小初科學(xué)實驗方法與內(nèi)容的有效銜接

劉天成

義務(wù)教育科學(xué)課程是一門體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性、實踐性基礎(chǔ)課程，內(nèi)容涵蓋了物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、技術(shù)與工程等領(lǐng)域，小學(xué)科學(xué)是初中生物學(xué)、地理、物理、化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，探究實踐是這些學(xué)科學(xué)習(xí)的主要方式，實驗教學(xué)是這些學(xué)科的共同特點，加強小初科學(xué)實驗方法與內(nèi)容的有效銜接，既是科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。

一、小初科學(xué)實驗教學(xué)銜接是提高科學(xué)教學(xué)質(zhì)量的需要

2022年版義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)指出，要強化義務(wù)教育小初教學(xué)銜接，體現(xiàn)教學(xué)的連續(xù)性和進(jìn)階性。小學(xué)科學(xué)與初中生物學(xué)、地理、物理、化學(xué)學(xué)科相銜接，科學(xué)實驗是這些學(xué)科的共同特點?？茖W(xué)實驗對學(xué)生科學(xué)興趣的培養(yǎng)、科學(xué)觀念的形成、科學(xué)思維的發(fā)展、科學(xué)方法的掌握及科學(xué)精神的養(yǎng)成等方面都能起到非常重要的作用，做好小初科學(xué)實驗教學(xué)銜接是落實課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)的需要。

科學(xué)實驗是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，沒有實驗就沒有自然科學(xué)?？茖W(xué)實驗既是自然科學(xué)的重要內(nèi)容，也是自然科學(xué)教學(xué)的重要方法，實驗法直觀明了，具有“千言萬語道不清，一做實驗分外明”的功效。無論多么直觀的多媒體課件、視頻都無法取代動手實驗，必須用科學(xué)的方法學(xué)科學(xué)，“物理要見物，化學(xué)要見化，生物學(xué)得有生，地理要著地”，這就需要小學(xué)階段打好科學(xué)實驗的基礎(chǔ)，要上好每一堂科學(xué)實驗課。做好小初科學(xué)實驗教學(xué)銜接，是自然科學(xué)學(xué)習(xí)的內(nèi)在需要。

2019年，《教育部關(guān)于加強和改進(jìn)中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》的總體要求中提出：“夯實基礎(chǔ)，開齊開足開好國家課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定實驗，切實扭轉(zhuǎn)忽視實驗教學(xué)的傾向；拓展創(chuàng)新，不斷將科技前沿知識和最新技術(shù)成果融入實驗教學(xué)，豐富內(nèi)容，改進(jìn)方式；注重實效，強化學(xué)生實踐操作、情境體驗、探索求知、親身感悟和創(chuàng)新創(chuàng)造。”加強小初科學(xué)實驗教學(xué)銜接有助于扭轉(zhuǎn)實驗教學(xué)不被重視、實驗課時不足、機(jī)械片面、形式單一、存在局限的局面，是深入落實科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、提高科學(xué)教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。

二、掌握科學(xué)實驗方法是小初科學(xué)實驗教學(xué)銜接的前提

科學(xué)實驗一般包括五個環(huán)節(jié)：一是明確實驗?zāi)康?；二是選擇實驗原理和科學(xué)的方法；三是合理選擇實驗儀器和裝置；四是確定具體實驗步驟；五是分析和處理實驗數(shù)據(jù)。理解科學(xué)實驗的基本規(guī)律、掌握科學(xué)實驗的基本方法是做好小初科學(xué)實驗教學(xué)銜接的前提和基礎(chǔ)。

（一）全面掌握科學(xué)實驗的基本方法

科學(xué)實驗的基本方法有實驗歸納法、實驗驗證法、控制變量法、理想實驗法，這些基本方法對小學(xué)和初中科學(xué)實驗具有普遍的指導(dǎo)作用，是小學(xué)和初中科學(xué)實驗中都適用的方法。

實驗歸納法是中小學(xué)科學(xué)實驗中普遍運用的基本方法，是一種由特殊到一般的研究方法，是探索規(guī)律的主要手段。例如：小學(xué)科學(xué)課探究聲音是如何產(chǎn)生的，觀察物體發(fā)生時的振動現(xiàn)象，通過撥動尺子、敲鼓、音叉、喉結(jié)振動等實驗現(xiàn)象，最后歸納出聲音是由物體振動產(chǎn)生的。再如，“簡單機(jī)械杠桿”一課，小學(xué)階段通過觀察杠桿在生活的各種應(yīng)用，最后歸納出杠桿省力、費力的現(xiàn)象，到初中階段“探究杠桿平衡條件”。另外，“探究擺動快慢與什么因素有關(guān)”“探究凸透鏡成像規(guī)律”“探究影響浮力大小的因素”“研究電流與電壓、電阻的關(guān)系”等實驗都是運用了實驗歸納法。

實驗驗證法就是通過實驗來檢驗推理、判斷，從而得出可靠結(jié)論的研究方法。例如：小學(xué)科學(xué)課探究的“小水輪轉(zhuǎn)動快慢與哪些因素有關(guān)？空氣有質(zhì)量嗎？熱是如何傳遞的？什么是導(dǎo)體和絕緣體？光是如何傳播的？簡單鑒別食物中的營養(yǎng)成分”以及初中生物學(xué)中的“光合作用是否產(chǎn)生了氧氣和有機(jī)物”，這些都是運用了實驗驗證法。

控制變量法在規(guī)律的探索中經(jīng)常使用，也是科學(xué)實驗中非常重要的方法之一。例如：影響蒸發(fā)快慢的因素；研究弦樂器的音調(diào)與弦的松緊、長短和粗細(xì)的關(guān)系；拉力大小與小車運動速度有什么關(guān)系；影響種子萌發(fā)的因素有哪些；單擺運動的快慢與什么有關(guān)。

理想實驗法又叫假想實驗、抽象實驗或思想實驗。理想實驗與真實實驗是有本質(zhì)區(qū)別的，真實實驗是一種實踐活動，而理想實驗是一種思維活動，得出的結(jié)論還要由真實實驗來判斷正確與否。理想實驗并非實驗，但與實驗有著密切的聯(lián)系，是科學(xué)研究中一種重要的方法。例如，經(jīng)典的伽利略斜面實驗，在理想狀態(tài)下，如果斜面變成水平面，則鋼珠找不到同樣的高度而會一直保持一種運動狀態(tài)，永遠(yuǎn)運動下去，成為經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)的慣性定律。再如，為了驗證在真空環(huán)境中不能傳播聲音，通過抽氣機(jī)抽取玻璃罩中的空氣，抽出的空氣越多，聲音響度就越小，以此來進(jìn)行驗證真空環(huán)境中不能傳播聲音。

（二）靈活運用科學(xué)實驗的操作方法

做好小初實驗教學(xué)銜接，除了要掌握科學(xué)實驗的基本方法外，科學(xué)實驗中還有許多處理和解決問題的具體操作方法，這些方法同樣具有普遍意義，小學(xué)和初中的科學(xué)實驗都可以運用，有助于培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰?，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。小初實驗教學(xué)中常用的操作方法有：觀察、比較、平衡、轉(zhuǎn)換、放大、模擬、替代、解剖、類比等。這些方法為實驗設(shè)計、實施、操作提供了基本遵循。

觀察法是最基本、最直接的實驗方法，是收集、獲取、記載和描述感性材料的常用方法之一。例如：低年級對石頭、土壤、水的觀察；高年級對實驗現(xiàn)象的觀察；對月相變化的觀察；對動植物季節(jié)變化的觀察。初中階段用顯微鏡觀察細(xì)胞，觀察化學(xué)反應(yīng)、觀察物理現(xiàn)象、觀察生物的結(jié)構(gòu)等。

比較法是通過對兩個或兩個以上的事物進(jìn)行比較，從而找出異同點的思維方法。例如：探究不同液體的流速快慢；探究陽光下影子長短的變化；用量杯測量液體的體積；攪拌能否加快溶解；比較深色和淺色吸熱能力；測量摩擦力的大小等。

平衡法是利用物理學(xué)和化學(xué)中平衡狀態(tài)的概念及原理分析解決問題的方法。許多測量儀器就是依據(jù)平衡的原理設(shè)計的，如天平的設(shè)計原理是杠桿平衡，彈簧秤的設(shè)計原理是拉力與重力的平衡，密度計的設(shè)計原理是浮力與重力的平衡，壓強計的設(shè)計原理是液體傳遞壓強兩側(cè)壓強平衡。另外，摩擦力的測量也是依據(jù)摩擦力與拉力二力平衡的原理測出來的。

轉(zhuǎn)換法是將一些不易觀察的現(xiàn)象或不易測量的量，通過轉(zhuǎn)化的方法使之容易被觀察或測量。例如：將不規(guī)則物體體積測量轉(zhuǎn)化為液體的體積進(jìn)行測量，吸盤的實驗證明大氣壓的存在，霧的出現(xiàn)證明空氣中有水蒸氣，影子的形成證明光的直線傳播，蠟油融化顯示熱傳遞，磁鐵吸大頭針數(shù)量多少表示磁性強弱，液體中加木屑觀察對流現(xiàn)象，高錳酸鉀在水中溶解擴(kuò)散現(xiàn)象，探究一?；ㄉ椎哪芰康?。

放大法是指將不易直接觀察或測定的微小量，通過某種方法進(jìn)行放大，再進(jìn)行觀察或測量的方法。常用的有累積放大法、機(jī)械放大法、電學(xué)放大法、光學(xué)放大法、形變放大法等。例如：運用累積放大法測量細(xì)導(dǎo)線的直徑、測量一張紙的厚度；天平上的指針運用了機(jī)械放大法使觀察更明顯；聽筒利用了共振放大法聲音更清楚；顯微鏡、放大鏡、望遠(yuǎn)鏡、光杠桿運用的是光學(xué)放大法；各種傳感器運用的是電學(xué)放大法；音叉振動能夠激起水花運用了形變放大法。這些方法使實驗觀察和測量變得更加容易。

模擬法是借助于與原型相似的物質(zhì)模型或抽象模型，間接地研究原型的性質(zhì)和規(guī)律的方法，也是培養(yǎng)學(xué)生模型構(gòu)建能力的過程。例如：小學(xué)科學(xué)課中模擬晝夜形成；模擬地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)；模擬地球轉(zhuǎn)動方向和地軸傾斜程度；模擬地震和火山噴發(fā)；模擬降雨的過程；模擬制作月球環(huán)形山。初中生物課模擬心臟泵血的過程；模擬呼吸過程。初中物理利用水流模擬演示光纖原理；模擬制作飛船對接裝置。

此外還有替代法、解剖法、類比法等實驗方法。在具體的科學(xué)實驗中，有時候會用到多種實驗基本方法和多種操作方法，從而全面揭示事物的本質(zhì)和規(guī)律。

三、落實科學(xué)實驗內(nèi)容是小初科學(xué)實驗教學(xué)銜接的根本

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）明確列出了義務(wù)教育階段學(xué)生必做的探究實踐活動，有效解決了科學(xué)實驗教學(xué)活動內(nèi)容不明確、科學(xué)實驗不被重視的問題。探究實踐活動包括學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行的觀察、實驗、記錄、測量、制作、調(diào)查等，既是科學(xué)課程的基本要求，也是開展實驗教學(xué)的基本內(nèi)容。

（一）小初學(xué)生必做的探究實踐活動分析

新課標(biāo)中學(xué)生必做的探究實踐活動共有126個，其中1～2年級13個、3～4年級31個、5～6年級34個、7～9年級48個，這些探究實踐活動具有連續(xù)性和進(jìn)階性，是小學(xué)和初中學(xué)生都必須做的探究實踐活動，是小初實驗教學(xué)銜接的根本依據(jù)。5～6年級是與初中最近的學(xué)段，下面以此學(xué)段的探究實踐活動為例進(jìn)行分析。

5～6年級學(xué)生必做的探究實踐活動不同領(lǐng)域內(nèi)容的比較分析表明，側(cè)重于物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的探究實踐活動有21個，直接與初中物理學(xué)科的“物態(tài)變化”“運動和力”“光現(xiàn)象”“熱和能”“簡單機(jī)械”“電與磁”相關(guān)章節(jié)相銜接，與初中化學(xué)變化的章節(jié)相銜接。側(cè)重于生命科學(xué)領(lǐng)域的探究實踐活動有4個，直接與初中生物學(xué)“細(xì)胞是生命活動基本單位”“生物圈的綠色植物”“生態(tài)系統(tǒng)”相關(guān)章節(jié)相銜接。側(cè)重于地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域的探究實踐活動有8個，直接與初中地理“地球和地圖”“天氣和氣候”章節(jié)相銜接。側(cè)重于技術(shù)與工程領(lǐng)域的探究實踐活動有1個，利用科學(xué)原理進(jìn)行簡單的設(shè)計制作，對初中階段實驗設(shè)計和制作也具有普遍的銜接作用。

5～6年級學(xué)生必做的探究實踐活動不同活動類型的比較分析表明，探究實踐活動的基本類型主要包括：觀察與測量活動、實驗與探究活動、科技制作活動、調(diào)查與體驗活動、項目研究活動、科普劇活動等。下面著重對觀察與測量活動、實驗與探究活動、科技制作活動進(jìn)行舉例說明。

觀察是科學(xué)研究中最基礎(chǔ)、最重要的方法；測量就是精確觀察、定量觀察。測量和觀察一樣，都是科學(xué)研究的基礎(chǔ)。5～6年級觀察與測量活動有：觀察光通過三棱鏡的色散現(xiàn)象、觀察光的反射現(xiàn)象、觀察三種熱傳遞現(xiàn)象、觀察綠葉會制造養(yǎng)分、用顯微鏡觀察不同生物的細(xì)胞、觀察生活中能量的各種形式、觀察記錄月相的變化、觀察天空中主要的亮星和星座、觀察不同種類的巖石、使用彈簧測力計測量力的大小。

實驗與探究活動就是常態(tài)的科學(xué)實驗，科學(xué)實驗是科學(xué)觀察的一種獨特形式，是人為控制條件下進(jìn)行的觀察?？茖W(xué)實驗與科學(xué)觀察、科學(xué)測量一樣，都是收集科學(xué)事實、獲得感性材料的基本方法，同時也是驗證科學(xué)假說、形成科學(xué)理論的實踐基礎(chǔ)。5～6年級實驗與探究活動有：力學(xué)（拉力、摩擦力、彈力、浮力）實驗、光學(xué)（直線傳播、反射現(xiàn)象、色散現(xiàn)象）實驗、簡單機(jī)械（杠桿、輪軸、斜面、滑輪）實驗、熱學(xué)（傳導(dǎo)、對流、輻射）實驗、蒸發(fā)與凝結(jié)實驗、探究植物生長因素實驗、能量轉(zhuǎn)化實驗、產(chǎn)生新物質(zhì)變化實驗、模擬宇宙現(xiàn)象實驗等。

科技制作活動是指運用科學(xué)原理制作出作品的活動，是以培養(yǎng)學(xué)生動手能力、思維能力、創(chuàng)新能力為目的的發(fā)明創(chuàng)作。5～6年級的科技制作類探究實踐活動有：制作潛望鏡、制作走馬燈、制作模擬生態(tài)系統(tǒng)、制作簡易太陽系模型，屬于模仿型制作。如制作保溫盒、制作降落傘、制作空氣動力小車、制作簡單日晷，屬于創(chuàng)造型制作。

（二）小初科學(xué)實驗教學(xué)銜接案例簡析

新課標(biāo)的課程理念明確提出：“科學(xué)安排進(jìn)階，形成有序結(jié)構(gòu)?；趯W(xué)生的認(rèn)知水平和知識經(jīng)驗，科學(xué)安排學(xué)習(xí)進(jìn)階。一是學(xué)習(xí)內(nèi)容由淺入深，由表及里，由易到難，二是學(xué)習(xí)活動從簡單到綜合。將學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動有機(jī)整合，規(guī)劃適合不同學(xué)段的、螺旋上升的課程目標(biāo)和課程內(nèi)容，設(shè)計適合不同學(xué)段的探究和實踐活動，形成有序遞進(jìn)的課程結(jié)構(gòu)?！边M(jìn)階設(shè)計的課程結(jié)構(gòu)為小初實驗教學(xué)銜接提供了具體的內(nèi)容。

例如，在物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域，小學(xué)5～6年級“水蒸發(fā)和水蒸氣凝結(jié)”實驗，直接與初中物理“物質(zhì)的三態(tài)變化”章節(jié)銜接。在小學(xué)階段，關(guān)于水的三態(tài)變化，教學(xué)內(nèi)容充分考慮了學(xué)生的年齡特點，低年段的學(xué)生感受到液態(tài)的水，到了中高年段，學(xué)生感受到冰和汽化現(xiàn)象，難度逐漸提高，變化的條件也著眼于溫度這一因素。在實驗過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生掌握溫度計等實驗器材的使用方法，以及基本的實驗探究方法。到了初中，水的三態(tài)變化安排在八年級物理教材的一個章節(jié)中。融化與凝固、汽化和液化、升華和凝華，對這些變化進(jìn)行了嚴(yán)格的定義，并全面認(rèn)識這些變化的條件，揭示了變化過程中能量轉(zhuǎn)移的規(guī)律，研究對象也擴(kuò)展到水以外的晶體，并能夠運用物質(zhì)粒子模型簡要解釋物質(zhì)的三態(tài)變化?？梢钥闯觯瑥男W(xué)到初中，三態(tài)變化是從現(xiàn)象條件到能量遷移轉(zhuǎn)化，再到描述解釋，逐漸系統(tǒng)化、理性化，是層層遞進(jìn)、螺旋上升的過程。再如，蠟燭燃燒、鐵釘生銹，產(chǎn)生新物質(zhì)的實驗，直接銜接了初中化學(xué)的內(nèi)容，到了初中階段進(jìn)一步學(xué)習(xí)燃燒的條件、產(chǎn)物以及應(yīng)用，實現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容的銜接和遞進(jìn)。

例如，在生命科學(xué)領(lǐng)域，光合作用是重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，關(guān)于光合作用的實驗探究，在小學(xué)階段也是不斷遞進(jìn)的，小學(xué)低年段學(xué)生認(rèn)識到植物的生長需要水，小學(xué)中年段通過人的呼吸需要氧氣從而理解綠色植物能夠放出氧氣，小學(xué)高年段通過生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的來源領(lǐng)會到光合作用可以產(chǎn)生有機(jī)物并加以實驗驗證，于是在五六年級就有了“觀察綠葉會制造養(yǎng)分”探究實踐活動。那么，到了初中階段，通過實驗“探究在光照下合成淀粉，檢驗植物在光照下產(chǎn)生氧氣”，運用實驗驗證法實現(xiàn)了光合作用從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的升華。

例如，在地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域，小學(xué)階段“模擬地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)、觀察記錄月相的變化、制作簡易的太陽系模型”“模擬降雨的形成過程、觀察不同種巖石的特征、模擬地震和火山噴發(fā)”這些內(nèi)容都為初中地理的“地球與地圖”內(nèi)容學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。再如，小學(xué)科學(xué)中“地球上的水資源”，與初中階段“保護(hù)水資源”的教學(xué)內(nèi)容直接相銜接，只是在內(nèi)容和程度上有了進(jìn)一步拓展和遞進(jìn)。

總之，做好小初科學(xué)實驗教學(xué)銜接，需要教師準(zhǔn)確把握課程標(biāo)準(zhǔn)，明確實驗教學(xué)的內(nèi)容和方法。同時，也需要學(xué)校積極創(chuàng)造實驗教學(xué)的條件保障，加強和改進(jìn)實驗教學(xué)，建立小初實驗教學(xué)有效銜接的工作機(jī)制。在具體的教學(xué)過程中，不能用課件演示取代學(xué)生動手實驗，不能用觀看視頻替代實驗教學(xué)，不能用教師演示代替學(xué)生分組實驗。讓每個學(xué)生都能有效參與到實驗活動中，盡量避免教師講實驗、學(xué)生聽實驗的做法，扎實上好每一節(jié)科學(xué)課，努力做到“教學(xué)中要強化學(xué)生實踐操作、情境體驗、探索求知、親身感悟和創(chuàng)新創(chuàng)造，著力提升學(xué)生的觀察能力、動手實踐能力、創(chuàng)造性思維能力和團(tuán)隊合作能力，培育學(xué)生的興趣愛好、創(chuàng)新精神、科學(xué)素養(yǎng)和意志品質(zhì)”。

（責(zé)任編輯：楊強）