小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)多樣化設(shè)計(jì)與實(shí)施研究

實(shí)驗(yàn)是小學(xué)科學(xué)探索活動(dòng)的重要組成部分，也是學(xué)生獲取科學(xué)知識(shí)和技能的重要途徑之一。小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)多樣化研究是對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)材料的挖掘，力求通過不同方式和手段解決實(shí)際問題，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)其動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)育人的目的。

一、實(shí)驗(yàn)方法多樣化的選擇

通過多種實(shí)驗(yàn)方法解決問題，能使學(xué)生思維能力和動(dòng)手能力得到發(fā)展，還能使學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作、記錄與交流中，針對(duì)同一問題從不同的角度去觀察與理解，從而達(dá)到真正掌握知識(shí)的目的。

例如：在“測量肺活量”中，可以用以下3種方法對(duì)肺活量進(jìn)行測量。

實(shí)驗(yàn)方法1：用測量袋測量肺活量

實(shí)驗(yàn)材料：肺活量測量袋、通氣管。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）展開測量袋，放置好通氣管。（2）吸足氣，然后將氣體從通氣管呼入測量袋。（3）肺部氣體全部呼出后，收緊通氣管，將測量袋從呼氣口方向往里卷，直到卷不動(dòng)為止。（4）讀取鼓起的測量袋上的數(shù)值，即為肺活量。（5）重復(fù)測量3次，每次之間應(yīng)進(jìn)行一定時(shí)間的休息。

實(shí)驗(yàn)分析：肺活量大的同學(xué)，一次性呼出的氣體體積也就越大。

實(shí)驗(yàn)方法2：用氣球測量肺活量

實(shí)驗(yàn)材料：氣球、細(xì)線、軟尺。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）深吸一口氣，然后盡可能地吹氣球。（2）氣球的末端用線綁緊，使其不漏氣。（3）測量氣球最寬處的周長。（4）把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫在實(shí)驗(yàn)記錄表中。

實(shí)驗(yàn)分析：肺活量大的同學(xué)，一次盡力呼出的氣體體積也越大，因此吹的氣球也越大。

實(shí)驗(yàn)方法3：用排水法測量肺活量

實(shí)驗(yàn)材料：塑料瓶（2升）、彎頭吸管、裝適量水的水槽。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）在標(biāo)好刻度的塑料瓶里裝滿水。（2）把塑料瓶倒置在水槽里，插入彎頭吸管。（3）深吸一口氣，通過吸管盡力向塑料瓶里吹氣。（4）記錄排出的水量。

實(shí)驗(yàn)分析：肺活量大的同學(xué)，其呼出的氣體體積也會(huì)越大，塑料瓶里排出的水量也會(huì)越多。

雖然以上3種實(shí)驗(yàn)方法不同，但都能測出人體的肺活量。實(shí)驗(yàn)方法的多樣化拓展了學(xué)生的科學(xué)思維，提升了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

二、實(shí)驗(yàn)原理多樣化的詮釋

對(duì)小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，說出實(shí)驗(yàn)原理，這樣才能利用實(shí)驗(yàn)解決問題，獲取科學(xué)知識(shí)和技能。要詮釋實(shí)驗(yàn)原理，特別是在科學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)中，我們可用不同的實(shí)驗(yàn)材料和方法，創(chuàng)造不同的情境，讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出正確結(jié)論，從而掌握實(shí)驗(yàn)原理，提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

例如：在模擬“火山噴發(fā)”時(shí)，需要了解火山噴發(fā)的本質(zhì)，知道火山噴發(fā)是地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。了解了火山噴發(fā)的本質(zhì)后，就可以模擬其原型，分析實(shí)驗(yàn)原理是由物質(zhì)的溫度升高，造成體積膨脹，導(dǎo)致噴發(fā)。

實(shí)驗(yàn)方法1：小蘇打粉與白醋發(fā)生反應(yīng)，模擬火山噴發(fā)

實(shí)驗(yàn)材料：小蘇打粉、白醋、紅色顏料、泡泡水、瓶子。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）把小蘇打粉倒進(jìn)瓶子里。（2）把紅色顏料水和泡泡水倒進(jìn)瓶子里，晃動(dòng)瓶子，使小蘇打粉溶解。（3）把白醋快速倒進(jìn)瓶子里。（4）觀察瓶子里發(fā)生的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)原理：小蘇打是一種堿性物質(zhì)，遇到酸性的醋后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w。二氧化碳?xì)怏w遇到紅色的泡泡水后，就會(huì)產(chǎn)生很多紅色的泡沫，由于瓶子內(nèi)部壓力較大，紅色泡沫便會(huì)噴出瓶口，像火山噴發(fā)一樣。

實(shí)驗(yàn)方法2：用泡騰片模擬火山噴發(fā)

實(shí)驗(yàn)材料：清水、攪拌棒、泡騰片、色素、透明瓶子、食用油。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）在透明杯子中倒入清水，然后滴入色素，用攪拌棒攪拌均勻。（2）倒入適量食用油。（3）放入泡騰片，進(jìn)行觀察。

實(shí)驗(yàn)原理：泡騰片遇水時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳?xì)怏w會(huì)向上翻滾，帶顏色的水就會(huì)跑到油層上方，形成類似火山噴發(fā)的情境。

實(shí)驗(yàn)方法3：利用熱水和涼水模擬火山噴發(fā)

實(shí)驗(yàn)材料：小玻璃瓶、大碗、熱水和冷水、水彩顏料、毛筆。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）在大碗里注入大半碗涼水，然后向小玻璃瓶里注入大半瓶熱水。（2）用毛筆蘸一些水彩顏料，滴在小玻璃瓶的熱水里。（3）把小玻璃瓶迅速放入大碗中，使瓶口朝上并浸入水下，觀察隨后發(fā)生的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)熱脹冷縮的原理，同質(zhì)量的熱水與冷水相比較，熱水的體積比涼水體積大。當(dāng)把兩種不同密度的液體放在一起時(shí)，密度小的會(huì)跑到上面，形成“水中火山”的現(xiàn)象。

以上3種實(shí)驗(yàn)，都是利用物質(zhì)的體積膨脹，致使其需要擺脫現(xiàn)有環(huán)境，從而造成的一種釋放現(xiàn)象，進(jìn)而模擬了火山噴發(fā)的情境。這些實(shí)驗(yàn)原理與火山噴發(fā)的本質(zhì)是一致的，能夠讓學(xué)生理解和掌握火山噴發(fā)的原因是地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。

三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象多樣化的呈現(xiàn)

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、記錄與分析，學(xué)生才能得出正確結(jié)論，進(jìn)而完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。但是，不同的實(shí)驗(yàn)也能呈現(xiàn)相同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生的求知欲得到提升。

例如：在“制作神秘的信件”時(shí)，利用不同的實(shí)驗(yàn)，也能呈現(xiàn)同樣的效果。

實(shí)驗(yàn)方法1：用淀粉寫字

實(shí)驗(yàn)材料：毛筆、淀粉、勺子、熱水、杯子、白色泡沫板、碘酒、噴壺（霧狀）。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用勺子取適量淀粉放在杯子中，用熱水調(diào)成淀粉液，靜置后過濾，得到澄清的淀粉溶液。（2）用毛筆蘸取淀粉溶液后在白色泡沫板上寫字。（3）晾干白色泡沫板（字跡消失）。（4）在噴壺中加入碘酒，用噴壺對(duì)準(zhǔn)寫字的區(qū)域噴幾下，觀察現(xiàn)象（字跡顯現(xiàn)）。

實(shí)驗(yàn)分析：利用淀粉與碘酒反應(yīng)生成藍(lán)色物質(zhì)的原理，就能顯現(xiàn)事先用淀粉溶液寫的字。

實(shí)驗(yàn)方法2：用牛奶寫字

實(shí)驗(yàn)材料：牛奶、毛筆、白紙、紙杯、蠟燭、打火機(jī)。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將牛奶倒入紙杯。（2）用毛筆蘸牛奶在白紙上寫字。（3）寫好后，將紙平鋪晾干（字跡消失）。（4）點(diǎn)燃蠟燭，將紙放在燭火上方烘烤，觀察現(xiàn)象（字跡顯現(xiàn)）。

實(shí)驗(yàn)分析：牛奶中含有蛋白質(zhì)，烘烤后，蛋白質(zhì)變性凝固顯色，就會(huì)出現(xiàn)字跡。

實(shí)驗(yàn)方法3：用檸檬水寫字

實(shí)驗(yàn)材料：檸檬、水、盤子、棉簽、白紙、臺(tái)燈。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）把檸檬擠壓出汁，收集到盤子里。（2）加水稀釋檸檬汁。（3）用棉簽蘸取稀釋后的檸檬汁，在白紙上寫字。（4）將白紙晾干（字跡消失）。（5）把白紙放在臺(tái)燈的燈泡上加熱，觀察現(xiàn)象（字跡顯現(xiàn)）。

實(shí)驗(yàn)分析：檸檬汁是一種無色的溶液，汁液在白紙上風(fēng)干后，自然就不見了。檸檬汁中含有碳水化合物，把白紙放在燈泡上加熱時(shí)，這種碳水化合物就會(huì)分解，生成黑色物質(zhì)。于是，白紙上的字又出現(xiàn)了。

以上3種實(shí)驗(yàn)，雖然實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相同，但卻是利用不同的實(shí)驗(yàn)方法呈現(xiàn)的。“制作神秘的信件”是利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)，生成新的物質(zhì)，讓紙上看不見的字呈現(xiàn)出來。

四、實(shí)驗(yàn)材料多樣化的利用

實(shí)驗(yàn)材料多樣化主要是指利用不同的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和效果更加明顯，從而提升實(shí)驗(yàn)的效果。

例如：開展“晝夜交替現(xiàn)象”模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以讓學(xué)生積極思考，利用不同的材料模擬太陽和地球。

實(shí)驗(yàn)方法1：用燈泡和地球儀模擬

實(shí)驗(yàn)材料：燈泡、地球儀。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）點(diǎn)亮燈泡，調(diào)節(jié)燈泡與地球儀之間的距離，使光線差不多正好能照亮地球儀的一半。（2）在地球儀上確定一個(gè)點(diǎn)，表示地球上某一區(qū)域。（3）有順序地選擇要驗(yàn)證的假說，逐個(gè)研究。

實(shí)驗(yàn)分析：用燈泡模擬太陽，地球儀模擬地球，只要地球自轉(zhuǎn)、地球圍繞太陽轉(zhuǎn)或者太陽圍繞地球轉(zhuǎn)，都能發(fā)生晝夜交替現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)方法2：用小馬燈和地球儀（改裝）模擬

實(shí)驗(yàn)材料：小馬燈、地球儀。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）把地球儀從底座上取下來，并且安裝上一個(gè)手把。（2）在地球儀上標(biāo)記觀測點(diǎn)。（3）點(diǎn)亮小馬燈，有順序地選擇要驗(yàn)證的假說，逐個(gè)研究。

實(shí)驗(yàn)分析：用小馬燈代替太陽，可以模擬太陽光向四周照射，而不是向一個(gè)方向照射。

實(shí)驗(yàn)方法3：用投影儀和地球儀模擬

實(shí)驗(yàn)材料：投影儀、地球儀。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）打開投影儀，讓光線水平照射地球儀。（2）調(diào)整地球儀的位置，讓地球儀完全處于投影儀的光照中。（3）轉(zhuǎn)動(dòng)地球儀，觀察地球儀的明暗變化。

實(shí)驗(yàn)分析：地球儀向著投影儀的一面亮，背對(duì)投影儀的一面暗。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)地球儀，地球儀明暗面交替出現(xiàn)。這種情況的出現(xiàn)，就可以說明晝夜交替現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是地球自轉(zhuǎn)。

以上3種實(shí)驗(yàn)，在晝夜交替現(xiàn)象的設(shè)計(jì)和模擬中，使用不同的材料和不同的步驟驗(yàn)證假說，效果都是比較明顯的。但是在利用不同的材料和方法開展實(shí)驗(yàn)室時(shí)，需要注意材料要容易獲取，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，并與實(shí)驗(yàn)有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

總之，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教學(xué)重要內(nèi)容，也是有效的學(xué)習(xí)方法。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)一步挖掘，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的功效，不僅讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)技能方面得到發(fā)展，而且還要讓學(xué)生在觀察能力、動(dòng)手能力、合作能力和創(chuàng)新能力等方面得到發(fā)展。