科學探究中實驗環節的創新設計策略和實驗器材的優質選擇、改進策略

劉華 劉敏 王洪明 劉云釗 常培忠 石怡

（新泰市新汶街道中心小學，山東 泰安 271219）

一個國家的發展程度和綜合國力越來越依靠科技的發展來支撐，要培養創新型人才就需要從小學階段培養學生的科學探究素養。探究素養的培養是一個綜合性的工程，要從多個方面綜合施策，本文主要就實驗環節的創新設計策略和實驗器材的優質選擇、改進兩個方面來探討具體的策略。

實驗環節的創新設計包括教師方面的創新設計和學生方面的創新設計兩個方面。

一、實驗環節的創新設計

（一）教師方面的創新設計的策略有：

1.化復雜為簡單,使實驗器材更簡易。

簡易的實驗器材更便于組裝，能節約時間。例如在教學《熱傳導》一課時，課本上的實驗設計是：先把鐵棍的一端固定在鐵架臺上，然后用凡士林把4 根火柴粘在鐵棍上，再用酒精燈給鐵棍的另一端加熱。但是由于鐵架臺存在以下缺點：比較笨重，收放不便，旋鈕因老化或銹蝕不易使用等。所以我對器材進行了簡化：把粗鐵條的一端先彎成一個大小合適的正方形，再把鐵條折向正方形的中心，再把鐵條豎起，最后向右折，這樣就把鐵架臺和鐵棍的功能合二為一。優點是：既好操作，又好擺放、收取。

2.化難為易，使實驗操作更簡便。

實驗的目的就是通過現象認識本質。所以，只要是能達到這一目的，實驗操作越簡單就越好，就越能提高實驗的效率。例如在學習《研究磁鐵》一課時，為了研究“同極相斥，異極相吸”，教材設計的實驗是：把一根條形磁鐵放在幾支鉛筆上，然后用另一根條形磁鐵靠近。我把它簡化為：用細線把一根磁鐵吊起來。這樣的優點是：把探究磁鐵的“靜止時能指示南北方向”與“同極相斥，異極相吸”兩個性質放在一起，使操作簡便化。

3.化抽象為具體，使實驗更形象、直觀。

小學生思維發展的特點是從以具體形象為主要形式，逐步過渡到以抽象邏輯為主要形式。實際上，對任何年齡段的人來說，通過形象思維可以更容易地認識事物。

例如在學習《光的折射》這一課時，“折射”定義中的“光的傳播方向會在交界面上發生彎折”很難理解，為了突破這一難點，我設計了這樣的實驗：在黑板上畫一條紅色的橫線，在橫線上面用白粉筆點上很多小點表示空氣；然后把裝滿了用墨水染黑的水的玻璃水槽的上沿靠在黑板上的紅色橫線的稍下方，用激光筆從空氣斜向照射水槽中的水，學生就能形象、直觀地完整理解了“折射”的含義，記憶效果也非常好。

實驗設計重在讓學生掌握如何科學地進行實驗的方法和培養學生嚴密的邏輯思維能力。它要求設計者根據實驗的目的，運用已有的相關知識，對實驗器材的選擇和實驗步驟等進行恰當的設想和規劃，是學生學習科學的薄弱環節。然而現在的實驗教學常常忽視這一點，多數情況是學生按照教材上預先設計好的實驗過程機械地操作，這種重實驗操作，輕實驗設計的做法，科學探究和科學素養培養的成分會大打折扣的。

（二）學生方面的創新設計的策略有：

1.循序漸進，培養學生的實驗設計能力。

按照先易后難，從模仿到幫扶到自主設計的順序，逐步提高學生的實驗設計能力。

A 結合實例講解，讓學生學會試驗設計的思路和步驟。例如在教學《鐵生銹》一課時，教師可以這樣講解：我們研究的問題是“鐵在什么條件下容易生銹？”，可是怎樣設計相關實驗呢？應該按照下面的思路：首先，我們根據生活經驗發現鐵在潮濕的地方容易生銹，潮濕的地方有水，由于空氣無處不在，當然也有空氣。然后做出假設：鐵生銹可能和水、空氣有關系。接著再對假設進一步思考：鐵生銹是只和水或者空氣有關呢？還是同時和兩者都有關系呢？根據這個思路就可以這樣設計3 個實驗裝置：第1 個是讓鐵釘完全浸入水中；第2 個是讓鐵釘完全置于空氣中；第3 個是讓鐵釘的一半浸入水中，一半置于空氣中。最后考慮選用哪種實驗器材：裝水或者空氣的容器選擇什么？（發現用“試管”比較恰當）；試管在平面上不好豎放，應該怎樣解決？（發現用試管架比較好）。

總之，實驗設計的最根本的思路就是：合理的假設——概括的實驗方法——恰當的實驗器材。通過一段時間的訓練，就能提高學生的實驗設計能力。

B 讓學生獨立進行實驗設計，師生再補充。對于比較簡單的學生實驗，可以讓學生獨立設計操作過程，然后指名學生說出，其余學生討論補充，最后教師補充。

在學生熟練掌握了實驗設計的方法后，就可以放手讓學生獨立設計實驗。教師要相信學生，充分發揮學生的主動性，培養他們的創新精神和解決問題的能力，進而達到類似科學家那樣真刀真槍地進行科學研究。

2.改變實驗條件，培養學生思維的廣度和深度。

為了培養學生的思維能力，教師還要結合教材實際，通過改變實驗的條件來進行實驗拓展，引導學生創新實驗。

例如在學習了串聯電路后，課本上提出了這樣的問題“在一個電路中，怎樣讓兩個燈泡同時亮起來？試著連一連”。學生能比較容易地用導線連接出有一節電池、一個開關和兩個燈泡組成的串聯電路。我向學生提出了這樣的問題：你能想出其它的連接方法嗎？學生首先通過認真思考作出假設，然后通過小組討論設計實驗。由于這個問題難度較大，在有些學生思路受阻的時候，我就讓大家課下通過查找資料，完成實驗。在下一節課檢查的時候，發現大多數小組完成了任務。通過詢問得知，他們是通過討論、查資料等方法，費了好大的勁才連接好的。這很好地培養了學生的思維能力。

3.布置開放性的實驗或者小制作，培養學生的發散性思維和創新思維。

科學教學的實踐證明，只有讓學生為完成某種實際任務而努力探索時，才能有效地培養他們的興趣，激發他們的發散性思維和創新思維。

在學習《設計、制作小臺燈》時，我布置了這樣的課下小制作：自由選擇材料，制作一個美觀、實用的小臺燈。這個小制作是開放性的，電池、燈泡、開關、導線的數量及樣式可以自主選擇，制作臺燈的底座、支架和燈罩的材料及樣式也可以自選，唯一的要求就是：美觀、實用。這極大地激發了學生的興趣、想象力，開闊了他們的思路，后來學生交上的作品各具特色，讓人嘆為觀止，我心里想：以前太低估了學生的創造力和想象力了。

4.課堂延伸，保持學生持久的創新熱情。

實驗探究素養的提升需要比較漫長的過程，需要長期的積累，最后達到量變到質變。但是課堂實驗的時間畢竟有限，所以實驗探究必須從課上延伸到課外，要拓展實驗的內容，選擇與學生生活實際緊密聯系的小實驗，或結合課堂教學的系列實驗補充有趣味的實驗。采用多種形式增加學生探究的時間，如：利用課外興趣小組活動，由于時間比較充足，因此能有針對性地通過實驗活動培養學生的探究能力。開放實驗室就是在規定時間里將實驗室向有意愿進行科學探究的學生開放，提供相關的實驗器材，讓學生開展一些自己感興趣的研究活動。再就是讓學生利用校外時間根據老師布置的任務或者就自己感興趣的問題，自主探究，這既讓學生學習了知識，又讓學生學會將所學知識用于解決生活中的問題，學以致用。

二、實驗器材的優質選擇、改進策略

科學實驗是培養學生探究素養的關鍵，科學教學的核心。在進行實驗教學時，教師除了要考慮實驗環節的設計外，還要花很多精力選擇合適的器材、使用的方法、使用時的注意事項等。

（一）實驗器材的選擇要遵循以下原則：

1、安全性原則：根據科學實驗要求和客觀條件選用合適的器材，使科學實驗切實可行，能達到預期目標。另外我們也十分注意科學實驗教學器材的質量、使用標準等，確保科學實驗的安全性。2、準確性原則：根據實驗教學的需要，選用精度合適的實驗器材工具。3、操作性原則：科學實驗器材要調節方便，便于操作。

當前，各個學校在實驗器材方面存在的問題大體類似：儀器室的器材質量差、易損壞，有待改進；器材使用不方便；器材不全，如實驗需要的器材的種類、數量不足；器材使用率不高，有很多器材教材的內容不匹配等問題，所以器材的選擇問題關系到科學實驗的成敗及效果。

（二）實驗器材的選擇、改進的策略有：

1.精心選擇并試用器材，確保實用。

科學實驗器材非常多，但是很多器材是按照舊的《自然》課程標準配備的，與《科學》課本配套的實驗器材不足，在實驗課中，這些舊器材有的可以選用，而有的卻用不上。除此之外，很多器材的質量很差。例如：電學實驗用到的小燈泡有的不亮，導線、電池盒有的不通電。在做光學實驗時用到的凸透鏡和凹透鏡很容易從固定物上掉下、摔碎。等等，所以除了要求科學老師在課前要精心選擇最恰當的實驗器材之外，還要求教師上課之前必須把選用的器材都試用一遍，這樣才能確保器材的實用性，也才能取得好的實驗效果。

2.精心選擇器材，確保效果。

實驗效果是實驗的靈魂，所以器材的選擇必須以能取得良好的效果為前提。例如，在學習《七色光》這課時，為了做彩虹的形成實驗，以前給學生準備的實驗器材是三棱鏡、中間帶有小孔的黑色紙板、紙屏，實驗的原理是：讓一束細的陽光照射到三棱鏡上，就會在紙屏上會形成彩虹，但是效果并不好。原因是：

為了獲得一束陽光，就必須開窗，開窗后，由于室內的光太強，所以在紙屏上基本看不到彩虹，到這時候只能靠教師的講解來補充。為了解決這一問題，我把器材改為普通的電腦光盤，只要讓光盤對著窗子方向，不用在窗邊，就能在光盤上看到明亮的彩虹，即使在陰天的時候做這個實驗，效果也非常好。

3.自制器材，化抽象為具體，化難為易。

科學課本上的有些內容是比較抽象的，學生難于理解和記憶。如果通過實驗的方法，學生在動手、動腦的過程中，就很容易掌握。例如在教學《搭支架》一課時，有這樣的內容“不穩定的結構可以通過架梁的方法增加其三角形結構，從而使它變得穩定”。由于句子結構復雜、內容抽象，難以理解，但是選擇器材時發現現有的器材并不合適，課本上只是講了用大頭針把吸管固定成三角形、四邊形。可是如果采用：通過用大頭針固定吸管給四邊形架梁的方法，因為吸管又細又硬，既不好操作，又容易扎傷手，所以我用把泡沫塑料切成的長短不一的細條代替吸管，先讓學生組合成三角形、四邊形、五邊形之后，讓學生通過輕輕拉扯的方法了解不同的結構的在穩定性方面的差別，然后通過自主探究，讓學生找到架梁的方法。例如：怎樣架梁？需要架幾根梁？架梁前后有什么變化？通過實驗，學生能很快地理解，且牢固地記憶這一知識。

通過實驗環節的創新設計策略和實驗器材的優質選擇、改進，提高了實驗的效果，使學生掌握了科學探究的步驟，提升了探究能力和素養，培養了創新思維，使學生確立了用科學的態度解決實際問題的世界觀和方法論。