有的材料，完成科學(xué)驗(yàn)證活動，促使學(xué)生基于材料的操作，逐步認(rèn)識到科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)概念。

二、巧用認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)材料，有效形成科學(xué)概念

科學(xué)概念是學(xué)生認(rèn)識科學(xué)知識、發(fā)展科學(xué)探究能力的基礎(chǔ)，如果學(xué)生對科學(xué)概念沒有一個清晰的認(rèn)識，那么學(xué)生就無法展開之后的學(xué)習(xí)活動，科學(xué)素養(yǎng)也就得不到有效的發(fā)展。但是，如果教師采用單向、口述的方式，為學(xué)生介紹科學(xué)概念，不僅會為學(xué)生帶來枯燥的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，降低學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念的興趣，也會縮短學(xué)生對科學(xué)概念的記憶時(shí)長，致使整個科學(xué)課程教育質(zhì)量較低。對此，教師可以根據(jù)科學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料，促使學(xué)生在觀察材料中自主形成科學(xué)概念，從而增強(qiáng)對科學(xué)概念的記憶。

比如，在《認(rèn)識固體》這節(jié)課中，教師就可以基于認(rèn)知型實(shí)驗(yàn)材料，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識“固體”的概念。在剛開始上課時(shí)，教師先手握兩個雞蛋，其中一個雞蛋是生的，另一個雞蛋是熟的，在打碎雞蛋前，教師為學(xué)生提出“當(dāng)這兩個雞蛋去掉外殼后，大家觀察一下，里面是否一樣呢？都有什么特點(diǎn)呢？”等問題，讓學(xué)生有目的地進(jìn)行觀察。在學(xué)生看到生雞蛋和熟雞蛋的區(qū)別后，教師再提出“生雞蛋中是流動的液體，熟雞蛋中是固體，那么固體與液體是如何進(jìn)行區(qū)分的呢？換句話說，固體是怎樣定義的呢？固體有著怎樣的特性呢？”等問題，為學(xué)生進(jìn)行固體概念的探索鋪墊基礎(chǔ)。之后，教師為學(xué)生提供木頭、石塊、文具盒、鐵錘等材料，使學(xué)生在觀察后，總結(jié)出固體的概念和特點(diǎn)。當(dāng)有學(xué)生說出“固體都是不會流動的”的特點(diǎn)后，教師再為學(xué)生引入“沙土”這一材料，使學(xué)生認(rèn)識到有些固體也是可以流動的，從而不斷修正自己總結(jié)的概念。

認(rèn)知型材料的引入，改變了學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念的方式，學(xué)生能夠基于自己的觀察，逐步總結(jié)出科學(xué)概念，并對科學(xué)知識形成自己的理解，從而在體驗(yàn)科學(xué)概念生成過程中，延長對科學(xué)概念的記憶。

三、巧用模擬型實(shí)驗(yàn)材料，簡化學(xué)生理解難度

科學(xué)的世界是精彩的，但是并非所有的科學(xué)內(nèi)容，都可以以實(shí)物的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，面對這些內(nèi)容，如果教師只是照本宣科，按照教材為學(xué)生進(jìn)行介紹，很難喚醒學(xué)生的形象思維，加深學(xué)生對科學(xué)知識的理解。而模擬型實(shí)驗(yàn)材料能夠變抽象的內(nèi)容為形象的內(nèi)容，化解教材上知識的抽象色彩，帶給學(xué)生直觀的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。所以，面對一些無法展示實(shí)物的科學(xué)知識，教師便可以借助模擬型實(shí)驗(yàn)材料開展教育活動，引導(dǎo)學(xué)生對模擬型實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行觀察、操作等，從而增強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)知識的理解。

例如，在《地球》這節(jié)課中，教師無法直接將地球呈現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生基于對實(shí)物的觀察，認(rèn)識到地球的形狀、地球上的陸地板塊、地形地貌等內(nèi)容，于是，教師就可以借助模擬型實(shí)驗(yàn)材料，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。在課堂上，教師先借助多媒體技術(shù)為學(xué)生播放宇航員拍回的地球圖片，使學(xué)生初步形成“地球是圓的”的意識。隨后，教師為學(xué)生分發(fā)事先準(zhǔn)備好的模擬球面實(shí)驗(yàn)儀、地球儀、小帆船、小紅旗等材料，組織學(xué)生開展探究活動。在活動中，教師先讓學(xué)生在球面上模擬帆船回港的情況，并提出“人們在海岸上看時(shí)，會先看到什么呢？”的問題，引導(dǎo)學(xué)生逐步發(fā)現(xiàn)“會先看到船帆，再看到船身”的現(xiàn)象。之后，教師再讓學(xué)生利用藍(lán)色的卡紙和小船進(jìn)行驗(yàn)證，得到“地球是圓的”的結(jié)論。緊接著，對于“麥哲倫環(huán)球航行”的內(nèi)容，教師也可以引導(dǎo)學(xué)生利用手中的材料，模擬麥哲倫環(huán)球航行的過程，并讓學(xué)生用紅繩連起來麥哲倫的航行路線，以便學(xué)生切實(shí)地認(rèn)識到“地球是一個球體”。

模擬型實(shí)驗(yàn)材料的存在，大大地彌補(bǔ)了以往教學(xué)中的不足，將一些無法直接呈現(xiàn)給學(xué)生的實(shí)物，以簡化的方式直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，能夠有效化解教育中的難點(diǎn)，真正地提升學(xué)生對科學(xué)知識的理解。

四、巧用探究型實(shí)驗(yàn)材料，發(fā)現(xiàn)科學(xué)世界的魅力

科學(xué)探究是科學(xué)家獲取科學(xué)知識的重要途徑，通過科學(xué)探究的過程，學(xué)生也能夠提高綜合科學(xué)素養(yǎng)，懂得基于科學(xué)現(xiàn)象的觀察和科學(xué)材料的操作，步入科學(xué)的世界，發(fā)現(xiàn)科學(xué)的魅力。所以，在科學(xué)課堂上，教師也要為學(xué)生引入探究型的實(shí)驗(yàn)材料，指導(dǎo)學(xué)生在操作中探索未知的科學(xué)世界，逐步發(fā)現(xiàn)科學(xué)課程的精彩。同時(shí)，透過探究的過程，學(xué)生也能夠體會科學(xué)知識的來之不易，體驗(yàn)到科學(xué)家的科研精神，從而從小樹立遠(yuǎn)大的理想，主動為科研事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。

以《摩擦力》的教學(xué)為例，為了讓學(xué)生探索摩擦力的秘密，使學(xué)生認(rèn)識摩擦力的大小與什么因素有關(guān)，教師就可以為學(xué)生提供探究型的實(shí)驗(yàn)材料，組織學(xué)生開展探究活動。在實(shí)際的教學(xué)中，當(dāng)教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到摩擦力的存在后，教師為學(xué)生設(shè)計(jì)“摩擦力的大小與什么因素有關(guān)呢？”的問題，使學(xué)生帶著好奇心開啟探究之旅。在學(xué)生做出一些簡單的猜測后，教師為學(xué)生提供小木塊、彈簧秤、橡皮泥等材料，引導(dǎo)學(xué)生開展探究活動，如學(xué)生對接觸面的粗糙程度進(jìn)行改變，或者在同一接觸面上，學(xué)生變換小木塊的大小等。在學(xué)生不斷變換接觸面粗糙程度后，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)“當(dāng)接觸面越粗糙時(shí)，摩擦力越大”的現(xiàn)象，從而清楚地認(rèn)識到“摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有直接關(guān)系”。

在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識時(shí)，教師為學(xué)生提供探究型的實(shí)驗(yàn)材料，能夠讓學(xué)生親歷科學(xué)結(jié)論的生成過程，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)科學(xué)探究的魅力，從而讓學(xué)生愛上科學(xué)課程。

五、巧用拓展型實(shí)驗(yàn)材料，助力科學(xué)素養(yǎng)成長

科學(xué)課程的存在價(jià)值，并不單單是為學(xué)生滲透科學(xué)知識，讓學(xué)生掌握教材上的探究方法，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，讓學(xué)生形成良好的科學(xué)探究習(xí)慣，以便在未來的生活中可以主動地分析科學(xué)現(xiàn)象，并完成科學(xué)探究。而拓展型材料的存在，無疑可以成為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要工具。在科學(xué)課堂上，教師可以以課程教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，為學(xué)生引入一些拓展型的實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生充分釋放自己的創(chuàng)造素養(yǎng)、探究素養(yǎng)，以便學(xué)生可以基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程，驗(yàn)證自己的猜想，糾正自己的錯誤想法，并基于自己的探索強(qiáng)化對科學(xué)知識的應(yīng)用。

比如，在《熱脹冷縮》這節(jié)課中，教師除了帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識熱脹冷縮的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識氣體、固體有熱脹冷縮的性質(zhì)外，也可以為學(xué)生提供拓展型的實(shí)驗(yàn)材料，指導(dǎo)學(xué)生開展拓展性的實(shí)驗(yàn)探究活動。在課堂上，教師先為學(xué)生提供銅球、酒精燈、火柴等材料，促使學(xué)生基于這些材料，完成對液體、固體熱脹冷縮性質(zhì)的探究。隨后，教師再為學(xué)生提供一個燒瓶，一個鵪鶉蛋，讓學(xué)生在不破壞鵪鶉蛋、燒瓶的基礎(chǔ)上，將鵪鶉蛋放入燒瓶中。之后，學(xué)生借鑒“熱脹冷縮”的知識，先將燒瓶加熱，再將鵪鶉蛋放在燒瓶上，等待燒瓶冷卻，以便燒瓶在冷卻后吸入鵪鶉蛋。透過實(shí)驗(yàn)的過程，學(xué)生能夠驗(yàn)證自己學(xué)習(xí)“熱脹冷縮”知識的效果，從而及時(shí)地進(jìn)行補(bǔ)足。

不難看出，在一節(jié)科學(xué)課程的后半段，教師為學(xué)生提供拓展型的實(shí)驗(yàn)材料，能夠引導(dǎo)學(xué)生開展拓展性的實(shí)驗(yàn)活動，有效強(qiáng)化學(xué)生的應(yīng)用能力，讓學(xué)生在開展實(shí)驗(yàn)探究中，強(qiáng)化對科學(xué)知識的理解。

總而言之，結(jié)構(gòu)性的實(shí)驗(yàn)材料能夠輔助學(xué)生理解科學(xué)知識，幫助學(xué)生完成科學(xué)探究的活動，以便學(xué)生在簡單的操作中強(qiáng)化科學(xué)素養(yǎng)。在現(xiàn)階段組織學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識時(shí)，教師也應(yīng)當(dāng)繼續(xù)提高對結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的重視，主動地在課堂上為結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料尋找落腳點(diǎn)，從而基于結(jié)構(gòu)性實(shí)驗(yàn)材料的支持，不斷提高科學(xué)課程的教育質(zhì)量。