科學實驗中有結構材料的使用

有結構的材料就是指各個材料之間、材料與教學內容和教學目標之間具有緊密的聯系，這樣的材料叫做具有嚴密結構的材料，簡稱“有結構的材料”。近年來，越來越多的教師重視為孩子提供有結構的材料，通過讓學生操作“有結構的材料”來收集事實、整理事實，在這個基礎上形成概念、探求規律。但是我們在科學課上還是看到了普通存在的材料選擇和控制上的誤區。如材料越多越好，材料之間缺乏結構性；所有材料一起呈現，材料的時效性不能突出。如何有效地使用有結構的材料呢？

一、層次化有序地呈現材料，促進學生思維的精度

材料的種類和組合以及交給孩子們的次序就是材料的一種結構，充分發揮材料的結構性，控制好材料的出示次序，能夠促進學生思維的精度。

在教學《巖石會改變模樣嗎》一課時，第一個班我直接讓學生用砂巖做流水沖刷的模擬實驗，實驗現象很明顯，但在交流匯報時只是實驗現象的重復，學生的思維停滯在表面，難以更加深入地思考，更談不是精確的思考了。第二個班教學時，我改變了材料，選擇了花崗巖、砂巖這樣一組結構性強的材料，其過程就豐滿多了。

師：你覺得花崗巖在水流的作用下發生了變化嗎？

生：沒有，我們發現水流沖刷后的花崗巖和沖刷前的一樣。

生：花崗巖發生了變化，只是變化很小，不明顯。因為我們小組發現瓶中的水一開始是清澈的，經過沖刷后瓶中的水有些渾濁。

師：這個發現很重要，所有小組都觀察一下，看看他的描述是否真實。

（學生再次觀察）

師：花崗巖的確發生了細微的變化，我們怎樣做才能使實驗現象明顯些呢？

生：實驗的時間長點。

生：花崗巖太堅硬了，沒有十年八年看不出來明顯的變化的，可以換個沒花崗巖這么硬的石頭。

生：在瓶子中多放幾塊不這么硬的石頭，因為石頭多了，石頭之間也在磨擦，效果會更明顯。

師：老師這里有比花崗巖軟很多的砂巖，小組長來領去，請同學生根據剛才討論的實驗方法再次實驗。

（學生實驗）

師：哪個小組愿意把第二次實驗現象和兩次實驗后的感受與大家交流一下。

生：我們發現水流沖刷后的砂巖明顯小了很多，這說明砂巖在水流沖刷下發現了明顯的變化。這兩次實驗讓我們感受到自然界中巖石的風化有快有慢，因為巖石的硬度不同。

生：我們的實驗現象和他們一樣。這兩次實驗讓我們想到大自然的山巖有不同的外形，一方面是風化的結果，另一方面也因為巖石的特性不同。

之所以有這樣不同的結果，是因為花崗巖實驗的現象不明顯，促使了學生去思考更換實驗的材料；而兩次模擬實驗的操作，學生有了深刻的體驗和對比。在這時材料的有序呈現，體現了很強的結構性，學生的思維也對材料的操作、觀察而發展。

二、主材料輔材料有機結合，提高探究活動的深度

科學課中的材料有主要材料和輔助材料之分。如《觀察我們的身體》一課中，“我們的身體”是主要材料，其他的可以作為輔助材料。

輔助材料根 據其性質，可以分為工具與非工具材料；根據材料是否現成，可以分為準備材料和已有材料；根據材料的特點，可以分為圖文材料和實物材料；根據材料的價值，可以分為有關材料和無關材料。常用到的放大鏡、直尺等，可以讓學生自己準備，放在工具包時，每節課都帶來，教師就可以省下很多時間。課堂中要盡可能多地利用一些現成的材料，如自己的身體、文具、課桌等。圖文資料可以讓學生在課外收集。無關材料可以用，但不必太多。

材料不夠典型，沒有結構，也會影響教學效果。

如《物體在水中是沉還是浮》一課，教師主要為學生準備三份材料：第一份是不控制無關變量的一組生活材料，主要引發學生對原有認識的沖突；第二份及第三份均是控制無關變量的探究活動材料。從生活中的材料到實驗用的材料，從不控制變量到控制變量，這就是材料的結構。每一份材料都應具有典型性，否則會妨礙學生思維的發展。

沉浮實驗中，學生探究物體大小、輕重影響物體沉浮的兩組材料，一是體積相同、輕重不同的鋁、鐵、塑料和木頭圓柱體；二是體積相同、輕重不同的綠、紅、黃、紫和咖啡色圓球。

有的老師在教學時選用了材料一，學生回答：“我們認為物體的沉浮跟物體的輕重有關，重上些的沉下去?！薄拔覀儾煌猓覀冋J為，是材料不同沉浮就不同?！薄叭绻F塊里面有空氣，它就會變輕，就會浮起來。”“因為物體的密度不同……”導致這樣的結果是因為第一組材料除了控制體積相同、輕重不同的兩個變量，還存在一個不同材質的變量，對學生來說，研究物體沉浮時，物體的材質比體積大小產生的影響更大，導致部分學生最終還是認為物體的沉浮與物體的材料有關。這樣的一組材料，顯然并不適宜作為小學生探究物體沉浮的材料。

第二組材料除了控制體積相同、輕重不同的兩個變量，還存在一個不同顏色的變量。研究物體沉浮時，學生是不會把物體的顏色與物體的輕重沉浮聯系起來，即顏色這一變量不會干擾學生對物體沉浮的思維發展，是較理想的材料。

可見，若能為學生提供適合探究的典型的、有結構的材料，學生的探究就會事并功倍。

三、在材料的隱藏和呈現中，把握實驗探究的梯度

材料本身代表著教師的指導性思維：材料出示的順序隱喻著思維層次性，材料的典型性暗示材料和概念之間的關聯性。所以，教師在準備材料時，要思考我們怎么用材料去駕馭孩子的思維。一些優秀的科學教師上課，整堂課不需要維持紀律，學生的探究活動有條不紊，該動手時就動手，該停就停。我常常感嘆他們高超的課堂駕馭能力，他們有什么秘密武器呢？其中一項秘密武器就是通過材料來調控學生裝的探究活動。

如有老師上《熱氣球》一課。課前，每張實驗桌上放了塑料袋、蠟燭、回形針等，就是沒有火柴。上課以后，學生只稍稍注意敢一下桌上的材料，就認真地聽課了。直至實驗時，老師才把火柴分給各組，探究活動一結束，各組剛把蠟燭吹滅，老師就把火柴收了起來，避免學生因對火柴的“興趣”而再動手，分散實驗后集中研討的注意力。

而另一位教師在執教《怎樣加快溶解》一課時，每次只給學生兩塊糖，盡管看起來上課時分發材料好幾次，但探究活動循序漸進，避免了不必要的混亂。因為我曾遇到這樣的麻煩：一些小組一下子把所有的糖塊倒入水杯時，或者把所有的糖塊碾碎了，導致后繼的對比實驗無法進行。

很多情況下，我們使用的材料完全一樣，但由于呈現的時間不同，教學效果會大相徑庭。給學生主動支配材料的權利，關鍵在于指導學生自主建構概念，而什么時候呈現材料就是教師駕馭課堂的技巧性問題了。教師不僅要保證每個學生有足以揭示概念意義的關鍵材料，而且教師還要考慮每種材料在學生面前出現的時機和時間，以保證材料出示后應立刻被學生接受，足以引發他們的進一步的探究活動，從而把握活動的梯度。

“材料引起學習，材料引發探究?！笔菍茖W探究和科學材料之間關系的合理表述?？茖W材料在科學課堂教學中占有重要地位，有人說，沒有科學材料，就沒有科學探究。這句話絲毫沒有夸大科學材料在科學探究活動中的作用。而實驗材料的結構性能更加提高材料在科學探究活動中的作用，促進學生的思維，把握活動的梯度。

【作者單位：揚州市江都區宜陵中心小學 江蘇】