科學實驗改進與創新的實踐

熊高峰

摘 要 科學素養的培養離不開科學探究，故作為科學探究主要過程和重要方法的科學實驗，受到越來越多科學教育者的重視。小學科學以實驗探究為教學的基本手段，探究式學習是學生學習科學的重要方式。

關鍵詞 實驗材料 實驗教具 實驗設計

中圖分類號：G623.7文獻標識碼：A

小學生對新事物具有強烈的好奇心與求知欲，小學時期是培養科學素養的黃金時期。科學素養的培養離不開科學探究，故作為科學探究主要過程和重要方法的科學實驗，受到越來越多科學教育者的重視。作為小學科學教育的一線教師，結合本人教學中的幾個案例，闡述對科學實驗改進與創新的實踐的幾點思考。

1實驗材料創新——化抽象為直觀

材料是科學實驗的必要條件，但在教學中經常出現教師準備的材料在實驗中并不適用的情況，有時現象不明顯達不到實驗的目的，有時甚至還會產生“偽現象”。小學生的思維特點以直觀形象為主，一些抽象的實驗現象難以在實驗中直接觀察，需要借助更為科學有效的實驗材料幫助學生進行觀察、思考。因此實驗前教師要預先根據學情研究教材，細心考慮實驗過程的每一個環節，精選有利于實驗的好材料。以《熱是怎樣傳遞的》一課為例。教材中安排了三個探究實驗：（1）用手觸摸一端浸在熱水中的金屬棒;（2）酒精燈加熱掛有蠟粘火柴的鐵絲;（3）從不同位置加熱涂蠟的金屬圓盤。教師引導學生通過觀察火柴下落的順序和加熱后的熔蠟變化，推斷熱傳導的過程和方向。教材在實驗材料的選擇上已經給我們提出了思路——將抽象現象通過實驗材料的改進轉化成容易觀察到的直觀現象。但用蠟粘貼火柴耗時費力，不易取換、調整，實驗方案單一。針對這個不足，筆者把火柴換成大小相等的蠟燭環，將鐵絲換成金屬棒，將蠟燭環等距離套在金屬棒上，這樣蠟燭環取換、調整方便，學生可以自主設計不同的實驗方案，實驗中蠟燭環掉落的次序也更為明顯。實驗3中由于蠟是半透明物質，加熱融化后的現象并不明顯，效果不佳，筆者則用變溫油墨來代替蠟，加熱后油墨顏色變化明顯，方便學生進行觀察和思考。

2實驗教具創新——化模糊為清晰

小學科學以實驗探究為教學的基本手段，但實驗室中的實驗器材有限，有時并不適合當地的學情和地域特點。要想達成教學目標，教師還得根據實驗探究的重難點，結合實際學情，對實驗教具進行創新改進，以便放大實驗現象，增強對比性，提高實驗效率。以《金屬熱脹冷縮嗎》一課為例，金屬的熱脹冷縮是個細微的變化現象，用肉眼幾乎觀察不到，因此需要借助其他實驗器材把這種微小的變化放大。教學時筆者對實驗教具進行了改進，做一個串聯電路，電路里面連接小燈泡、開關、電池盒，電路的一端連接金屬夾子，另一端連接金屬棒，分別固定在兩個相對的支架上，再將以上實驗設備集成在一塊固定板上，一個“金屬膨脹和收縮試驗臺”就準備就緒了。把要檢測的金屬條用金屬夾子夾緊，調整金屬棒與金屬條之間的距離（為保證實驗效率要盡量靠近），用酒精燈加熱金屬條。當金屬條受熱膨脹到一定程度時，接觸到另一端的金屬棒，電路被接通，小燈泡亮起來。移開熱源后金屬條慢慢冷縮，當夠不到金屬棒時，電路斷開，小燈泡熄滅。用鐵條、銅條、鋁條重復實驗，都可以觀察到相同的實驗現象。這樣的改進把金屬熱脹冷縮這種不容易觀察到的細微現象轉換成了容易觀察的光現象，同時可以檢測多種金屬材料的熱脹冷縮，保證了科學實驗的嚴謹性，增加了實驗的趣味性與探究性，滲透了創新教育。

3實驗設計創新——化驗證為探究

探究式學習是學生學習科學的重要方式。但部分科學教師受到一些主客觀因素的影響，追求“省事”和“高效”，對實驗過程進行簡略化處理，直接對實驗結果進行驗證，甚至直接告訴學生實驗結論，忽略了實驗的探究性過程。死記硬背和被動接受學習并不能有效培養學生的科學素養，只有讓學生主動參與實驗，經歷探究過程，才能促進其形成探索未知世界所必需的各種能力。教科版小學科學三年級下冊《磁鐵的兩極》（下文稱“課1”）與《磁極的相互作用》（下文稱“課2”）是前后相連的兩課。這樣的課程安排把一個完整的知識塊進行割據分布，表面上看起來降低了學生的探究難度，實際上卻對學生的認知規律造成干擾，到學習課2時學生的探究興趣和熱情已經大打折扣。于是筆者對實驗的流程進行了調整：將課1中“磁鐵什么地方磁力大”的實驗后置到該單元第5課《磁力大小會變化嗎》里，課2的“磁極與方向”的實驗后置到第6課時《指南針》里，而將課1與課2整合為“磁鐵的兩極及相互作用”，使課程更具有連貫性，形成相對完整的知識塊，方便教師與學生探究時“盡其理，究其難”。實驗設計筆者也做了改進：用“磁懸浮魔環”實驗作為整節課的開始，激發學生興趣后引出問題，讓學生進行大膽猜想;然后運用未標識的磁鐵進行實驗探究，使學生認識磁鐵兩極;再對磁鐵兩極的相互作用進行實驗探究，得出磁鐵性質。這樣設計，學生的興趣被有效激發，學生能夠積極主動地參與探究實驗，充分體驗到科學探索的樂趣，教學流程也更加順暢，顯著提高了教學效率。

4實驗環境改進——化低效為高效

教科版五年級上冊第二單元《怎樣得到更多的光和熱》一課，要求學生在陽光下通過觀察不同顏色紙袋中溫度計的升溫情況，分析不同顏色的物體對熱的吸收本領的不同。本實驗的不足在于：容易受天氣的影響;學生要在陽光下長時間觀察記錄，還要控制不同變量，不能遮住陽光，這對五年級的學生來說難度極大;室外教學活動，學生組織困難，實驗效率低下。為避免以上實驗中的不足，順利達成教學目標，筆者對實驗進行了改進與創新：用電子溫度計代替水銀溫度計，用彩砂代替紙袋，將電子溫度計放入試管相同位置，試管中分別裝入不同顏色的彩砂，試管口用玻璃膠密封;采用發光發熱性能好的白熾燈泡連接充電電池、開關，做一個標準化實驗平臺。小燈泡外加一層磨砂燈罩，既能避免光線照射眼睛，又能盡量使小燈泡發光發熱均勻，有效模擬太陽光的照射。實驗時，學生根據探究的問題自行選擇相應變量的試管進行實驗，這樣就把實驗從室外搬入室內進行，排除了天氣及室外其他因素的影響。改進后的實驗器材可以同時滿足室內與室外實驗的需求，降低了操作難度，有效突破教學難點，顯著提高了實驗效率，幫助學生把更多的時間與精力集中到觀察、記錄與思考上來。綜上所述，教師根據實際情況對實驗進行改進和創新，為學生營造寬松的學習環境，使學生的主體性地位得以突出，科學探究的興趣得到有效激發，不僅能提高科學實驗的教學效率，還提升了學生探究科學知識的能力，促進了學生科學素養的形成。