精于設計 巧在改進

滕俊玲

小學生學習科學的過程，常常是從觀察現象、動手實驗出發，經過形象思維和抽象思維形成概念、規律，然后再回到實踐中去進行檢驗和展開的，是一個“實驗——認識——再實踐——再認識”的過程。在以“探究”為主要學習方式的科學學習中，實驗具有無可替代的重要作用。一個好的實驗設計具有幫助學生直觀清晰的觀察到現象，揭示實驗所蘊含的科學道理，從而建立科學概念，提高實驗能力，發展科學思維，培養科學素養的作用。反之，一個不合理不適切的實驗設計不僅不能發揮其原有的作用，甚至會給教學帶來負面的影響。

然而，在實際教學中我們經常會碰到許多“尷尬”的現象，從而導致實驗教學無法順利進行的后果。如：學生配套的實驗包先天不足不可操作；實驗設計復雜難以實施；實驗抽象難以直觀等等。面對這些問題，貴在“精”與“巧”。教師應當精心設計，巧妙地對實驗適時、適地、適當地進行改進，從而保證科學實驗高效地開展。

一、化偶然為必然

一切科學都來自實踐，都是從科學實驗和生產實踐中總結發展起來的，小學科學也不例外。然而教材中的一些實驗，學生操作時成功率不高，使得實驗的成功很大程度上具有一定的“偶然性”，這樣的結果不僅僅是浪費教師學生的精力和寶貴的時間，更可怕的是挫傷了學生科學探究的積極性，無法獲得可靠的事實與依據。

教科版小學科學五年級下冊《熱》單元第6課《熱是怎樣傳遞的》有兩個活動：熱在金屬條中的傳遞；熱在金屬片中的傳遞。通過實驗讓學生感知熱是怎樣傳遞的，明白熱總是從較熱的一端傳向較冷的一端。

教材中的實驗要求在一段鐵絲上每隔一定距離用蠟粘上一根火柴，將鐵絲固定在鐵架臺上，火柴都向下懸掛，用酒精燈給鐵絲的一段加熱。觀察哪端的火柴先掉下來？

根據教材的要求，課前我和學生用蠟進行了嘗試。花了不少的時間才把火柴粘在鐵絲上。一上課學生就反映粘不牢，許多火柴棒都掉了，實驗現象無法觀察。這么簡單的實驗為什么會不成功呢？通過觀察，我發現問題出在蠟油上。我們都知道蠟燭燃燒時流下的蠟會在桌上凝固，由于蠟先要熔化成液體，然后滴在鐵絲上，再往上粘火柴。但蠟的凝固時間快，且熔化后粘性不大，因此成功的不多。

在思考用什么來代替蠟油時，我無意中發現了燒菜用的豬油。豬油凝固后就具有粘性，相比蠟油要先加熱變成液體凝固后再粘火柴棒更加簡便，而且豬油受熱熔化快，實驗所需時間短，現象又明顯。后來我又將火柴棒改為乒乓球，粘在鐵條上，這樣接觸面大，比鐵絲更容易粘貼。實驗中學生能親眼觀察到豬油受熱慢慢熔化，隨后乒乓球掉落的過程，現象非常明顯。改進后，教學中每個小組實驗都取得了成功。后來，也有老師在教學中采用修自行車的黃油、凡士林等替代蠟油，也取得了好的效果。

科學實驗只有獲得可靠的事實與依據，學生才會對科學產生興趣，并據此主動的進行科學探究活動。因此，對于一些只能“偶然”成功的實驗，教師應重新進行設計和改進，化“偶然”為“必然”。

二、化復雜為簡單

為了追求最佳的教學效果，我們看到很多老師在實驗中花盡了心思，在材料上也是不斷地推陳出新，以求最大的效益。因而教師準備的材料越來越多，也越來越“新”、“奇”，背離了實驗的初衷。我們的對策是在實驗中適當地運用減法，化“繁”為“簡”，這樣做反而取得意想不到的的效果。

教科版六上第一單元第四課《輪軸的秘密》的教學時，我們往往采用的都是螺絲刀來做實驗。為了研究輪越大越省力的問題，有的老師自制了類似“喇叭”的教具（前端小、后端大，并且前端剛好能夠套住螺絲刀的刀柄），不僅準備時不方便、花錢多，而且有一個重要的問題：那就是由于這一材料前端的口徑是固定的，螺絲刀刀柄的大小必須統一，那么教師還要另外為學生準備好配套的螺絲刀。而另一位教師只是給學生準備了一塊毛巾，讓學生把毛巾裹在螺絲刀的刀柄上，增加了輪的直徑，學生就在實驗中感受到了“輪越大越省力”。

前一位教師對教學不可謂不用心，在材料的改進上花費了大心思。然而這樣的效果只要一條普普通通的毛巾就能達到了，何不化復雜為簡單，為教師、為教學減負呢？

同樣可以化復雜為簡單的還有教科版小學科學五年級下冊《沉和浮》單元第6課《下沉的物體會受到水的浮力嗎》一課，第一個實驗讓學生設計下沉的物體受到水的浮力的大小，要求測出這個物體小部分浸入水中、大部分浸入水中和全部浸入水中時受到的浮力大小。

實際教學中，如果按教材要求進行操作，問題紛至沓來，有的小組不知道“重物怎樣算小部分浸入，大部分浸入”，有的小組反映“測力計的指針只上升了一點點不能讀數”等問題。原因何在？實驗中我們一般提供的重物是鉤碼。實驗用的鉤碼質量為50克，重力約是0.5牛頓，它在水中受到的浮力約是0.1牛頓，而學生用的測力計的最小刻度一般是0.1牛頓。由于鉤碼高度小，要使一個鉤碼在水中分幾個層次浸入，學生不易把握，且數據在測力計上也很難反映出來，原因在于這個變化在最小刻度0.1牛頓以下。

后來，我把三個干電池用透明膠帶綁成條狀（如圖）。讓學生把三個干電池看作是一個整體，明確一個浸入水中為“小部分浸入”，兩個為“大部分浸人”，三個浸入水中為“全部浸入”。這樣，學生容易把握浸入水中的干電池數，且每浸入水中一個干電池就有了0.45牛的浮力變化，數據大效果明顯。三次實驗以后，學生通過數據的觀察與分析后，很輕松地找出了水中物體浮力大小變化的規律。

所以，化“繁”為“簡”，把復雜的事情做簡單，是教師在準確把握教材的基礎上追求“簡約”課堂的手段，更是教師智慧的體現。

三、化抽象為直觀

心理學家魯賓斯坦指出：“任何思維，不論是多么抽象和多么理論的，都是從分析材料開始……”教師可以放手讓學生自己去發現規律、總結法則，但在這過程中必須提供豐富具體的物質載體，作為學生分析、綜合、比較、抽象、概括的例證。小學生的思維正處于從具體形象思維向抽象邏輯思維的過渡中，但仍以具體形象思維為主。因此，在教學中，我們應給學生提供足夠的有結構的材料，獲取具體直觀的實驗事實，從而讓學生進行有效的科學探究。

在《光是怎樣傳播的》一課中，教材中安排的實驗是用三張在同一位置打孔

的紙片，排成一排，在后面放一張沒有打孔的白紙做屏，用手電筒照射，觀察光的傳播路線。實際教學中，學生能看到三個小孔在一條直線上的紙屏上會出現光點，而沒有在一條直線上的紙屏上不會出現光點。由“光點”得出“直線”，僅憑這些現象就說“光是沿直線傳播的”對學生來說比較抽象也比較牽強。

如何改進？在一次教學展示課上，有位教師設計的實驗有了重大的突破。首先教師將打孔的紙片改為紗網。相比紙片只在最后的屏上留下光點，紗網則每張上都留下了光點。用眼睛看學生發現這些光點似乎在同一條直線上。接著教師又給每個組增加了一些紗網，紗網之間的距離變近了，更多更密集的光點通過觀察可以發現幾乎都是在一條直線上。最后教師利用課件展示如果有更多的紗網和更多的光點，把它們連起來，就形成了一條直線。從而學生很直觀地看到“光是沿直線傳播的”。接著教師又提供了第二組材料——塑料水管。塑料水管可改變彎曲度，能任意將其變成直管和彎管。學生通過實驗發現直管時光能通過管子照射到下面，變成彎管時則不能照射過去，從而進一步深化了“光是沿直線傳播的”這一概念。

《光的傳播》一課，一直是教學中的難點，因為光的傳播路線看不到，對學生來說太抽象了。教師通過對實驗的改進，讓抽象的現象變得直觀，突破了教學難點，從而幫助學生從簡明具體的現象與事實中清晰地建構了科學概念。

四、化隱性為顯性

在教學中有的實驗現象不明顯或變化不大，學生在觀察時很容易忽視。這種情況下如何將隱性的現象轉變為顯性的現象就顯得尤為重要。

如，五下《熱》單元第5課《金屬熱脹冷縮嗎》一課中，觀察“鋼條受熱后的變化”這一實驗。做下水實驗時發現這一實驗存在這樣一些問題：1、30厘米長的鋼條加熱后變長變粗所需的時間很長，課堂40分鐘花不起；2、在鋼條未加熱一端釘上大頭針，鋼條受熱膨脹后將大頭針擠歪，效果不明顯，大頭針太緊擠不動；太松本身容易歪。

針對這些問題，我們教研組的老師對實驗進行了改進：用鋁片代替鋼條，把兩塊鋁片連接進電路，鋁片之間留有一條縫隙。給鋁片加熱時，鋁片受熱后向四周膨脹，縫隙消失，接通電路，燈泡亮；加熱停止后，鋁片遇冷收縮，縫隙出現，電路斷開，燈泡滅。因為鋁片的傳熱比鋼條快，既節省了時間也讓實驗現象變得更加明顯。

在小學科學課中，許多現象都是隱性的，如熱傳遞、熱脹冷縮、電流、溫度等等，如何將這些隱性的現象顯性化，從而讓學生從顯性的現象中獲取事實，解釋事實，這就需要憑借教師的聰明與智慧了。

五、化分散為集中

學生進行科學探究需要保證足夠的探究時間。然而教材中有的內容一課時要

進行好幾個實驗，這樣很容易將探究的時間與學生思維割裂開來，不利于學生進行有效的探究。這時教師就可以根據內容化分散為集中，適時整合實驗，保證探究的時間和探究中學生思維的延續性，從而提高探究的效率。

四上《溶解》單元第1課中要求過濾食鹽、沙、面粉三種液體。如果每個小組都進行過濾的話時間來不及，器材一大堆，又擔心材料過多反而影響了學生的探究；如果每個組只對一種溶液進行過濾的實驗，學生不能觀察到三種溶液過濾后的現象，不利于“溶解”這一概念的建構，而且從情感上來說學生總會覺得有點遺憾。

實際教學中，我把三個過濾漏斗組裝在一個鐵架臺上（如圖），每個組都同時對食鹽、面粉、沙的水溶液進行過濾。通過這一改進，每個學生都能親手進行過濾實驗的操作，同時對三種液體進行過濾，又節省了時間。學生在過濾結束后通過觀察三張濾紙很明確地得出了面粉像沙子一樣被留在了濾紙上，所以是不能溶解在水中的結論，同時進一步完善了“溶解”的概念：溶解了的物質是不能用過濾的方法分離出來的。

類似實驗分散的內容還有《怎樣得到更多的光和熱》一課中分別對不同顏色的紙袋測試溫度，并對不同擺放方式的紙袋測試溫度的高低等，教師都可以進行整合。

某些實驗的集中與整合，不僅使實驗的過程簡明簡約了，更重要的是學生在實驗中的思維路徑清晰了。這樣做，有利于學生科學思維能力的培養與發展。

結束語

實驗是小學科學的基礎，實驗教學有利于激發學生的興趣，培養學生的動手能力，又能幫助學生建構科學概念，掌握科學研究的基本過程，形成科學的思維方法。然而只有在科學實驗的成功開展下，學生才會對科學產生興趣，從而主動的進行科學探究活動。因此教師要在教學中精于設計，巧在改進，這一預設小學科學實驗的雙刃劍，將極大地提高小學科學實驗的開展與效率。

【參考文獻】

[1]《科學（3—6年級）課程標準》（實驗稿） 北京師范大學出版社 2002.4

[2]《小學科學教師專業能力必修》 喻伯軍 西南師范大學出版社 2013.6