實(shí)驗(yàn)材料的選取和處理

◇史瑞娣（江蘇：宜興市新莊小學(xué)）

實(shí)驗(yàn)材料作為小學(xué)科學(xué)探究活動(dòng)中必不可少的對(duì)象，也是科學(xué)實(shí)驗(yàn)順利開展的必要條件。隨著對(duì)科學(xué)教育重視程度的不斷提升，科學(xué)教師也更加注重實(shí)驗(yàn)材料的選擇，并不斷優(yōu)化材料的選擇機(jī)制?？茖W(xué)教師越來(lái)越重視對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的選擇和優(yōu)化。合適的實(shí)驗(yàn)材料能夠更直觀地展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和原理，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其參與度和探究精神。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)材料的選擇還需要考慮到安全性和可操作性，確保學(xué)生能夠在安全的環(huán)境中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并能夠順利完成實(shí)驗(yàn)步驟，達(dá)到操作要求，進(jìn)而讓學(xué)生在不斷探究中深化科學(xué)知識(shí)。與此同時(shí)，教師還應(yīng)當(dāng)考慮材料的啟發(fā)性，啟發(fā)和支持學(xué)生積極有效地與材料構(gòu)成互動(dòng)關(guān)系，為科學(xué)探究保駕護(hù)航，為落實(shí)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、內(nèi)涵詮釋：什么是小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料

（一）材料和實(shí)驗(yàn)材料

“材料”即物質(zhì)，主要用于制造器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。材料的性質(zhì)由自身的組成成分和組成結(jié)構(gòu)而定，這是就材料本身而言的。而小學(xué)科學(xué)中的“實(shí)驗(yàn)材料”是指更好地使科學(xué)課堂目標(biāo)內(nèi)化為學(xué)生核心素養(yǎng)的物質(zhì)化材料，如實(shí)物、標(biāo)本、模型、裝置等。這一“材料”是為完成“科學(xué)活動(dòng)”的既定目標(biāo)而準(zhǔn)備的，是解釋科學(xué)概念、說(shuō)明科學(xué)現(xiàn)象的載體和基礎(chǔ)，是一種顯性化的思維呈現(xiàn)?！翱茖W(xué)活動(dòng)”離不開“實(shí)驗(yàn)材料”，“實(shí)驗(yàn)材料”是“科學(xué)活動(dòng)”開展的手段和方式；但同時(shí)“實(shí)驗(yàn)材料”只有契合“科學(xué)活動(dòng)”的主題，能清晰、可視、有序呈現(xiàn)現(xiàn)象和規(guī)律，才是有意義有價(jià)值的。

（二）實(shí)驗(yàn)材料的分類

小學(xué)科學(xué)“實(shí)驗(yàn)材料”大致分為觀察實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)操作材料、制作搭建材料等幾大類。觀察實(shí)驗(yàn)材料主要指為學(xué)生提供觀察的對(duì)象或者觀察工具，例如魚、螞蟻等小動(dòng)物，葉子、莖等植物的器官等；觀察工具有放大鏡、顯微鏡、溫度計(jì)等。實(shí)驗(yàn)操作材料為學(xué)生準(zhǔn)備的活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)的材料，如實(shí)驗(yàn)室材料濾紙、磁鐵、膠棒等，生活材料繩子、一次性紙杯、橡皮筋等。制作搭建材料是為學(xué)生提供的材料和工具，如木工工具箱、金工工具箱等。

（三）材料準(zhǔn)備的注意點(diǎn)

小學(xué)科學(xué)“實(shí)驗(yàn)材料”準(zhǔn)備時(shí)，建議給足學(xué)生思考和討論的時(shí)間，讓學(xué)生在材料準(zhǔn)備和科學(xué)活動(dòng)目標(biāo)的辯證關(guān)系中去推敲和調(diào)整。必要時(shí)，還可以通過(guò)給半成品的方式讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)材料，鼓勵(lì)學(xué)生利用常見的生活材料去準(zhǔn)備。在“實(shí)驗(yàn)材料”投放時(shí)，要注意各組之間材料的可變性和一致性以及材料的開放性和可操作性等。

二、價(jià)值追尋：選擇并利用好“實(shí)驗(yàn)材料”的積極意義

（一）落實(shí)核心素養(yǎng)的有力保障

設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)材料、選擇有結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)材料、操作使用好實(shí)驗(yàn)材料，是學(xué)生在參與整個(gè)科學(xué)（觀察、探究、實(shí)踐）活動(dòng)時(shí)的重要技能和環(huán)節(jié)。材料的準(zhǔn)備和使用是形成科學(xué)觀念的必經(jīng)過(guò)程，是培養(yǎng)科學(xué)思維的有效途徑，是鍛煉科學(xué)探究實(shí)踐能力的有力載體，是形成立足證據(jù)、樂(lè)于探究、追求創(chuàng)新、合作分享的態(tài)度責(zé)任的重要保證。

（二）形成高效課堂的必要手段

實(shí)驗(yàn)材料的好壞將直接關(guān)系到科學(xué)課堂教學(xué)的質(zhì)量高低。在科學(xué)課堂的有效時(shí)間和有利的空間里，如果能夠合理使用材料、選擇材料、運(yùn)用材料，借助材料讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，那么這樣材料會(huì)有助于學(xué)生建構(gòu)正確的思維框架，開展操作實(shí)踐，思維鍛煉，做中有思，思中有創(chuàng)，讓每一位學(xué)生感悟獲取科學(xué)學(xué)習(xí)的方法與過(guò)程，經(jīng)歷活動(dòng)中收獲的喜悅，使我們的科學(xué)課堂教學(xué)更加高效、更加扎實(shí)。

（三）實(shí)施探究實(shí)踐的有效載體

科學(xué)探究式學(xué)習(xí)是科學(xué)學(xué)習(xí)的主要方式。在探究式學(xué)習(xí)中，需要學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)單有結(jié)構(gòu)、感興趣又熟悉的實(shí)驗(yàn)材料來(lái)進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)，通過(guò)激發(fā)學(xué)生的探究欲望進(jìn)而讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)探究，在自主參與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中深化對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解與應(yīng)用，提升學(xué)習(xí)效果。因此，科學(xué)課的材料準(zhǔn)備和操作規(guī)范是關(guān)系科學(xué)探究成效的兩個(gè)重要的因素。

三、策略演繹：如何優(yōu)化小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料

（一）基于生活經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料

基于生活經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料，從學(xué)生熟悉的材料入手，能夠拉近學(xué)生與科學(xué)材料的距離，進(jìn)而激起學(xué)生的探究意愿?；谏罱?jīng)驗(yàn)選擇的實(shí)驗(yàn)材料，學(xué)生對(duì)材料本身已經(jīng)有一個(gè)基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而為高效開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

例如，在引導(dǎo)學(xué)生探究“水的蒸發(fā)快慢與什么因素有關(guān)”這個(gè)問(wèn)題時(shí)，可以選擇學(xué)生熟悉的飯鍋和水作為實(shí)驗(yàn)材料。通過(guò)觀察和記錄燒開水的時(shí)間，師生共同探討影響水的蒸發(fā)速度的因素。學(xué)生可以提出的因素有：火力大小、鍋蓋有無(wú)、室溫高低等，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以比較不同條件下水的蒸發(fā)速度的差異，并得出結(jié)論。這種基于生活經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠?qū)?shí)驗(yàn)與日常生活聯(lián)系起來(lái)，更好地理解水的蒸發(fā)與環(huán)境因素的關(guān)系。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不僅能夠自主觀察和實(shí)踐，還能夠動(dòng)手操作并記錄數(shù)據(jù)，培養(yǎng)科學(xué)的思維能力和實(shí)驗(yàn)技能。通過(guò)創(chuàng)設(shè)這樣的生活情境，學(xué)生可以更加投入地參與實(shí)驗(yàn)，激發(fā)他們對(duì)科學(xué)的興趣和好奇心。同時(shí)，基于生活經(jīng)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)，能夠幫助學(xué)生更深入地理解科學(xué)原理，提高學(xué)習(xí)的效果。

（二）基于探究需求，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料

教師需要思考實(shí)驗(yàn)材料是否能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，使他們?cè)诟信d趣的活動(dòng)中引發(fā)與探究主題的關(guān)聯(lián)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)材料也必須滿足探究活動(dòng)本身的需求，具備有效性和可操作性。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，教師應(yīng)了解學(xué)生的興趣和生活經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合他們的實(shí)際情況確定實(shí)驗(yàn)主題或問(wèn)題。同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和內(nèi)容，選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾凸ぞ撸ＷC實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全性和可行性。此外，盡量選擇一些直觀和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)材料，能夠讓學(xué)生更容易理解和接受。

例如，在教學(xué)《地球的形狀》這一課時(shí)，為了更好地模擬帆船進(jìn)出港的情境，我設(shè)計(jì)了一種類似于拱形結(jié)構(gòu)可變兩用裝置的傘。傘面的弧形設(shè)計(jì)能夠更準(zhǔn)確地模擬地球表面的曲率，讓學(xué)生更直觀地感受到地球表面是弧形的特點(diǎn)。在這個(gè)情境下，學(xué)生可以將小船放置在傘的表面上，并觀察小船在弧形表面上移動(dòng)的方式。通過(guò)觀察和操作，學(xué)生可以理解帆船在進(jìn)出港口時(shí)受到地球曲度的影響，需要通過(guò)調(diào)整航向來(lái)適應(yīng)不同的弧度。當(dāng)我們將傘面傾斜為相對(duì)水平的狀態(tài)時(shí)，它可以模擬平面地面。這種使用方式，可以讓學(xué)生更直觀地感受到水平地面的特點(diǎn)，同時(shí)也能夠幫助學(xué)生進(jìn)行比較和對(duì)比思考。在這個(gè)情境中，學(xué)生可以將小船放置在傘面上，并觀察小船在平面上移動(dòng)的方式。通過(guò)對(duì)比，學(xué)生可以深入思考為什么帆船在進(jìn)出港口時(shí)需要考慮到地球表面的曲率，以及平面和弧形對(duì)航線的影響有何不同。這樣的設(shè)計(jì)，考慮了學(xué)生的實(shí)際操作需求，可以更好地支持學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和觀察，進(jìn)而深入理解地球的形狀。

（三）基于操作實(shí)踐，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料

材料的優(yōu)化選擇，是為了便于學(xué)生實(shí)踐操作，從而為科學(xué)探究活動(dòng)提供良好基礎(chǔ)。因此，必須重視材料的實(shí)用性與可靠性。實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)該簡(jiǎn)單易操作，能夠引發(fā)學(xué)生的積極參與和親身體驗(yàn)，同時(shí)也要確保實(shí)驗(yàn)材料的可靠性，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

例如，在研究“拉力大小與彈簧伸長(zhǎng)之間的關(guān)系”這一活動(dòng)時(shí)，我設(shè)計(jì)了一個(gè)自制的“拉力操作板”，以方便學(xué)生進(jìn)行操作實(shí)踐。這個(gè)操作板的頂部固定了6 個(gè)等距離的釘子，并在豎直方向上設(shè)計(jì)了刻度標(biāo)尺，刻度從彈簧的長(zhǎng)度開始設(shè)置。這樣，學(xué)生所測(cè)量到的長(zhǎng)度直接對(duì)應(yīng)了彈簧的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度。操作時(shí)，只需依次掛上相同的彈簧，并按照順序掛上1，2，3，4，5，6個(gè)鉤碼。隨著鉤碼的增加，彈簧的伸長(zhǎng)長(zhǎng)度也會(huì)逐漸增加。要同時(shí)保證學(xué)生使用同一個(gè)彈簧進(jìn)行操作，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。這個(gè)“拉力操作板”具有較強(qiáng)的操作性，操作難度較低，操作時(shí)間也相對(duì)較短。學(xué)生能在短時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)操作，并快速發(fā)現(xiàn)拉力大小與彈簧伸長(zhǎng)之間的變化規(guī)律。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠直觀地觀察到拉力大小對(duì)彈簧伸長(zhǎng)度的影響，進(jìn)一步加深對(duì)彈簧性質(zhì)的理解。

（四）基于典型特征，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料選擇時(shí)，應(yīng)該注重選擇具有普遍性和典型性的材料，這樣的材料更有利于學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)觀察具有普遍性的現(xiàn)象，學(xué)生可以從表面逐漸深入本質(zhì)，從一般到特殊的思維邏輯中建立概念。通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以將這些典型特征與其他相關(guān)材料進(jìn)行比較，找到它們之間的共同點(diǎn)和規(guī)律。這樣的選擇，可以幫助學(xué)生更好地理解和歸納所學(xué)的科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)他們的分類和歸納能力。

例如，教學(xué)蘇教版三年級(jí)下冊(cè)《種子發(fā)芽了》一課時(shí)，為了方便學(xué)生觀察和理解，我們應(yīng)該選擇平時(shí)學(xué)生常見的、易于觀察的材料，同時(shí)又能有效捕捉到種子的普遍特征。在這個(gè)案例中，蠶豆種子是一個(gè)理想的選擇。蠶豆種子形狀較大，含有較大的胚乳，同時(shí)也有顯著的外部特征，如種皮的顏色和形態(tài)。選擇具有明顯特征的蠶豆種子作為觀察材料，學(xué)生就可以清楚地看到種子的各個(gè)部分，包括種皮、胚乳和胚軸。通過(guò)觀察，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)種子的普遍特征，例如它們都有種皮和胚乳。對(duì)于那些不利于形成和建立“種子”的概念的材料，我們應(yīng)該盡量避開。如果選擇一些特點(diǎn)不明顯的種子作為觀察材料，學(xué)生可能很難發(fā)現(xiàn)其中的共同特征，從而無(wú)法建立起種子的概念。在觀察和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選擇合適的典型材料，能幫助學(xué)生通過(guò)仔細(xì)觀察、抽象、歸納，從而建立起有關(guān)種子的概念。

（五）基于多元整合，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料

不同種類的實(shí)驗(yàn)材料都具有獨(dú)特的作用和優(yōu)勢(shì)，通過(guò)將它們進(jìn)行有效的整合，我們可以實(shí)現(xiàn)由個(gè)體到整體、由點(diǎn)到面的思維呈現(xiàn)。這樣的設(shè)計(jì)能夠幫助學(xué)生建構(gòu)完整的科學(xué)概念，并滿足他們的探究需求。

例如，在教學(xué)“比較發(fā)現(xiàn)植物葉子的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)”這一環(huán)節(jié)時(shí)，為了讓學(xué)生能夠有整體的發(fā)現(xiàn)，在準(zhǔn)備樹葉的實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，我們需要考慮樹葉的各種特征，并選擇多種優(yōu)化組合的材料。需要綜合考慮樹葉的大小、顏色、形狀、邊緣特征、厚薄、軟硬和氣味等因素，這些特征是學(xué)生進(jìn)行比較和發(fā)現(xiàn)的重要依據(jù)。通過(guò)準(zhǔn)備具有不同特征的樹葉，能夠幫助學(xué)生進(jìn)行全面的比較和觀察，從而更好地認(rèn)識(shí)植物葉子的多樣性。同時(shí)，可以從地域、環(huán)境等因素出發(fā)，選擇學(xué)生熟悉并且易于獲取的樹葉材料。例如，在學(xué)校里常見的樹種中選擇一些具有顯著特征的葉子，如香樟葉、銅錢草葉、廣玉蘭葉、紅楓葉、沙金珊瑚葉、黃楊葉等，這樣的選擇可以引發(fā)學(xué)生對(duì)身邊環(huán)境的觀察和思考，增強(qiáng)他們的親身體驗(yàn)和學(xué)習(xí)興趣。在選擇葉子時(shí)，我們可以考慮將形狀相似但其他特征不同的葉子放在一組中，或?qū)⑼环N樹木的不同年齡的葉子放在一組中。這樣的組合，可以激發(fā)學(xué)生的思考和討論，能夠讓他們?cè)诮涣鞣窒頃r(shí)有所得，在總結(jié)歸納時(shí)有更全面的收獲。

總之，實(shí)驗(yàn)材料貫穿于科學(xué)探究活動(dòng)的始終，對(duì)于課堂教學(xué)效果起著關(guān)鍵性作用。因此，教師在具體選擇實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，可以基于生活經(jīng)驗(yàn)、基于探究需求、基于操作實(shí)驗(yàn)、基于典型特征、基于結(jié)構(gòu)暗示、基于多元整合等，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料。只有科學(xué)合理地選擇應(yīng)用實(shí)驗(yàn)材料，才能保障科學(xué)教學(xué)過(guò)程的高效性。與此同時(shí)，教師還應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮自身引導(dǎo)作用，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)觀察周圍材料，并能夠基于教學(xué)內(nèi)容將這些材料運(yùn)用到具體實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，不斷豐富自身的科學(xué)知識(shí)，提升科學(xué)探究技能。