小學科學低成本實驗的開發*

陳容斌

摘 要?? ?實驗教學是小學科學教學的重要組成部分，低成本實驗能解決部分實驗器材短缺、實驗設計不夠合理、實驗裝置繁雜等問題。教師充分開發低成本實驗，有利于均衡城鄉實驗資源，提升實驗教師科學素養，拉近科學與生活的距離，增強學生的節儉意識，培養學生創新思維能力，打造高智慧的科學課堂。

關鍵詞? 科學教學 低成本實驗

《義務教育小學科學課程標準》指出：“小學科學課程是以培養學生科學素養為宗旨，教師要把探究活動作為學生學習科學的重要方式，強調從學生熟悉的日常生活出發，通過學生親身經歷動手動腦等實踐活動，獲取科學知識、領悟科學精神、學習科學方法。”[1]小學科學是一門以觀察與實驗為基礎、以探究為核心的實踐性課程，學生親歷探究的各種活動需要有結構的材料做支撐。然而，現行教科版科學教材中的部分實驗由于器材短缺、實驗設計不夠合理、實驗裝置復雜等，導致一些實驗難以操作，實驗現象不明顯，實驗教學目標無法達成。筆者通過長期的教學實踐，深刻認識到生活中的小物品、廢棄物品、小玩具、食物資源等低成本實驗資源，具有價廉、親切、簡單明了等優點。教師充分開發低成本實驗，定能均衡城鄉實驗資源，提升實驗教師科學素養，拉近科學與生活的距離，增強學生的節儉意識，培養學生創新思維能力。下面，筆者結合教學實踐，談談開發低成本實驗的一些具體做法。

一、巧用廢棄物品改進實驗裝置，讓探究效果更凸顯

兵馬未動，糧草先行。類比小學科學教學，則是科學探究，材料先行。材料選對了，就相當于實驗成功了一半。在現有教科版科學教材中，仍有部分實驗因材料選擇不當、實驗裝置不夠合理，導致探究效率低。教師可以巧用生活中的廢舊器材或廢棄物品，經過替換或加工改造，使之成為很好的實驗器材。這樣不但可以變廢為寶，而且增強了學生環保意識。如筆者在教學教科版《科學》五年級下冊“下沉的物體在水中會受到水的浮力嗎”一課，本課實驗教學重點內容是：“設計實驗驗證下沉物體在水中受到浮力的作用，用測力計測量下沉物體受到的浮力大小。”原教材實驗材料選用一個鉤碼、測力計、水槽，實驗方法是先測量一個鉤碼在空氣中受到的重力，再測量鉤碼小部分浸入水中、大部分浸入水中、全部浸入水中時受到的重力，最后計算鉤碼在水中受到的浮力大小。在實驗過程中，筆者發現大部分同學對同一個鉤碼在水中分層次浸入的程度把握不準，且鉤碼放入水中時測力計的指針僅上升一點點，學生讀取數據困難。如何解決此難題？筆者因地制宜，發動每組學生收集大的飲料瓶，剪去頂部后裝水替換水槽，利用廢棄電池替代鉤碼，將三節電池用透明膠綁成條狀看作一個整體，浸入大飲料瓶中一節表示“小部分浸入”，浸入大飲料瓶中兩節表示“大部分浸入”，浸入大飲料瓶中三節表示“全部浸入”，這種簡易裝置操作起來有三點好處：一是電池分層浸入水中的位置更明晰，二是不同節數的電池浸入水中受到的浮力相差較大，對比性更強;三是將水槽替換為大飲料瓶，有利于電池浸入水中不碰底，實驗準確率更高。像上述廢棄電池、飲料瓶隨手可得，巧妙利用后有效解決了實驗難題，這種實驗裝置簡潔、操作簡便、原理簡明，探究效果更凸顯。

二、借助食物資源填補教材實驗空白，讓探究結果可視化

現行教科版科學教材中存在部分實驗空白，主要表現在如下兩個方面：一是實驗內容空白，需通過實驗建構科學概念，而教材并沒有安排實驗;二是實驗器材空白，一些實驗內容教材雖有呈現，但缺乏專用的實驗器材，實驗操作繁瑣，所以實驗效果不佳[2]。在教學中，筆者嘗試借助食物資源填補教材實驗空白，收到了良好的教學效果。如教科版《科學》六年級上冊“電能和能量”一課，“認識不同形式的能量間也能夠轉換”是本課的難點，但教材只是蜻蜓點水地提到：用兩手互相摩擦和反復彎折一段鐵絲有什么感覺？在這些過程中，能量是怎樣轉換的？ 筆者認為這兩個小體驗活動僅僅局限于學生的感受，感覺到發熱，就判定是機械能轉換成熱能，這是淺層的、隱性的感性認識，未能上升到理性認識。于是，筆者借助“燃燒花生米給水加熱探究能量的轉換過程”。首先，教師出示一粒花生米，問學生：“花生米中含有能量嗎？”學生意見產生分歧，那么，如何通過實驗證明花生米中是否含有能量，如果有，其能量又是如何轉換的？接著，教師通過課件呈現輔助器材：燒杯、鐵架臺、石棉網、40毫升的水、溫度計、夾子、花生米、回形針、火柴、酒精燈，分發實驗導學單，小組討論、設計實驗方案，學生形成共識：燃燒花生米加熱燒杯中的水，觀察杯中水溫的變化，進而分析花生米中的能量是如何轉換的。緊接著，教師出示實驗器材，學生組裝裝置。具體操作方法：

1.用溫度計測量燒杯中水溫，記錄數據。

2.將石棉網放在鐵架臺的套圈內，燒杯放在石棉網上，懸掛溫度計，插入燒杯中。

3.回形針插入花生米，夾子夾住。

4.酒精燈點燃花生米，放入石棉網下加熱。（盡量用外焰加熱）

5.直到花生米完全燃燒后，再測水溫，并記錄。

教師巡視指導，學生實驗時既分工又合作，有的同學在認真觀察現象，有的同學負責記錄數據，有的同學用手機拍攝實驗過程……短短幾分鐘，學生驚奇地發現：花生米燃燒后顏色變黑、發光、發熱、冒煙，同時杯中的水溫在不斷上升。教師整理各組實驗數據，匯總如表1。

教師引導學生橫向分析表中數據發現：水溫的確上升了，那是因為花生米燃燒后釋放出一定的熱量;再縱向分析各組數據，教師追問：“各組水溫升高情況有所不同，這又是為什么？”學生暢所欲言：“因為花生米燃燒后發生了化學變化，釋放出的一部分能量轉換成了光能，一部分能量轉換成了熱能，水吸收的熱量只是其中一部分。”教師進一步引導學生觀察、比較、分析最后一列數據，從而得出：水吸收的熱量源于花生米燃燒釋放出的化學能，再轉換成熱能。其實，一粒花生米燃燒釋放出的能量遠不止這些。

生活中一粒小小花生米不但有食用價值，還可以發揮實驗教學的功能與價值，讓深不可測的能量轉換過程淋漓盡致地展現在科學課堂，讓學生探究過程走向深入，探究結果可視化。

三、自制教具學具創新實驗方法，讓探究活動更接地氣

《義務教育小學科學課程標準》中關于教具學具的開發建議：學生身邊易獲取、成本低的材料是科學探究的首選學具，鼓勵教師收集和自制教具，為學生的探究活動提供物質條件[1]。筆者認為自制教具學具要做到：材料簡單易找、結構設計巧妙、操作簡潔高效，這樣有利于學生正確建構科學概念，有利于學生發展科學探究能力。筆者曾執教教科版《科學》四年級上冊“運動起來會怎樣（一）”一課，教學內容繁多、知識零碎。筆者本著為課堂瘦身的考慮，對原有教材進行取舍、整合，著重探究“運動與呼吸的關系”，針對“運動后氣體發生了什么變化”這一環節，教材安排了兩次活動，一是反復呼吸一袋空氣，體驗氣體發生了什么變化;二是實驗驗證氣體確實發生了變化，采用三個瓶子分別收集新鮮的空氣、呼吸一次的空氣和呼吸多次的空氣進行對比，呼吸多次的氣體運用了排水取氣法進行收集。

結合四年級學生的認知水平，排水取氣法操作困難、步驟復雜、屬于中學教授內容。為此，筆者采用三年級學過“空氣占據空間的原理”收集呼出的氣體，選用某品牌卵白蛋白瓶子、吸管、竹簽，經過加工，制作簡易教具。具體操作方法如下：

1.收集一瓶吸進的氣體，也就是空氣，先在 1號空瓶子中裝滿水，再將水全部倒到廢水盒，塞緊橡膠塞。

2.收集一瓶呼出的氣體，可用氣體占據空間的原理，在2號瓶子中裝滿水，塞緊橡膠塞，靠近廢水盒旁，兩手壓住橡膠塞，用嘴對準豎直的一根吸管吹氣，水會沿另一根彎的吸管排到廢水盒里，反復吹氣，直到瓶中的水排干為止，蓋上橡膠塞。

3.用打火機點燃兩根竹簽，同時打開瓶蓋，分別放入瓶子，不能將竹簽碰到瓶底或瓶壁。

4.仔細觀察現象，并記錄。

5.實驗完畢，將燃燒后的竹簽放入易拉罐中。

6.反復實驗三次，對比分析實驗現象，得出結論。

學生通過多次實驗現象發現：燃燒的竹簽放入2號呼出氣體的瓶子中，總是先熄滅，從而驗證了“吸進氣體與呼出氣體的含量是不一樣的”。這種教具取材于生活，使學生明白科學就在身邊，科學與日常生活緊密相連[3]，使用此教具開展探究活動很接地氣。

上述教具還可發揮多種功能，如不用橡膠塞的瓶子，瓶口塞個氣球，放進熱水或冷水杯中，可以探究“氣體的熱脹冷縮性質”;在橡膠塞中間鉆個小孔，插入一根直的吸管，再裝滿水（或酒精、食用油等），同樣放進熱水或冷水杯中，可以探究“液體的熱脹冷縮”。生活中司空見慣的小物品搖身一變，就能成為有創意的教具學具，從而締造出趣味十足、探究味濃濃的科學課堂。我們缺少的不是資源，而是發現資源的眼睛和設計實驗的智慧。低成本實驗資源開發的途徑、方法多種多樣，關鍵在于設計者是否具有創新意識和思想[4]。

實驗是科學學習的靈魂，是點燃學生學習興趣的最佳載體。教師要用愛心、慧眼，妙手開發低成本實驗，遵循科學性、目的性、簡易性、直觀性、安全性、可視性、趣味性、創造性等原則，以低成本實驗引路，以深探究護航，演繹高智慧科學課堂，成就高智慧學生。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準 [S].北京：北京師范大學出版社，2017.

[2] 王棟梁，錢亞飛.巧用廢舊物品填補教材中的實驗空白 [J].中學化學教學參考，2016（11）.

[3] 周振華，陳新輝.開發小學科學教學具的策略分析 [J].湖北教育：科學課，2019（06）.

[4] 郭衛東.巧用身邊之物設計奇妙的物理實驗[J].福建教育，2009（04）.

[責任編輯：陳國慶]