遵循“五性原則” 改善《風(fēng)的成因》實(shí)驗(yàn)

〔摘" "要〕" 對(duì)于小學(xué)生而言，實(shí)驗(yàn)是他們?cè)趯W(xué)習(xí)科學(xué)之旅中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和流程進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新，對(duì)實(shí)驗(yàn)教具的開發(fā)和創(chuàng)新，是顯著提高小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成效、增強(qiáng)教學(xué)品質(zhì)的有力舉措。本文以教科版科學(xué)三年級(jí)上冊(cè)《風(fēng)的成因》為例，深入探討了用安全性、科學(xué)性、直觀性、開放性、簡便性五大原則，改善實(shí)驗(yàn)的策略，并通過實(shí)踐案例分析，展示了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)在激發(fā)學(xué)生興趣、培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)方面的積極作用，為小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與探索提供了寶貴的借鑒與啟示。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改善

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0076-03

根據(jù)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的導(dǎo)向，科學(xué)實(shí)驗(yàn)在小學(xué)科學(xué)教育中處于核心地位，在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、激發(fā)探究潛能及促進(jìn)創(chuàng)新意識(shí)發(fā)展中發(fā)揮著不可或缺的作用。然而，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨著諸多挑戰(zhàn)，包括實(shí)驗(yàn)材料的安全性問題、實(shí)驗(yàn)裝置的科學(xué)性不足以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不直觀性，這些問題嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。小學(xué)科學(xué)教育作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的起始階段，實(shí)驗(yàn)作為科學(xué)學(xué)習(xí)的核心方法，對(duì)于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)科學(xué)思維和實(shí)踐能力具有不可替代的作用。因此，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具，以構(gòu)建高效的小學(xué)科學(xué)課堂，這不僅是提高教學(xué)品質(zhì)的當(dāng)務(wù)之急，也是培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵途徑，已成為科學(xué)教育工作者直面的重要挑戰(zhàn)。

一、改善實(shí)驗(yàn)的原則案例剖析

（一）遵循安全性原則：優(yōu)選實(shí)驗(yàn)材料，保障安全與環(huán)保

確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安全性是開展實(shí)驗(yàn)教育的基礎(chǔ)，這不僅涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料的安全性，還包括操作過程的安全性。選擇既安全又環(huán)保的實(shí)驗(yàn)材料是確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)安全性的基石。在教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)優(yōu)先考慮使用這類材料，并引導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)格按照正確的操作流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，增加實(shí)驗(yàn)過程的安全保障。

以教科版科學(xué)三年級(jí)上冊(cè)《風(fēng)的成因》課程中的模擬實(shí)驗(yàn)為示例，為了直觀展示風(fēng)的流動(dòng)，傳統(tǒng)方法常采用點(diǎn)燃蚊香，然而蚊香燃燒時(shí)會(huì)釋放出難聞的氣味，并伴有潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了兼顧實(shí)驗(yàn)的安全與環(huán)保要求，我們決定用倒流香來替代蚊香。倒流香所產(chǎn)生的煙霧既安全又無毒，非常適合學(xué)生在相對(duì)封閉的教室環(huán)境中開展長時(shí)間的小組實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。此外，我們采用亞克力板來制作實(shí)驗(yàn)盒，替代了易燃的紙盒，從而有效消除了因使用紙盒而可能引發(fā)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。此外，我們還用兩個(gè)涂有感溫材料的陶瓷燈替換蠟燭，只需按下開關(guān)就可以控制左右兩個(gè)陶瓷燈的溫度，不僅加熱速度快，還具備出色的防水性能。

在實(shí)際教學(xué)中，我們對(duì)兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。一個(gè)班級(jí)采用傳統(tǒng)的蚊香和紙盒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，另一個(gè)班級(jí)運(yùn)用改良后的倒流香和亞克力板實(shí)驗(yàn)盒進(jìn)行相關(guān)研究。結(jié)果顯示，使用改進(jìn)材料的班級(jí)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中展現(xiàn)出更高的專注度，實(shí)驗(yàn)操作更加規(guī)范，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也更加明顯。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們對(duì)兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用改進(jìn)材料的班級(jí)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的安全性和環(huán)保性給予了更高的評(píng)價(jià)。他們表示在實(shí)驗(yàn)過程中沒有聞到刺鼻的氣味，也不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)材料的安全問題，使他們能夠更安心地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

（二）遵循科學(xué)性原則：升級(jí)實(shí)驗(yàn)裝置，提升科學(xué)精準(zhǔn)度

實(shí)驗(yàn)器材是確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)順暢開展的核心保障，一套優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，首先要能夠清晰地展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，方便學(xué)生收集相關(guān)證據(jù)；其次，它應(yīng)具有抵抗外界干擾的能力，以降低實(shí)驗(yàn)誤差，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。以《風(fēng)的成因》這堂課為例，我們從教學(xué)所依據(jù)的概念出發(fā)，“自然風(fēng)的產(chǎn)生源于空氣溫度的差異，這種溫差促使冷熱空氣流動(dòng)，從而形成風(fēng)”。為了幫助學(xué)生深入理解這一原理，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)包含對(duì)比實(shí)驗(yàn)的元素，即設(shè)置無溫差空氣不形成風(fēng)的對(duì)照組，以及冷熱空氣形成風(fēng)的實(shí)驗(yàn)組；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)還應(yīng)以直觀的方式呈現(xiàn)各種數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，例如溫度的數(shù)值變化、風(fēng)速的大小以及空氣流動(dòng)的可視化表現(xiàn)等等?；谏鲜隹紤]，筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)與優(yōu)化，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，具體改進(jìn)方案詳見下圖。

改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)盒組成，盒子里有兩個(gè)涂有感溫材料的陶瓷燈，可用來制造冷熱空氣；中間是一個(gè)連通管道，管道的上方還放有一段倒流香，通過點(diǎn)燃倒流香能讓連通管內(nèi)產(chǎn)生煙霧；中間還連接著風(fēng)速檢測儀，可以測量管內(nèi)風(fēng)速大?。还艿纼蛇呇b有抽拉式擋板，可以堵住中間管道任意一邊的風(fēng)口，控制空氣的流動(dòng)，在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)部均配備了數(shù)顯溫度計(jì)，能夠迅速準(zhǔn)確地反映出盒內(nèi)空氣的溫度；盒子向上的開口處還裝有置放式風(fēng)輪，觀察連通管內(nèi)煙霧流動(dòng)情況和風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)情況，便能判斷是否有風(fēng)形成以及風(fēng)的方向。裝置左右兩邊做成開關(guān)式抽屜，配備錫箔杯使用，不僅有利于內(nèi)部散熱，還便于更換內(nèi)部物質(zhì)，操作便捷。

1.改良實(shí)驗(yàn)構(gòu)造，避免外界干擾。在進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們應(yīng)致力于開發(fā)出一種通用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，確保其能夠在不同的環(huán)境下順利使用。同時(shí)對(duì)于那些實(shí)驗(yàn)結(jié)果容易受到外部因素干擾的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以確保實(shí)驗(yàn)操作的簡便性以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析的準(zhǔn)確性。以《風(fēng)的成因》實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)容易受到兩方面的外界干擾：一是用于指示空氣流動(dòng)方向的煙霧可能會(huì)因外部氣流干擾而產(chǎn)生偏移；二是當(dāng)彩條和蚊香由手持進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，手部的抖動(dòng)可能會(huì)改變煙霧的流動(dòng)方向以及彩條的擺動(dòng)情況。因此筆者用亞克力板設(shè)計(jì)了一個(gè)聯(lián)通裝置，便于學(xué)生操作，減少人為抖動(dòng)的影響；采用細(xì)長形的連通管道，并借助倒流香自上而下流動(dòng)的特性，讓煙霧在相對(duì)封閉的實(shí)驗(yàn)裝置中流動(dòng)，從而減少外界因素對(duì)煙霧飄動(dòng)的干擾。

2.增加數(shù)字儀器，實(shí)現(xiàn)定量分析。科學(xué)實(shí)驗(yàn)正朝著定量化方向發(fā)展，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)化升級(jí)，我們?cè)诿總€(gè)實(shí)驗(yàn)盒的頂端都安裝了數(shù)顯溫度計(jì)，在中間管道安裝了風(fēng)速傳感器，這樣能夠迅速且精確地顯示出實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)空氣的溫度以及管道內(nèi)風(fēng)速的具體數(shù)值。在開展分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生能夠精確地記錄每個(gè)實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)的空氣溫度以及管道內(nèi)的風(fēng)速。實(shí)驗(yàn)完成后，教師可借助班級(jí)記錄表收集各小組記錄的數(shù)據(jù)和觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)而運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和對(duì)比。結(jié)合實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象，學(xué)生得出了“空氣受熱上升，周圍冷空氣隨之補(bǔ)充形成風(fēng)，且溫差越大，風(fēng)速越快”的結(jié)論。這種數(shù)據(jù)可視化的改進(jìn)，不僅讓學(xué)生能夠更直接地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還培養(yǎng)了他們分析數(shù)據(jù)、歸納結(jié)論的能力，提高了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)價(jià)值和教育意義。

（三）遵循直觀性原則：整合多元器材，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)可視化

鑒于小學(xué)生主要是通過形象思維來理解和認(rèn)知世界，因此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的直觀展示對(duì)于他們把握科學(xué)概念、規(guī)律以及激發(fā)對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣具有極其重要的作用。將不同的實(shí)驗(yàn)器材組合起來，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變得可視化，是提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的有效方法。在《風(fēng)的成因》這一課中，由于空氣本身是看不見摸不著的，我們需要借助其他的物質(zhì)來顯示其流動(dòng)情況，并且使用測量工具來監(jiān)測其溫度的變化；風(fēng)同樣難以直接感知，因此需要利用一些物體來間接證明其存在。在本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)過程中，我們整合了多種實(shí)驗(yàn)器材，充分發(fā)揮它們的作用，以達(dá)到可視化的效果。例如，通過觀察倒流香煙霧在連通管中的流動(dòng)方向來確定空氣的流向，利用能夠顯示周圍空氣溫度的數(shù)顯溫度計(jì)來了解實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)的溫度變化；利用風(fēng)速儀來顯示管內(nèi)風(fēng)速的大小；通過風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)情況來判斷是否有風(fēng)的產(chǎn)生及其流動(dòng)方向。這些改進(jìn)措施不僅使學(xué)生能夠更清晰、準(zhǔn)確地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還能將抽象的概念轉(zhuǎn)化為直觀的現(xiàn)象，幫助學(xué)生通過現(xiàn)象看本質(zhì)，從而有效突破教學(xué)中的難點(diǎn)。

（四）遵循開放性原則：拓展實(shí)驗(yàn)方案，激發(fā)學(xué)生開放性探究

在開展探究性實(shí)驗(yàn)的過程中，激活學(xué)生的思維是至關(guān)重要的。開放性探究對(duì)于啟迪學(xué)生的思維具有不可替代的作用。因此，教師在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)秉持開放性原則，提供豐富的實(shí)驗(yàn)方案，營造寬松的探究環(huán)境。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作和探究，同時(shí)鼓勵(lì)他們提出創(chuàng)新性的觀點(diǎn)，接納不同的發(fā)現(xiàn)，并允許得出多樣化的結(jié)論。以《風(fēng)的成因》這堂課為例，教師巧妙地設(shè)計(jì)了包含兩個(gè)實(shí)驗(yàn)盒的裝置，每個(gè)實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)都配備了陶瓷加熱燈。學(xué)生小組可以自由決定加熱哪一側(cè)的空氣，并據(jù)此自主設(shè)計(jì)模擬對(duì)比實(shí)驗(yàn)，這樣的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了開放性探究的精神。匯報(bào)設(shè)計(jì)方案時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)有些小組只加熱左邊陶瓷燈，跟右邊實(shí)驗(yàn)盒對(duì)比；有的小組只加熱右邊陶瓷燈，跟左邊對(duì)比；還有個(gè)小組兩邊陶瓷燈都加熱，由于產(chǎn)生的熱量不同，同樣可以形成溫差引起空氣的流動(dòng)。經(jīng)過改良的實(shí)驗(yàn)設(shè)備為學(xué)生帶來了豐富的實(shí)驗(yàn)選擇，極大地迎合了他們對(duì)開放性探究的渴望。這不僅激發(fā)了學(xué)生思維的多樣性，還顯著提升了他們的創(chuàng)新思維能力，為他們的科學(xué)探索之旅注入新的活力。

（五）遵循簡便性原則：簡化操作流程，預(yù)留思考空間

1.擴(kuò)展探究，深化理解。裝置左右兩邊做成可開關(guān)式抽屜，配備錫箔杯使用，不僅有利于空間內(nèi)部散熱，還便于更換內(nèi)部物質(zhì)，操作便捷。該設(shè)備進(jìn)行升級(jí)后不僅可以進(jìn)行原教材實(shí)驗(yàn)，還可以在裝置的左右兩邊裝上水和沙子，用來模擬自然界中不同地貌，探究自然風(fēng)產(chǎn)生的原因。

教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合模擬實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和原理，大膽推測大自然中風(fēng)形成的原因。學(xué)生在交流中會(huì)有疑惑，在自然界中，同一個(gè)地方同時(shí)都有太陽照射怎么也會(huì)形成風(fēng)？這時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拓展實(shí)驗(yàn)，在裝置的兩邊分別放上水和沙子，再用陶瓷燈同時(shí)加熱水和沙子，發(fā)現(xiàn)同樣條件下，水和沙子升溫快慢不同，形成溫差，也會(huì)產(chǎn)生風(fēng)。

2.邏輯推理，激活思維。引導(dǎo)學(xué)生觀看嫦娥六號(hào)在月背展開國旗的視頻，并提出問題“只有冷熱溫差，但空氣沒有流動(dòng)會(huì)有風(fēng)嗎？”引發(fā)學(xué)生深度思考。學(xué)生使用創(chuàng)新裝置進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，這時(shí)引導(dǎo)學(xué)生用擋板將管道的一端堵住，空氣沒有流動(dòng)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)倒流香的煙會(huì)豎直向下，風(fēng)輪靜止，風(fēng)速為0，從而深刻認(rèn)識(shí)到不僅要有冷熱溫差，還必須有空氣流動(dòng)才能形成風(fēng)。

二、改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果分析

在實(shí)際教學(xué)中，我們對(duì)兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。一個(gè)班級(jí)使用傳統(tǒng)教具的實(shí)驗(yàn)方案，另一個(gè)班級(jí)使用改進(jìn)教具后的實(shí)驗(yàn)方案。結(jié)果顯示，使用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案的班級(jí)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)得更加積極主動(dòng)，他們不僅能夠自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，還能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析和討論。同時(shí)能夠清晰地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，準(zhǔn)確描述和解釋這些現(xiàn)象，更加迅速地完成實(shí)驗(yàn)操作，這樣節(jié)約了大量的時(shí)間。這些節(jié)約出來的時(shí)間被用于學(xué)生的思考、討論和交流，使學(xué)生能夠更加深入地理解和掌握科學(xué)知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我們對(duì)兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)教具的班級(jí)學(xué)生在科學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用方面表現(xiàn)得更加出色。這說明實(shí)驗(yàn)教具的優(yōu)化改進(jìn)對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、促進(jìn)學(xué)生的開放性探究和創(chuàng)新能力發(fā)展、提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和學(xué)生的科學(xué)思維能力具有重要的作用。

三、結(jié)語

總的來說，在新課程標(biāo)準(zhǔn)的框架內(nèi)，進(jìn)行小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)需充分考慮學(xué)生的認(rèn)知水平，并嚴(yán)格遵循五個(gè)基本原則。通過使用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，旨在強(qiáng)化學(xué)生的證據(jù)收集意識(shí)，激發(fā)他們的理性思考，促進(jìn)科學(xué)概念的理解與應(yīng)用，進(jìn)而幫助學(xué)生更深刻地掌握科學(xué)原理。這樣的教學(xué)方法能夠使科學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂更加生動(dòng)活潑，有效提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，豐富他們對(duì)科學(xué)知識(shí)的認(rèn)知，并推動(dòng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面提升。

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