尋實驗失敗之源，滲科學思想之痕

徐瀅瀅

【緣起和背景】

《怎樣得到更多的光和熱》是教科版五年級上冊《光》單元的一節內容。我選擇這節來作為這學期的學校教研活動課，主要考慮到這課中的三個活動都需要記錄大量的數據，探究場地也比平時大，安排這課對培養學生良好的實證精神和科學態度是一個不錯的選擇。對教齡不長的教師而言，如何可以更好地帶領學生在室外開展科學探究，又如何可以更好地引導學生用數據分析現象，通過這節課也可以積累一定的經驗。

這節課我把課堂從科學教室搬到操場，通過溫度計和自制的紙袋讓學生們探究吸熱能力與物體顏色、表面光滑程度以及物體擺放角度的關系。在第一次試教中，每個探究活動都有好幾小組的實驗數據與理論結果相差甚遠。以第一次試教失敗為起點，我不斷尋找實驗失敗之源，也和組內老師以及試教后的學生們一起思考各種實驗改進的方法。通過幾次嘗試，慢慢改變了課堂最初的“不盡人意”，在最后教研活動中，無論是探究結果還是學生表現都有了“質的飛躍”。

【回顧與聚焦】

1.回顧第一次試教

第一次試教504班，根據教材編排，我組織安排了三個探究活動，

活動一：探究吸熱能力與物體顏色的關系;

活動二：探究吸熱能力與粗糙程度的關系;

活動三：探究吸熱能力與擺放角度的關系。

為了提高課堂效率，我把活動一和活動二整合在了一個實驗中同時開展。

2.聚焦第一次實驗結果

現象一：實驗現象凌亂

我把11小組的各個活動的數據結果進行了統計，情況如下圖所示。

現象二：學生數據造假

有個別比較“聰明”的學生利用原有的認知對實驗數據進行了“造假”記錄，呈現了所謂“成功”的實驗結論。

現象三：學生探究分心

有些學生邊做實驗邊聊天，沒有帶著思考去做實驗，出現了很多不該犯的操作錯誤。實驗失敗后也不反思導致失敗的原因。

【分析與思考】

這是一節典型的以直觀數據來呈現實驗結論的探究課，這樣的課更具有科學性和嚴謹性，更需要學生全身心地觀察與思考。教材編排的幾個活動從操作難度來看其實都不大，但從學生實驗結果和表現來看，這節課無疑貼上了“失敗”的標簽。在實驗失敗之后，我引導學生和我一起反思為什么同樣的實驗，結果卻大相徑庭。

通過對場地、實驗材料、實驗操作等方面分析，我和學生一起總結了實驗失敗的原因，歸納有以下幾點：

主觀原因：（1）學生沒有規范地讀溫度計示數，趴在地上讀數也不方便（2）在探究中，學生無意識地會用手去拿溫度計來固定紙袋位置，從而影響溫度計讀數。（3）在探究活動三中，與太陽垂直需要學生用手扶著紙袋，但很多組學生在實驗中會不自覺地改變紙袋的角度，沒有真正地與太陽垂直。（如右圖所示）

客觀原因：（1）受風或人走動導致空氣流動的影響。（2）紙張較薄易受地面熱傳遞的影響。（3）鋁箔紙做成紙袋時和學生操作時都容易起褶皺，而影響本有的光滑度（4）普通的水銀溫度計精確度不夠，對于1℃不到的變化，很難準確記錄。

【改進與嘗試】

1.改進實驗材料

針對以上實驗中種種可能失敗的原因，引導學生和我一起不斷嘗試，我們一起對原有的實驗材料作了如下改進。

（1）溫度計的改進

為了方便學生對放在低處的溫度計讀數和減少溫度計精確度較低而造成的示數不明顯現象，我們用電子溫度計來替換了之前的水銀溫度計。這種電子溫度計與水銀溫度計相比，精確度提高了十倍，所以能更好地感知溫度的變化。另外它可以直接顯示溫度示數，能更快更準地讀出溫度，消除學生趴在地面上讀而造成的讀數誤差。（如下圖）

（2）紙袋的改進

為了避免紙袋子一端開口，使紙袋內部空氣流動而造成的溫度變化，我們把紙袋子改造成了密封的直筒塑料瓶，并在塑料瓶表面貼上顏色不同和光滑度不同的紙。用塑料瓶來代替紙袋，不僅解決了紙袋內空氣流動帶走一部分熱量導致溫度降低，還可以避免溫度計接觸地面，吸收來自地面的熱量而使溫度疊加導致示數偏高。另外把鋁箔紙包在塑料瓶外不容易起折痕，保證鋁箔紙原有的光滑。（如下圖）

（3）固定紙袋方法改進

在活動三中，由于第一次實驗時學生用手固定紙袋位置，總會有學生無意識地就移動了手的位置，導致并沒有在整個實驗中嚴格做到被照射物體與地面垂直或與陽光垂直。所以我將人為固定的方式用三個360度可以旋轉的手機夾來固定來代替。這樣一來，在實驗中，學生不用刻意地人為控制。（如下圖）

2.聚焦第二次實驗結果

進步一：實驗現象統一

通過以上三方面的改進，我們將教材建議的實驗材料改得“面目全非”。在大課間時，學生用改良后的材料再次嘗試之前的三個探究活動，實驗后11個探究小組所記錄的溫度變化趨勢都是一樣的。學生很容易從直觀的數據中發現在其他條件相同時，物體顏色越深吸熱越快，表面粗糙吸熱越快，與太陽垂直擺放時吸熱越快。我對11組的實驗數據分別繪制成了折線圖，以第七小組為例，如下圖所示：

進步二：學生記錄實事求是

在第一次學生實驗之后，對個別學生在記錄數據時弄虛作假的現象加強了教育和引導。再加上改進后的電子溫度計能更直觀地顯示數據，每一小組都能實事求是地填寫實驗數據。

進步三：學生操作全神貫注

在第一次失敗之后，特別引導學生意識到三心二意地實驗只會一無所獲，再讓學生參與了改進探究材料的制作過程，學生對改進后的材料更有積極性，整個二探過程非常投入。

【反思與滲透】

這課的幾次試教，從一探中各組學生“各執一詞”的結論，再到二探中收獲統一的成功，從一探結束時的尷尬到二探結束時的喜悅。我想滲透到學生內心深處的不僅僅只是所謂的正確結論。

教師不能把上課和下課當做教學的起點和終點，小學生探究科學的活動往往不是一節課所能完成的。在實驗探究中可能會因為各種主客觀的原因導致實驗失敗，但失敗不代表課堂的結束。找到失敗的源頭，我們能反思的有很多;抓住失敗為契機，我們能引導給學生的也有很多。

1.以實事求是為根，植入探究課堂

新課程標準指出科學探究要培養學生的實證意識作為科學素養之一。在課堂中一個最重要的表現就是“用數據說話”。但在實際操作中可能會因為各種主客觀因素導致實驗現象或數據偏離“理想的軌道”。有些“聰明”的學生為了向老師呈現成功的實驗結果用造假的方法去“迎合”探究，而這樣的探究也失去了它該有的意義。基于有些學生這種弄虛作假的心理，在指導學生實驗操作外，更重要地要引導學生用正確的心態對待實驗結果。實驗是允許失敗的，但是探究精神是不可以含糊的。在實驗后教師可以讓實驗成功的學生向大家分享能夠成功的關鍵，更要鼓勵實驗失敗的學生坦然面對并勤于反思導致失敗的原因。讓學生意識到坦誠面對真實的“失敗”比創造虛偽的“成功”更讓老師欣賞。在實驗中強調以“實事”為基去真正“求是”。潛移默化地把實事求是的探究精神橡樹根一樣植入學生的內心深處，只有把這“根”扎穩了，探究才會有真正的“生命力”。

2.以優化材料為莖，支撐探究課堂

材料是學生探究的載體，合理的材料對一節實驗課能否順利展開至關重要。好比是一棵樹的樹干，如果莖干不夠有力，難以支撐大樹繼續向上生長。由于不合理的材料導致實驗失敗也是非常常見的，尤其是上常規課，教師對材料的選擇會出現“敷衍型”，導致實際教學中實驗結果的尷尬。因此要坦誠地向學生承認材料設計上還不夠合理。失敗之后，在自己深刻反思的同時也可以引導學生對材料的反思，鼓勵學生大膽分享實驗操作中的困難之處，引導學生也參與對材料的優化制作，讓學生從頭至尾成為探究路上的小主人。我們不管是上公開課還是常規課，都要認真對待，以“對應目標，有的選材;突破重點，靈活選材”為要求，根據實際教學，潛心優化材料，讓結構化材料支撐學生更好地探究，讓學生探究的莖干奮力向上生長。

3.以手腦并用為葉，生長探究課堂

蘇霍姆林斯基說：“兒童的智慧會在他的手指間生長”。著名教育家陶行知先生也曾論述過“手腦并用”的教育理念。但很多時候有些學生習慣用老師提供的材料根據實驗步驟，只是簡單地動手做了一個實驗。但科學的本質是“手”與“腦”結合，“做”與“思”同行。在實際教學中，教師一定要阻止學生借合作探究的時間里隨意聊天，避免讓學生出現“動手有余而不帶思維”的操作，積極引導學生動手之前先動腦，操作之中加思考，實驗之后要回顧。鼓勵學生大膽真實地分享活動中的成功和不足之處，讓學生意識到認真思考和觀察在實驗中的重要性，不然就會像這節課第一次探究中那樣，雖然有些學生也做了實驗但馬上忘記了實驗中的重要現象，在實驗失敗之后更不會反思失敗的原因可能是什么。只有真正手腦并用去探究，才會更好更深地理解每節課的核心內容，才能使學生的思維在動手中延伸開去。在每一個實驗中滲入“手與腦并用，做與思共生”思想，讓學生的探究之樹開枝散葉，使探究的課堂能更好地延伸生長。

教育家周培源說：“科學本身并不全是枯燥的公式和操作，而是有著潛在的美和無窮的趣味，科學探索本身也充滿了詩意”。課堂雖然只有40分鐘，但探究絕不僅僅只是40分鐘，探究的意義也絕不只是實驗操作。引導孩子們沿著起初失敗實驗的痕跡追根溯源，和老師一起思考實驗不理想的原因，一起探討如何使之理想的辦法，在經歷“一探→思考→制作→二探”的過程中，在他們內心深處埋一顆何為真正探究的種子，把科學的學科思想如春雨一般無聲無痕地滲透進他們的內心，靜待他們在探究路上可以悄悄地生根發芽并會枝繁葉茂、詩意滿滿。