小學科學“地球與宇宙”領域中模擬實驗的教學策略

何美惠

（泉州市實驗小學，福建 泉州 362000）

在小學科學“地球與宇宙”領域中，有關現象、事物規律，具有時空的復雜性，常需要通過建構模型、模擬實驗和邏輯推理等方法進行研究。而小學生的空間想象、模型思維、實驗設計和邏輯推理能力比較弱，這些能力是做好模擬實驗所必備的，同時通過有效的模擬實驗教學能促進學生的這些能力的發展。這一領域的模擬實驗教學常存在：材料選取缺乏科學性、忽略實驗設計、類比推理能力的培養等問題。［1］

模擬實驗是根據事物之間的相似性，對于不可能或不允許進行實際實驗的研究對象，運用模擬的方法，設計出模型來，對被研究對象進行研究的一種實驗類型。筆者根據“從原型到模型再到原型”的規律，細化了模擬實驗步驟，思考了模擬實驗教學引導策略，具體見圖1。以《我們來造“環形山”》一課為例談談。

圖1 模擬實驗步驟與教學引導策略

一、感知原型，推測成因

（一）提供資源，獲取更多原型信息

感知原型是模擬實驗的基礎。在一些探究自然現象形成的教學中，讓學生穿越時空經歷歷史或體驗各種自然現象是不切實際的，模擬實驗之前，要盡可能用更合理的途徑讓學生獲得關于研究對象更全面的信息，如可以提供圖片、視頻、實物、文字等，引導孩子對這些材料進行全面的觀察、解讀。對原型了解越深入，模擬實驗設計時細節就能考慮得越周密，模擬實驗就越科學有效。

《我們來造“環形山”》一課，筆者展示宇航員近距離拍攝的月球上環形山的圖片，引導學生全面觀察，不僅讓孩子觀察了解月球上的環形山分布規律：大小不一、深淺不一、數量眾多，還特別引導學生觀察描述環形山的特點：中間凹，四周隆起。為之后推測和形成假說打基礎。

（二）搭建思維“腳手架”，引導科學推測

推測成因是模擬實驗順利完成的階梯。推測是一種重要的思維活動，它是人們在已有知識基礎上，對未知的事物做出一種大膽的猜測。由于“地球與宇宙”的內容比較抽象，在做推測時，可以提供結構化的資料和利用有針對性的語言，為孩子的思維搭建“腳手架”，引導孩子科學推測，培養學生的空間想象能力和邏輯推理能力。

《我們來造“環形山”》一課，在推測環形山的成因環節，引導孩子再次回到環形山的圖片，根據剛才觀察環形山的特點來推測成因。有學生推測：環形山可能是隕石撞擊形成的。筆者追問：你是怎么想到的？讓學生的思維顯性化——是根據環形山的形狀，想到可能是隕石撞擊而成，而且地球上也有隕石坑。筆者又及時運用評價引導學生思維：這位同學是運用聯想的方法，從環形山的形狀想象可能是圓形的東西撞擊而成的，又聯想到地球上的隕石坑，從而推測可能是隕石撞擊。想象、聯想是科學思維方法。緊接著，筆者展示月球上的環形山圖片和地球上的隕石坑的圖片進行對比，讓孩子有更感性的認識。之后又利用月球上的環形山和火山口的對比圖片，引導學生聯想推測火山噴發也可能形成環形山。

二、建構模型，模擬實驗

（一）材料選取注重“相似性”

模擬實驗材料的選擇不當，會直接影響實驗的科學性。模擬實驗材料的選擇必須遵循相似性的原理，模型和研究對象（原型）之間具有相似性、模擬所處的實驗條件與研究對象所處的實驗條件之間具有相似性。

《我們來“造環形山”》一課，“火山噴發說”的實驗材料選擇，筆者引導：可以用什么來模擬巖漿？教材里是用水來模擬巖漿。筆者追問：還可以用什么材料能更像巖漿？實驗現象也更明顯？有同學想到用紅色墨水、番茄醬來模擬巖漿。筆者繼續追問：紅墨水和番茄醬哪個更好？通過交流，大家一致認為用番茄醬更好，更像巖漿。另外，教材中是利用針筒的擠壓作為火山噴發的動力，針筒的力度不夠，且與實際情況是不符合的，可以引導孩子從生活中尋找更符合實際（原型）的材料，通過交流，最后確定采用洗耳球作為“火山噴發”動力的材料，模擬實驗的效果好。

（二）模擬實驗設計體現“自主性”

有些教師認為，模擬實驗比直接實驗更有難度，常直接講解并演示方法，讓學生小組實驗觀察現象。這樣學生根本不清楚實驗的目的，只能按教師的要求去做，沒有任何思維活動，設計實驗的能力無從培養。模擬實驗設計環節是培養學生設計思維的良好途徑，教師可以利用“有層次的問題串”引導學生小組自主合作設計實驗，再全班交流完善方案，真正讓孩子自主設計實驗、設計好實驗。

《我們來“造環形山”》一課“撞擊說”的實驗方案設計，可以利用“怎樣制造大小不同、深淺不同的環形山”“大小不同的球模擬什么”“球的材質要一樣嗎”“球扔下的高度要一樣嗎”等“問題串”引導方案的設計。通過全班交流啟發設計出了多種方案：有用同樣大小的球同一高度輕輕地扔和重重地扔；有用不同重量的球同樣的力度同樣高度扔的……可見兒童的潛力是無限的，教師要充分信任，引導孩子自主設計實驗，培養孩子的實驗設計思維能力。

（三）實驗操作體現“規范性”

在實驗過程中，有些學生沒有規范操作，教師要發揮組織者的作用，在操作前要強調按實驗設計進行操作，在實驗中加強調控，［2］并引導孩子細心觀察做好記錄。《我們來造“環形山”》一課，引導孩子不僅觀察模擬實驗造出的環形山是否大小不一、深淺不一，重點觀察造出的環形山是否跟月球上的環形山外形相似，教師提供手電筒，讓孩子更仔細、更清楚地觀察、對比。

三、回到原型，建構概念

（一）還原思考，類比推理

模擬實驗的目的就是通過對實驗過程與現象的解析，形成概念或建立假說。實驗后教師還必須對模擬實驗進行還原思考，［3］引導學生將模擬實驗的過程和結果轉化到現實研究對象中，讓孩子去類比推理實物變化的過程和結果，也能很好地訓練類比遷移思維能力。

《我們來造“環形山”》一課，引導學生類比分析：同樣大小的球從同一高度輕輕地扔，造出的“環形山”小、淺，用力扔造出的“環形山”大、深，可以解讀為：同樣大小的隕石撞擊月球的速度不同，撞擊力不同，形成的環形山大小深淺就不同等。通過類比分析，學生就不會僅滿足并停留于實驗現象上，還會對環形山的成因進行更深入的思考。

（二）有根有據，建構概念

科學概念的建構是學生的感性認識上升到理性認識的過程。這個建構過程要遵循科學探究的本質——證據意識。教師要引導學生充分運用實驗所收集到的證據，和已有的知識經驗，進行綜合，有根有據地建構概念（假說）。

《我們來造“環形山”》一課，環形山的成因還是未知的領域，建構的是假說。筆者引導學生有依據建立假說：我們組的觀點是“火山噴發說”，依據是實驗收集到的信息，當用力擠壓洗耳球時，也就是火山爆發激烈時和用比較粗的管，也就是火山口比較大時，形成的環形山比較大……在孩子們充分交流后，筆者繼續引發思考：僅依靠今天的實驗證據，能確定月球上環形山的成因？引導大家繼續尋找其他證據，建構自己的假說。

總之，小學科學“地球與宇宙”領域的模擬實驗有其復雜性，不同的教學內容，教學策略可能有差異，細化模擬實驗步驟，在各步驟采取相應的教學引導策略，能培養學生的空間想象、模型思維、實驗設計和邏輯推理等能力，使模擬實驗的教學更有效。

［1］王合建． 小學科學模擬實驗教學的問題及對策［J］． 中小學實驗與裝備， 2017 （1）：31-32．

［2］毛君明． 模擬實驗在“地球與宇宙” 領域中的教學策略［J］． 實驗教學與儀器， 2012 （10）： 52-53．

［3］喬廷強． 模擬實驗要重視類比推理［J］． 湖北教育：科學課，2015（3）：51．