實(shí)驗(yàn)探究：小學(xué)科學(xué)教學(xué)的重要過(guò)程

王亞玲

有句俗語(yǔ)說(shuō)，“學(xué)好數(shù)理化，走遍天下都不怕”，其中的“理、化”就是物理及化學(xué)，這兩門(mén)學(xué)科加生物學(xué)就形成了一個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)體系，能夠解釋生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象、科學(xué)道理、形態(tài)變化、生物規(guī)律等。小學(xué)階段的科學(xué)學(xué)科，則是這三門(mén)課程的基礎(chǔ)知識(shí)的融合，其中涉及簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)、變化的研究、現(xiàn)象的解釋。隨著核心素養(yǎng)體系的不斷完善，在小學(xué)科學(xué)學(xué)科教學(xué)中，教師要更注重培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?dòng)手創(chuàng)作能力等。本文以蘇教版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)上冊(cè)“認(rèn)識(shí)空氣”單元中的前兩節(jié)為例，闡述實(shí)驗(yàn)探究在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的重要性及價(jià)值。

小學(xué)生認(rèn)知事物的范圍有限，因此在很多現(xiàn)象的原理認(rèn)知上還存在未知或者能力不足。但是，小學(xué)生具有思維活躍、想象力強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手興趣濃等優(yōu)勢(shì)，因此，教師通過(guò)直觀的現(xiàn)象去引導(dǎo)學(xué)生思考，通過(guò)實(shí)驗(yàn)去探究是非常有效的教學(xué)方式。

通過(guò)科學(xué)探究，學(xué)生可以積極主動(dòng)地觀察、思考、提出問(wèn)題，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際操作驗(yàn)證和解答問(wèn)題。這種探究性學(xué)習(xí)方式可以激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)造性思維、問(wèn)題解決能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。另外，科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)還可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)技巧、數(shù)據(jù)分析和推理能力。通過(guò)親身參與實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠更加深入地理解科學(xué)原理和概念，從而提升自身的實(shí)踐能力和科學(xué)思維方式。同時(shí)，科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通交流能力。

在“認(rèn)識(shí)空氣”這一單元中，我們知道空氣是無(wú)色無(wú)味的氣體，那我們?cè)趺窗l(fā)現(xiàn)它的存在呢？我們平常呼吸的都是空氣，空氣占據(jù)空間嗎？如果占據(jù)空間為什么我們看不見(jiàn)、摸不著？那么空氣是有重量的嗎？怎么去稱重呢？面對(duì)本單元教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生無(wú)從可知，只有通過(guò)日常僅有的經(jīng)驗(yàn)去描述現(xiàn)象，但是原理無(wú)從可知。教師針對(duì)學(xué)生天性好動(dòng)、實(shí)驗(yàn)興趣強(qiáng)、想象力豐富的特點(diǎn)，深度結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，不僅能讓學(xué)生學(xué)習(xí)到相關(guān)的科學(xué)知識(shí)，還能讓學(xué)生理解物質(zhì)變化的原理，更能從核心素養(yǎng)層面培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰翱茖W(xué)思維。

一、“認(rèn)識(shí)空氣”單元節(jié)選內(nèi)容分析

1.“空氣占據(jù)空間嗎”

本節(jié)內(nèi)容的難點(diǎn)在于學(xué)生無(wú)法從日常的見(jiàn)聞中發(fā)現(xiàn)空氣確實(shí)占據(jù)空間，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究才能發(fā)現(xiàn)。

2.“空氣有質(zhì)量嗎”

本節(jié)內(nèi)容的難點(diǎn)在于學(xué)生無(wú)法用手去觸摸或者感知重量，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究才能發(fā)現(xiàn)。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)方案

（一）單元先導(dǎo)課教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)開(kāi)展

“認(rèn)識(shí)空氣”單元先導(dǎo)課的重點(diǎn)是“空氣”的相關(guān)概念和性質(zhì)。

1.首先播放微視頻——《地球上的空氣》，微視頻中涉及本單元的重點(diǎn)內(nèi)容。

2.教師引導(dǎo)學(xué)生思考微視頻學(xué)習(xí)后的內(nèi)容，讓學(xué)生通過(guò)生活中的空氣談一談空氣是什么樣的，有什么作用。

3.教師組織學(xué)生嘗試捂著鼻子和嘴巴，感受一下當(dāng)人不能呼吸空氣時(shí)是什么感覺(jué)。

4.教師組織學(xué)生思考問(wèn)題：（1）空氣是什么樣的氣體？（2）空氣有形狀嗎？（3）空氣有重量嗎？

5.為了進(jìn)一步解釋學(xué)生的疑惑，教師組織小組開(kāi)展下列實(shí)驗(yàn)。

6.教師引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題：（1）空氣有形狀嗎？（2）空氣有體積嗎？

7.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生大多能夠想到空氣本身不具有形狀，形狀的決定因素是外部環(huán)境；空氣應(yīng)該具有一定的體積，因?yàn)槠孔哟怪卑磯捍嬖谧枇Α?/p>

8.針對(duì)學(xué)生的回答和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師做更進(jìn)一步的解釋，為學(xué)習(xí)“空氣占據(jù)空間”和“空氣有質(zhì)量”埋下伏筆。

（二）“空氣占據(jù)空間嗎”教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)開(kāi)展

通過(guò)先導(dǎo)課的認(rèn)識(shí)與學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)空氣的理解包括：（1）空氣無(wú)色、無(wú)味、無(wú)固定形狀；（2）空氣是生物生存必要的條件；（3）空氣可能存在體積。但是學(xué)生的理解還不夠透徹，針對(duì)“體積”這個(gè)詞的解釋也不夠深入。

1.以《烏鴉喝水》這個(gè)故事作為引子，引導(dǎo)學(xué)生思考水為什么能夠溢出來(lái)。其關(guān)鍵就在于石頭本身有大小，石頭投進(jìn)瓶子后，并擠壓水在里面的空間，從而導(dǎo)致水上溢，石頭的大小或者水上升的空間，就是石頭的體積。

2.教師引導(dǎo)學(xué)生回顧先導(dǎo)課實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生自主嘗試并證明：空氣是否有體積，是否占據(jù)空間？

3.組織學(xué)生小組討論，并構(gòu)思實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

4.當(dāng)然，小組討論的結(jié)論不一定對(duì)，此目的是激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)和思維，沒(méi)有構(gòu)思出實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案也沒(méi)關(guān)系，重點(diǎn)是要有這個(gè)思考的過(guò)程。

5.教師演示第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：用手指堵住注射器空管的出氣口，按壓推棒，按壓到一個(gè)位置時(shí)，推棒無(wú)法繼續(xù)深推。此時(shí)提出思考問(wèn)題：為什么不能繼續(xù)推進(jìn)這個(gè)推棒呢？同時(shí)要求學(xué)生自己完成注射器實(shí)驗(yàn)。

6.在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，教師進(jìn)行引導(dǎo)：“折射器中間這一段空間，就是空管中空氣的體積?？諝馐且粋€(gè)由很多分子組成氣體，分子之間存在距離，通過(guò)壓縮，空氣的理論最小體積就出現(xiàn)了。另外，空氣是否占據(jù)空間呢？我們使用塑料袋和氣球?qū)嶒?yàn)，也能夠證明，氣球內(nèi)的空間和塑料袋的空間都充滿了空氣?！边@個(gè)引導(dǎo)過(guò)程可能涉及跨度比較大的知識(shí)，教師此時(shí)就需要使用多媒體信息教學(xué)，播放相關(guān)的微視頻引導(dǎo)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)的加持以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推理下，使學(xué)生理解微視頻的內(nèi)容。

7.此時(shí)設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)難度性的自主實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生小組之間合作，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程并完成實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

8.小組之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，同時(shí)在小組中，學(xué)生不斷地思維碰撞與交流，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了思路。當(dāng)然，個(gè)別小組不能完成自主實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，此時(shí)教師給予需要針對(duì)性的輔導(dǎo)并點(diǎn)撥思路。

9.教師演示：用塑料泥封住瓶口，將兩只吸管插入瓶中，然后在一只吸管處吹入氣體，然后水從另外一只吸管中導(dǎo)流出來(lái)。演示完成后鼓勵(lì)并肯定小組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較優(yōu)秀的小組，同時(shí)點(diǎn)撥未完成的小組。

10.教師提出思考問(wèn)題：（1）為什么水可以被導(dǎo)流出來(lái)？（2）這其中的原理是什么？要求學(xué)生畫(huà)出實(shí)驗(yàn)示意圖。

11.教師提出新的思考問(wèn)題：石頭有大小，占據(jù)空間，它的重量是比較重的；我們已經(jīng)證明了空氣是有一定體積的，能夠占據(jù)空間，那么它有質(zhì)量嗎？

（三）“空氣有質(zhì)量嗎”教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)開(kāi)展

經(jīng)過(guò)上述第11個(gè)問(wèn)題的引導(dǎo)，學(xué)生對(duì)“空氣具有質(zhì)量嗎”這個(gè)思考問(wèn)題的困惑度上升了。有的學(xué)生回答道：“空氣沒(méi)有重量，因?yàn)槿绻諝庥匈|(zhì)量的話，就會(huì)落在地面上，我們就不能呼吸了，現(xiàn)在能呼吸，說(shuō)明空氣沒(méi)有重量?！庇械膶W(xué)生還回答道：“空氣沒(méi)有質(zhì)量，因?yàn)槲覀兠恢?，也看不到。?/p>

面對(duì)學(xué)生的疑惑，教師可以設(shè)置稱重實(shí)驗(yàn)來(lái)開(kāi)展教學(xué)。

1.教師提出問(wèn)題：“空氣有質(zhì)量嗎？”

2.學(xué)生討論并交流。

3.教師引導(dǎo)學(xué)生：“空氣的質(zhì)量在于一定體積內(nèi)的空氣壓縮后的重量，很小體積的空氣質(zhì)量是微乎其微的。根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)空氣是可以壓縮的。那么接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)，我們就嘗試稱重壓縮后的空氣質(zhì)量?！?/p>

4.教師演示實(shí)驗(yàn)，并要求學(xué)生細(xì)心觀察。

5.教師引導(dǎo)學(xué)生思考問(wèn)題：（1）天平的傾斜是什么樣的？（2）天平傾斜說(shuō)明什么樣的問(wèn)題？（3）假如我們?cè)诔錃饽抑械目諝鈮嚎s的量不多又是什么樣的結(jié)果呢？

6.教師引導(dǎo)學(xué)生自主嘗試“充氣囊中的空氣壓縮的量不多”的天平實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)空氣壓縮量不夠多的時(shí)候，天平的傾斜角度沒(méi)有發(fā)生太大的變化。

7.教師進(jìn)行課堂總結(jié)：（1）空氣是什么樣的氣體？（2）空氣能否占據(jù)空間？（3）空氣的體積是什么？（4）空氣有質(zhì)量嗎？

三、總結(jié)

在上述的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方案中，其實(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在小學(xué)科學(xué)學(xué)科中諸多的現(xiàn)象或者原理需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)探究有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)觀察、提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和分析結(jié)果的過(guò)程，學(xué)生不僅能夠?qū)W習(xí)科學(xué)知識(shí)，還能夠培養(yǎng)批判性思維和自主解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)探究可以鍛煉學(xué)生的觀察力和實(shí)踐操作技能。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并進(jìn)行實(shí)際操作，從而培養(yǎng)準(zhǔn)確觀察和實(shí)踐操作技能。

小學(xué)生的思維雖然比較活躍，但是他們無(wú)法解釋超出認(rèn)知的現(xiàn)象及原理。例如，學(xué)生說(shuō)“空氣雖然看不見(jiàn)、摸不著，但是不會(huì)有重量”。先導(dǎo)課中也讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)嘗試了沒(méi)有空氣的感受。因此，學(xué)生有一定的思考量，這時(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究顯得極為關(guān)鍵和重要了。沒(méi)有稱重的環(huán)節(jié)，學(xué)生無(wú)法明白空氣的質(zhì)量是在一定體積空間下而言的，在日常生活中的空氣，其空間是整個(gè)地球，所以沒(méi)有壓縮后的空氣質(zhì)量可以忽略不計(jì)。

再如，在學(xué)習(xí)第一個(gè)關(guān)于空氣體積的實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生已經(jīng)知曉其原理，那么該怎么應(yīng)用呢？怎么舉一反三呢？學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)如何實(shí)現(xiàn)呢？在隨后的自主實(shí)驗(yàn)（吸管導(dǎo)水）設(shè)計(jì)中，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼龠M(jìn)學(xué)生思考與科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成，同時(shí)拓展學(xué)生的科學(xué)思維，強(qiáng)化了其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

科學(xué)實(shí)驗(yàn)是探究現(xiàn)象與驗(yàn)證原理的重要方式。在科學(xué)學(xué)科教學(xué)中，教師就要做到以實(shí)驗(yàn)為主，充分認(rèn)知到實(shí)驗(yàn)的重要性。教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生勇于提出“為什么”，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象并無(wú)法解釋時(shí)，實(shí)驗(yàn)起到了點(diǎn)撥與驗(yàn)證的作用，讓學(xué)生親力親為地完成實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成細(xì)心觀察、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的良好習(xí)慣，同時(shí)“為什么”和“實(shí)驗(yàn)”搭建了一個(gè)良性的邏輯關(guān)系，讓學(xué)生明白科學(xué)探究與實(shí)驗(yàn)的意義。另外，實(shí)驗(yàn)也為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了一個(gè)鍛煉動(dòng)手能力與激發(fā)想象力的平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也得到了培養(yǎng)。

（作者單位：安徽省岳西縣教育局）

編輯：陳鮮艷