小學科學探究實驗設計策略與實踐

何麗娟

摘? 要 從材料的選擇、實驗教具的創新以及技術的多元融合三個角度闡述小學科學探究實驗的設計策略，以期為小學科學實驗教學提供借鑒和參考。

關鍵詞 小學科學;探究實驗;科學素養;智慧教育

中圖分類號：G623.6? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）09-0117-03

1 前言

懷特海曾經說過，當一個人把在學校學到的知識忘掉，剩下的就是教育。對于小學科學課堂而言，應該給學生留下些什么呢？小學階段是學生手腦協調發育以及腦功能形成的關鍵期。手和腦之間有著千絲萬縷的聯系，手使腦得到發展，使它更明智;腦使手得到發展，使它變成思維的工具和鏡子。

學生學科學離不開實驗，在實驗中他們能檢驗猜想、構建概念、發現規律，還能加深對新知的理解，發展動手、動腦能力，培養實事求是的科學精神。教師應認真選擇實驗材料，創新實驗教具，融合多元技術，提升科學實驗教學的有效性。

2 小學科學探究實驗設計策略與實踐

有效選擇材料，巧解課堂疑惑? 有效的材料選擇能體現出實驗探究的“色”“香”“味”。實驗材料作為學生解決科學問題、獲得科學知識和提高探索能力的基本載體，是學生感受科學與生活的聯系，體驗科學價值的重要資源[1]。

因此，一定要精心選擇和準備材料。

“空氣有質量嗎”一課是新教科版小學科學三年級上冊的內容，教材設計使用杠桿尺對空氣的質量進行測量。筆者在試水課前實驗時發現，無論是自制還是配套的杠桿尺，都會出現一個通病，即由于中間旋轉點的摩擦力過大而導致裝置不能靈敏擺動，這也就意味著無法精確測量空氣的質量。

筆者想到了用天平代替杠桿尺，解決了靈敏度的問題。第一次試教，班內學生討論完實驗方案后開始動手探究（材料：已調平的托盤天平、氣球、打氣筒、綠豆、小夾子）。經過十幾分鐘的探究，大部分小組得出的結論是空氣沒有質量。學生觀察到的現象是無論氣球充氣與否，放在天平上的狀態都不變。怎么會這樣？筆者課后進行多次驗證，發現結果確實如此，左側托盤放置充氣量不同的氣球，天平指針未偏轉（圖1），哪里出了問題？

經過反復思考，筆者終于發現問題出在氣球上：充氣越多，氣球越重，但氣球的體積也越大，所受的浮力也越大。由阿基米德浮力定律F浮=ρ空氣gV排，G空氣=mg=

ρ空氣Vg，且V排=V，得F浮=G空氣，也就是氣球所增加的空氣重力與其所增加的浮力是相同的。所以，空氣重力增加了多少，浮力也隨之增加多少。天平顯示的示數是氣球受到的支持力，即F支=G-F浮（如圖2所示），而已證明氣球增加的空氣重力與之增加的浮力是相同的，所以它們的差值不變，也就是F支的大小是不變的。

天平指針確實不會發生改變，實驗結果沒有錯！那錯在了哪里？再次斟酌實驗材料，氣球皮的大小會隨其中空氣體積的變化而發生改變，實驗需要的是能裝入空氣且隨著它的量的變化而容器自身容積不發生明顯變化的材料。

第二次試教，筆者調整了相關實驗材料（材料：已調平的托盤天平、皮球、打氣筒、綠豆）。此次實驗后，班級內大部分學生都能得出空氣是有質量的這一結論，但仍有個別組出現不同結果。筆者再次反思，發現問題仍然是出在材料上：問題組實驗材料中的皮球外皮非常薄，也就是與氣球的實驗效果較相似。所以在使用皮球作為實驗材料時還要仔細檢查球皮的厚度，當厚度足夠時，才能保證良好的實驗效果。

筆者在試教“橡皮泥在水中的沉浮”一課時，當使用普通橡皮泥放入燒杯中進行實驗時，過不多久橡皮泥就會變稀，導致燒杯里的水變得非常渾濁，這樣的實驗效果顯然是不理想的。后來筆者反復查閱相關資料，發現一種油性橡皮泥，于是對課堂實驗材料進行了更換。改進后的實驗效果明顯，并且在排水量的測量實驗中可以清晰準確地得出實驗數據，保證了課堂實驗的高效性。

實驗材料千萬種，課堂有效第一種。只有不斷對材料進行針對性選擇，才能提升科學課堂教學的有效性。

創新實驗教具，提升課堂效率? “工欲善其事，必先利其器。”小學科學實驗課堂教學也應如此。所謂善其事，指較好地完成小學科學實驗探究;必先利其器，是指必須準備合適的實驗器材，才能夠高效完成科學實驗教學[2]。雖然大部分小學科學實驗室已經配備比較完備的教學器材，但隨著教師教學設計和學生主體的不斷變化，有些儀器并不能完全解決課堂所面臨的問題。這就需要教師根據實際情況創新實驗器材，為科學實驗的成功提供保障，為科學課堂增添生機。

磁是小學科學課程物質科學領域比較重要的一部分內容。“磁鐵有磁性，總是同時存在著兩個不同的磁極。磁極是磁鐵磁性最強的部分。”[3]在日常教學中對于磁鐵磁性的感知更多是基于平面實驗觀察，無論是基于鐵粉盒顯示磁鐵磁性的強弱和分布，還是借助小鋼珠或回形針探究磁鐵兩極磁性的強弱分布，都與磁性的立體作用范圍的事實不相吻合。這樣的平面觀察與實驗只能讓學生片面地感知客觀事實，不利于科學素養的形成。

筆者嘗試自制磁體兩極的磁性顯示儀，使其能清晰地展現兩極磁性的立體分布（圖3），有效解決了在平面塑料盒外觀察的片面性問題，且能動態地顯示出磁鐵由端點到中點的磁性變化規律（圖4）。

多元技術融合，培養科學素養? 在疫情防控的特殊時期，技術成為當下尤為重要的課堂支撐。停課不停學，教師通過微課、在線直播、空中課堂等方式進行教學，教育的腳步一刻也沒有停歇。即使在沒有疫情時期，智慧教育對課堂實驗的助力作用也不容小覷。隨著信息技術的飛速發展，教育理念的更新和教育信息化水平的發展引發了教育方式的變革。信息化背景下的科學課堂電子化教具和信息化教具可以打破實物教具的局限性，彌補實物化教具的不足，在視覺和聽覺上為學生提供教學的多元刺激，促進師生之間的互動交流，有效提升課堂教學率。

某教師在上“空氣占據空間”一課時，以烏鴉喝水故事作為課堂引入，當進行科學原理分析時，講臺上適時地出現四維全息投影場景;隨著科學分析的逐漸深入，借助信息技術呈現相應的場景，理性分析與場景展示相得益彰。信息技術讓學生在沉浸式的教學氛圍中思考，更利于激發其學習的主動性，發揮主體作用。

對小學科學教師而言，教學中比較有挑戰性的教學模塊當屬地球與宇宙單元，主要有兩方面的原因：一是實驗無法實地操作，只能通過模擬實驗來進行;二是某些實驗觀察時間線比較長，短則需要幾周，長則需要一個月之久，導致教師很難在一個課時內完成教學實驗。而有了先進技術的加入，時間線就可以發生改變，使課堂更高效。

如在進行“月相的變化”一課教學時，某教師嘗試運用自動追蹤攝像頭，攝像頭的視角代表地球上的觀察者并投影在大屏幕上;一盞投影燈照射在代表月球的乒乓球上，形成明暗兩種狀態;移動乒乓球模擬圍繞地球（攝像頭）自轉，學生可以清晰地觀察到月相的變化及其規律。這樣的動態呈現讓原本需要一月之久的觀察濃縮在短短的幾分鐘內，大大提高了課堂教學效率。

智慧化軟件的加入也讓課堂發生巨大變化，使課堂的互動性更強，現象呈現得更細致。筆者在進行“物質是怎樣溶解的”一課教學時，由于溶解過程較快且無法再現，學生交流匯報時難以展示其實驗過程，交流效果不理想。有了智慧軟件的加入，教師可以在學生實驗期間用手機進行拍攝，在后續交流時就可以清晰再現實驗過程，且可利用慢速播放功能有效突破課堂重難點——觀察物質的溶解過程。課堂上，師生間互動溝通的順暢性、便捷性、及時性是保證教學質量的關鍵因素，這既是每一位教育工作者不斷追求的目標，也是信息化科學課堂的生命力所在。

3 結語

“問渠那得清如許，為有源頭活水來。”直接經驗是一切真知最重要的發源地。小學階段是學生手腦協調發育以及腦功能形成的關鍵期。小學科學是一門以實驗為基礎的學科，探究離不開實驗，成功的實驗教學離不開有效的課堂實驗。有效地選擇材料，創新實驗教具，并且融合使用多元技術，可以提高課堂實驗教學質量，全面提升學生的科學素養。

參考文獻

[1]曹銀玲.提高實驗效率初探[J].湖北教育：科學課，2017（1）：62-63.

[2]劉建國.小學科學實驗器材改進方法：以鐘擺制作為例[J].中國教育技術裝備，2016（15）：138-139.

[3]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.