改進(jìn)科學(xué)材料 提升探究實(shí)效

林鈞

【摘? ?要】科學(xué)探究必須要以相應(yīng)的材料為基礎(chǔ)，盡管小學(xué)科學(xué)教育設(shè)備在逐步完善，但已有的教學(xué)材料仍存在著一些問(wèn)題，影響科學(xué)探究的效果。對(duì)此，教師可以動(dòng)手開(kāi)發(fā)和改進(jìn)材料，解決其中存在的問(wèn)題。以教科版《科學(xué)》三年級(jí)上冊(cè)《空氣有質(zhì)量嗎》一課為例，教師在研究教材的基礎(chǔ)上，針對(duì)材料的細(xì)節(jié)性缺陷，從多個(gè)角度思考改進(jìn)方案，并用下水實(shí)驗(yàn)改進(jìn)材料，提升了課堂探究的實(shí)效性。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)課;材料;改進(jìn);實(shí)效

小學(xué)科學(xué)課程的總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，并為他們繼續(xù)學(xué)習(xí)、成為合格公民和終身發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。基于此目標(biāo)，小學(xué)科學(xué)的教學(xué)活動(dòng)堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為己任，以科學(xué)探究為課堂教學(xué)的核心。

在小學(xué)科學(xué)課堂中，處處都是探究活動(dòng)。但在日常教學(xué)中，教師不難發(fā)現(xiàn)教材中的一些探究實(shí)驗(yàn)缺少合適的材料，導(dǎo)致學(xué)生在探究活動(dòng)中收獲甚微。這必然會(huì)影響探究活動(dòng)的有效性。在教科版新教材全面實(shí)施的背景下，改進(jìn)探究材料是科學(xué)教師應(yīng)關(guān)注和思考的事項(xiàng)。以教科版《科學(xué)》三年級(jí)上冊(cè)第二單元第4課《空氣有質(zhì)量嗎》一課為例，教師結(jié)合自身的備課、試教、反思過(guò)程，嘗試對(duì)教學(xué)材料進(jìn)行改進(jìn)，使科學(xué)課的課堂探究更有效率。

一、研究教材，提供保障

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：科學(xué)探究離不開(kāi)物質(zhì)材料的支持，精心設(shè)計(jì)的教具和學(xué)具可以幫助學(xué)生更好地理解抽象、難懂的科學(xué)知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，并能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟迪其思維。教具和學(xué)具是實(shí)現(xiàn)課堂精準(zhǔn)探究的必要材料，有時(shí)，教師需要依據(jù)教材中的科學(xué)概念對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、改進(jìn)。在做改進(jìn)之前，教師必須對(duì)教材進(jìn)行全方位、深層次的研究，為后續(xù)的改進(jìn)活動(dòng)提供保障。

（一）通讀教材，熟知科學(xué)原理

教師要通讀教材，一方面，要研讀包括相關(guān)課程標(biāo)準(zhǔn)、教師用書、學(xué)生活動(dòng)手冊(cè)等配套書籍;另一方面，要研讀本課所在單元的內(nèi)容。如《空氣有質(zhì)量嗎》一課的教材研究要兼顧整個(gè)“空氣”單元，了解學(xué)生課前已學(xué)過(guò)的內(nèi)容和后續(xù)將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上，教師通讀本節(jié)課教材中設(shè)置的兩個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，了解教材的基本布局、文字和圖表，理解本節(jié)課的教學(xué)基本概念及其后隱藏的科學(xué)原理，在現(xiàn)象和概念之間建立起聯(lián)系。

（二）讀通教材，知其所以然

通讀教材后，教師要對(duì)教材進(jìn)行反思、拓展，了解學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)，傾聽(tīng)學(xué)生的需求，使教學(xué)設(shè)計(jì)能夠符合學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)展需求，使科學(xué)課堂有濃厚的探究味。

本節(jié)課的核心問(wèn)題是“空氣有質(zhì)量嗎”。眾所周知，空氣就在我們周圍，但學(xué)生很少能直接感受到空氣的質(zhì)量。通過(guò)課前調(diào)查，教師發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生根據(jù)飄浮在空中的氣球和可以上升的氫氣球，認(rèn)為空氣沒(méi)有質(zhì)量或者無(wú)法判斷。本課實(shí)驗(yàn)探究的成敗直接影響學(xué)生能否正確建構(gòu)科學(xué)概念，因此，有效的實(shí)驗(yàn)探究顯得尤為重要。教材中有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：實(shí)驗(yàn)1——在簡(jiǎn)易的天平一端放一個(gè)剛充好氣的皮球，另一端不斷加入綠豆，直至天平平衡。拿下皮球，用打氣筒給皮球打進(jìn)10筒空氣，放回天平，觀察天平的狀態(tài)，直觀感受空氣是有質(zhì)量的;實(shí)驗(yàn)2——在實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)上，如果發(fā)現(xiàn)天平不平衡，通過(guò)加綠豆的方法讓天平再次回到平衡，為下一課《一袋空氣的質(zhì)量是多少》打下基礎(chǔ)。

可以說(shuō)，實(shí)驗(yàn)1為實(shí)驗(yàn)2做了鋪墊。一方面，在具體操作方法和使用工具的維度，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)層層深入的趨勢(shì);另一方面，實(shí)驗(yàn)1呈現(xiàn)的是定性觀察，實(shí)驗(yàn)2偏向于定量測(cè)定，如實(shí)驗(yàn)2通過(guò)“打進(jìn)去10筒空氣的質(zhì)量相當(dāng)于一定數(shù)量的綠豆質(zhì)量”這一事實(shí)，使學(xué)生的思考更科學(xué)、全面。

二、下水實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題比解決問(wèn)題更重要。進(jìn)行本課的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師首先嘗試用教材中提到的材料進(jìn)行下水實(shí)驗(yàn)，在反復(fù)、多次的操作過(guò)程中汲取科學(xué)實(shí)驗(yàn)的成敗經(jīng)驗(yàn)，不斷反思這樣操作的準(zhǔn)確性和高效性，嘗試更有效的實(shí)驗(yàn)方法，從而突破教學(xué)重難點(diǎn)。如教師抓住本次兩個(gè)實(shí)驗(yàn)共同需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，羅列問(wèn)題清單，并形成初步的設(shè)想。對(duì)教材中的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行下水試驗(yàn)后，可以暴露這套材料在教學(xué)中的細(xì)節(jié)性缺陷，而這些缺陷確實(shí)會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)達(dá)成。

缺陷1：杠桿的軸和杠桿之間存在較大的滑動(dòng)摩擦力，導(dǎo)致杠桿的偏轉(zhuǎn)不靈敏。因此，當(dāng)兩邊的托盤上不放任何物體時(shí)，天平的狀態(tài)可能是水平平衡狀態(tài)，也可能是向一邊傾斜的狀態(tài)（如圖1），這樣就會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)論不夠科學(xué)。

缺陷2：原有教具雖然有指針指示偏轉(zhuǎn)方向，但沒(méi)有具體的分度指示。因此，測(cè)量像空氣這類質(zhì)量較小的物體時(shí)，指針只會(huì)發(fā)生十分細(xì)微的偏轉(zhuǎn)。如果沒(méi)有分度盤，學(xué)生不易觀察到天平的變化。

缺陷3：剛剛充好氣的皮球和再打進(jìn)10筒空氣的皮球，二者體積不同。皮球最大橫截面的周長(zhǎng)從27.3cm變成了31.8cm，這個(gè)現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為皮球變重的原因是體積變大。通過(guò)計(jì)算可得，這些體積的變化會(huì)使皮球因?yàn)榭諝飧×Φ挠绊懏a(chǎn)生大約0.2572g的質(zhì)量誤差。各類數(shù)據(jù)具體如表1。因此，有必要對(duì)本課的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行改進(jìn)。教師關(guān)注細(xì)節(jié)，結(jié)合原有教具提出以下幾個(gè)改進(jìn)思路。

（1）杠桿的靈敏度怎么提升？

（2）杠桿的偏轉(zhuǎn)怎么能夠清晰可見(jiàn)？

（3）有沒(méi)有一種容器可以在充了氣以后不發(fā)生形變或少發(fā)生形變？

三、改進(jìn)材料，解決問(wèn)題

改進(jìn)的材料一般要遵循方便實(shí)用的原則，可以在一般小店、商場(chǎng)購(gòu)買，也可以在網(wǎng)上采購(gòu)。購(gòu)買前，教師要羅列好清單，而后按照設(shè)計(jì)圖紙或初步預(yù)想進(jìn)行制作。首先制作關(guān)鍵部分，控制尺寸和形狀，其次再對(duì)其他部位進(jìn)行制作，及時(shí)試驗(yàn)，不斷修正改進(jìn)。最終形成的材料還可以適當(dāng)美化，以求更加精致。

（一）改進(jìn)杠桿的靈敏度

原有教具中，導(dǎo)致簡(jiǎn)易天平不靈敏的最大原因是軸和杠桿之間的摩擦是滑動(dòng)摩擦，其摩擦力會(huì)嚴(yán)重影響杠桿的平衡情況。把滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦就可以大幅度地減少摩擦力的影響。為此，教師把杠桿尺中間的塑料軸用一枚外徑為6mm、內(nèi)徑為2mm的軸承和一根外徑為2mm的不銹鋼棒代替，并用502膠水進(jìn)行固定（如圖2）。這樣設(shè)計(jì)之后，裝置的摩擦力大幅度減少，一顆綠豆就可以使其發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

（二）保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象易觀察

結(jié)合原有材料指針的優(yōu)點(diǎn)，教師在杠桿尺上增加了一根更長(zhǎng)的指針，并制作分度盤，指示指針的偏轉(zhuǎn)角度，由此幫助學(xué)生觀察微小的變化。

（三）制作合適的空氣容器

為減少空氣浮力這一因素的干擾，實(shí)驗(yàn)時(shí)需要使用一個(gè)打進(jìn)10筒或20筒氣體后體積也不發(fā)生變化或變化不明顯的容器。經(jīng)過(guò)對(duì)多種容器進(jìn)行測(cè)試，教師發(fā)現(xiàn)600ml的雪碧瓶效果最好。因此，教師給雪碧瓶的瓶蓋上裝上英式自行車氣嘴（如圖3），并用橡膠墊圈進(jìn)行密封，再用一個(gè)腳踩打氣筒給雪碧瓶打氣（如圖4）。經(jīng)測(cè)試，往雪碧瓶中打進(jìn)50筒空氣，瓶?jī)?nèi)氣壓值達(dá)到5個(gè)大氣壓，但瓶身形變不明顯。這就保證了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性以及學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全性。

四、檢驗(yàn)應(yīng)用，有效探究

改進(jìn)后的材料要在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)。試教過(guò)程中，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提升改進(jìn)后材料的價(jià)值。教師要反復(fù)試驗(yàn)，記錄、分析數(shù)據(jù)，考驗(yàn)材料是否達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的要求。同時(shí)要傾聽(tīng)學(xué)生的意見(jiàn)和看法，思考是否已經(jīng)完成探究實(shí)驗(yàn)中預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)，幫助學(xué)生達(dá)成科學(xué)概念的建構(gòu)。

實(shí)踐證明，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)材料在使用過(guò)程中非常方便。教師提前調(diào)平杠桿，學(xué)生在杠桿平衡的狀態(tài)下開(kāi)始操作，降低了實(shí)驗(yàn)的操作難度。探究時(shí)，學(xué)生在天平左盤放上雪碧瓶，右盤放上綠豆，直至天平平衡。隨后，學(xué)生通過(guò)腳踏打氣筒給雪碧瓶打進(jìn)20筒空氣，再觀察天平是否平衡。

經(jīng)過(guò)課堂驗(yàn)證，該套實(shí)驗(yàn)材料的效果明顯。所有小組都能夠在幾分鐘內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)打了氣的雪碧瓶所在的左盤明顯下沉了，由此在較為輕松的氛圍和有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中推出“空氣是有質(zhì)量的”的結(jié)論。在下一環(huán)節(jié)中，學(xué)生添加綠豆再次讓天平平衡，從而得出20筒空氣的質(zhì)量相當(dāng)于30顆左右的綠豆的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比較精確。使用本實(shí)驗(yàn)材料后，學(xué)生在探究與空氣的質(zhì)量有關(guān)的問(wèn)題的效率以及課堂效果明顯提高，其思維的深度和廣度也得到了拓展。

小學(xué)科學(xué)中，教師不難發(fā)現(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)材料的不足之處。對(duì)此，教師應(yīng)在充分研讀教材的基礎(chǔ)上，以生為本，圍繞教學(xué)目標(biāo)，積極尋求方法，改進(jìn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料。由此，實(shí)驗(yàn)中不必要因素給教學(xué)帶來(lái)的影響得以減少，學(xué)生能夠全身心地投入到精準(zhǔn)的科學(xué)探究活動(dòng)中，為科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

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)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[2]俞伯軍.小學(xué)科學(xué)教學(xué)關(guān)鍵問(wèn)題指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，2020.

[3]郁波.科學(xué)教師教學(xué)用書三年級(jí)上冊(cè)[M].北京：教育科學(xué)出版社，2019.

（浙江省寧波市寧?？h西店鎮(zhèn)樟樹(shù)小學(xué)? ?315613）