提高分組實驗有效性

◇任 春（新疆：哈密市第六中學）

新課改實施以來，科學實驗教學朝著培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的方向發(fā)展，分組實驗是科學核心素養(yǎng)目標下最主要的學習方式，也是小學課堂教學中最關鍵的探究形式，更是倡導的合作學習方式中最常見的一種，提高小學科學分組實驗的有效性是十分有必要的。

一、分組實驗出現(xiàn)的問題

學生方面。分組實驗的課堂紀律往往都不樂觀，甚至出現(xiàn)失控的狀態(tài)。原因是學生對實驗材料很感興趣，小組合作形式比較隨意，出現(xiàn)你爭我搶亂哄哄的現(xiàn)象。分組實驗結束后，進行小組成員匯報結果時常會不盡如人意，尤其是中高年段學生不敢說，不愿說。原因是小組展開活動時分工不明確，有些學生把自己當成旁觀者，因為他們組中有“活躍分子”會答出教師的問題。還有的學生上課表現(xiàn)乖乖的、不爭不搶，教師讓干嗎就干嗎，僅是盲目地跟隨教師，程序化地完成實驗而已。

教師方面。有的教師受傳統(tǒng)教育思想的影響，重理論輕實驗，將分組實驗變成演示實驗，在講臺前匆匆演示式地講一遍就完成實驗了，更有甚者，把實驗內容按照書中圖片簡單陳述后就得到了實驗結果，讓學生把實驗結果記錄在本子上反復背誦。學生在背誦過程中花費大量的精力和時間，不利于學生科學素養(yǎng)的形成。有的教師在實驗前沒有對實驗材料和實驗環(huán)節(jié)進行仔細琢磨，課堂效率低下。還有的教師對學生的前概念沒有深入把握，自認為實驗簡單，沒有進行“下水”實驗，造成實驗效果不理想。

二、分組實驗前要做充分準備

（一）實驗材料的準備

學生自備實驗材料，要提前不止一次地強調，同時要明確即使是學生自己的物品也要統(tǒng)一聽從教師安排，方可提高實驗的完成率。例如：在《聲音是怎樣產(chǎn)生的》一課中需要的實驗材料包括：橡皮筋、鋼尺、音叉、小鼓、幾個豆子等。橡皮筋、鋼尺、豆子等材料，既貼近生活又攜帶方便，也是學生很熟悉的實驗材料，可以讓學生感受到科學實驗與生活的緊密聯(lián)系，調動學生的學習興趣。尤其是發(fā)現(xiàn)身邊材料也能進行實驗探究時，學生會更加期待教師的講解，充滿求知欲望。如果沒有提醒學生提前準備實驗材料，可能會造成課堂上部分學生因為未帶實驗材料而無所事事，成為旁觀者、局外人。

教師準備實驗材料要在熟知實驗器材使用的基礎上，結合具體學情進行改進、完善。例如：在新科教版科學四年級上冊第三單元第三課《用橡皮筋驅動小車》中，此實驗的操作步驟不算太難，難在材料的準備。對比教材圖片中給出的小車和實驗室配比的小車，實驗室中沒有一輛小車是符合要求的，所以筆者在生活中找到了四驅車，這也是很多學生在車模中比較愛玩的小車。然而發(fā)現(xiàn)四驅車上綁的橡皮筋比一般的橡皮筋要粗長，是比較少見的，對于學生來說，四驅車比較貴，經(jīng)濟條件不允許。進行相關查閱后，教師決定利用雪糕棍、水瓶蓋子、電池等小物品自制符合條件的橡皮筋小車。即使實驗設計多么好，缺少實驗材料都是紙上談兵，所以自制、改進教具十分重要。

（二）充分掌握學情

科學前概念在學生學習過程中扮演著重要的角色，因為來自不同環(huán)境、不同性格、不同學習水平的學生，都要在前概念基礎上獲得新知。有效提高分組實驗的效率勢必掌握學生的前概念和已有的實驗操作技能。對于模糊的概念需要引導，對于錯誤的內容需要糾正，對于正確知識可以加強應用；對于已經(jīng)掌握的實驗技能可以放手操作，對于不太扎實的實驗技能需要進一步培養(yǎng)，對于不具備的實驗技能要重點強調。例如:在教科版五年級上冊第三單元第五課《擺的快慢》中，教師需要充分了解學生的科學前概念。因為在上一課《機械擺鐘》中，學生已經(jīng)親自測量了擺的次數(shù)，發(fā)現(xiàn)不同的擺在一分鐘內擺動的次數(shù)不一樣的，并且心中已經(jīng)產(chǎn)生疑問：為什么有的擺快、有的擺慢？所以要借此契機調動學生的好奇心，并用實驗驗證他們的猜測。筆者在授課時發(fā)現(xiàn)，要充分調動學生的原有認知“同一個擺在相同時間內的擺動次數(shù)是相同的”，開展“頭腦風暴”，通過討論與辯論，學生達成共識：擺的快慢與擺幅的大小關系不大。就排除了此因素，重點就剩下兩個因素理論。也有部分學生從自制的擺中發(fā)現(xiàn)：擺線越短，擺得越快；擺線越長，擺得越慢。所以學生最大的爭議是，擺錘的輕重到底對擺的快慢有沒有影響？這才是最需要突破的難點，教師對于分組實驗的設計和指導就有了方向性、目標性、掌控性。

（三）對學生進行合理分組

小學低年段主要采用同桌合作模式，中高年段大多采用四人合作模式。可以“1234”的順序輪流依照序號當流動小組長，并分別領取實驗材料、發(fā)放實驗材料、收集實驗材料，讓每個學生都參與其中。而組長在分組實驗中起到重要的作用，影響著實驗的質量。因此，教師應當注重培養(yǎng)組長的組織能力、責任意識、集體榮譽感等。

三、分組實驗過程要不斷優(yōu)化

（一）注重發(fā)展學生的科學思維

科學實驗探究最終目的是培養(yǎng)學生的科學思維，使他們像科學家一樣思考問題，像工程師一樣解決問題。但是科學思維卻是無法直接看到的，比較抽象、泛化，所以在進行小學分組實驗過程中，要盡可能地將發(fā)生在學生腦海中的思維具體化、形象化、可視化。據(jù)此，可以利用圖表、表格、簡單的文字等多種方式，將學生大腦中發(fā)生的思維進行過程性記錄。例如：在教科版四年級上冊《聲音是怎樣產(chǎn)生的》一課中，需要學生通過比較多種物體的發(fā)聲和不發(fā)聲的狀態(tài)，從而驗證物體振動時會發(fā)出聲音。看起來分組實驗，課堂上熱熱鬧鬧，學生都在動手操作，似乎真正理解了聲音是由物體的振動產(chǎn)生的。其實如果在課堂上沒有及時進行實驗記錄，學生只是掌握了淺層次的知識而已。因為科學詞匯“振動”，大部分學生并不知道其內在的含義：當物體在力的作用下，不停地往返運動，這個物體就是一個振動的物體。所以在進行分組實驗過程中，一定要學生將觀察到的發(fā)聲物體的現(xiàn)象，用簡單的圖示或文字記錄下來，可以用學生能理解的符號進行標注，而我們把類似于這種來回往返的運動稱之為“振動”。所以，要不斷優(yōu)化每一個實驗細節(jié)，關注學生在課堂上的真實反應。

（二）注重實驗改進與創(chuàng)新

在實際教學中，教師應注重實驗設計與創(chuàng)新，不斷完善實驗方案，增加準確性、邏輯性和科學性。例如：“空氣占據(jù)空間嗎”實驗出自教科版科學三年級上冊，在實際操作過程中發(fā)現(xiàn)一些不足之處。教材實驗通過“壓杯入水”讓學生認識到紙團不濕是因為空氣占據(jù)了杯內的空間；“打孔觀察”實驗中紙團完全浸濕了，是因為水進入了杯子，水填補了原本被空氣占據(jù)的空間；“打氣觀察”實驗是利用打氣筒把空氣注入杯中，發(fā)現(xiàn)之前被水占據(jù)的空間會被空氣占據(jù)。存在的問題主要有以下三個方面：“壓杯入水”進行前，要在杯底粘上紙團。如果粘不牢，紙容易掉落水中；如果粘太牢，后續(xù)實驗中又不容易取紙進行觀察。實驗后取紙觀察，紙未濕，但由于杯子進入水中，杯內壁沾有水，從瓶底內取出紙的過程很容易碰到杯內壁造成紙濕，影響實驗的觀測結果，造成視覺混淆。“打孔觀察”前，需在杯底扎一個小孔，再把杯子壓入水中，學生周圍缺乏尖利物品，不易找到把杯底扎破的物品，學生動手處理打孔的大小也不好控制。

記錄水面高度在“打氣觀察”過程中，要將打氣筒連著球針，把球針的進氣口對準打氣筒的出氣口，針孔之間要對準，用打氣筒固定好球針，再把球針插入杯底的洞中打氣。對于三年級的學生來說，實際操作有難度。另外，整個實驗裝置的密閉性無法控制，在打氣的同時也在漏氣，造成水面的高度持續(xù)不定，無法準確地畫下高度。

筆者針對上述問題，在實際教學中進行了實驗改進，效果顯著。“壓杯入水”用剪了底的塑料瓶子代替原實驗中的塑料杯，取材容易，方便觀察。免去了拿膠粘紙、放紙的步驟，直接擰開塑料瓶蓋子將紙放在洞口處，取出紙巾檢查是否濕時，可以直接擰開塑料瓶蓋子，避免了紙從杯底取出碰到杯壁水珠的情況，現(xiàn)象明顯。免去了“打孔”的過程，第二次壓杯入水時，可以直接去掉瓶蓋子，不僅降低了實驗難度，而且過程安全快捷。實驗裝置改進實物圖見圖1。+

圖1 實驗裝置改進實物圖

“打氣觀察”過程選擇一次性輸液器的部分結構代替球針，用輸液器中的流量調節(jié)器控制整個實驗裝置的空氣的進與出，學生對流量調節(jié)器的結構比較熟悉，打完氣時立刻關閉，使整個裝置處于密閉的狀態(tài)，方便記錄此時的水面高度。學生操作簡單，用真實的數(shù)據(jù)揭示背后的原理，具有說服力。（如圖2）

圖2 記錄水面高度

改進后的實驗材料造價低廉，是生活中常見的物品，本著廢物再利用的原則可以被推廣使用，能增強學生環(huán)保意識。整個裝置安全方便，具有較強的趣味性和觀賞性，各個環(huán)節(jié)流暢、現(xiàn)象明顯，符合三年級學生的求知心理，也能提高合作探究能力。有層次的實驗設計使學生的思考循序漸進，實驗探究一環(huán)套一環(huán)，理論的得出深入淺出。學生能自主發(fā)現(xiàn)三個不同實驗后，空氣和水位發(fā)生了變化，并分析思考、用數(shù)據(jù)推理解釋背后的原因，充分演繹了類似科學家經(jīng)歷的實驗探究過程，利于培養(yǎng)學生科學核心素養(yǎng)的發(fā)展。

（三）注重實驗材料的出場順序

第一種情況直接放在實驗的桌面上。對于一些常見的物品學生沒有好奇心，可以直接放在桌面上。比如鐵架臺、水槽等。第二種情況是放在實驗抽屜里，不直接觀察，但是方便學生取出。既是為了減少拿實驗材料的時間，也能保證學生的注意力，不被材料的好奇心所分散。例如：在《食物在口腔里的變化》一課中，學生在課前準備了饅頭、面包、餅干等食物，興趣盎然，表現(xiàn)得十分活躍。所以在教師上課之前要講清楚要求，雖然是學生自己帶來的食物，但在科學課堂中都是實驗的材料，需要統(tǒng)一放在抽屜中，如果未經(jīng)允許拿出將會被沒收，不予歸還。第三種情況是關鍵性的材料不宜放到能看到的地方，要藏在不透明的盒子或袋子里，否則過早接觸實驗材料會影響實驗最終的成效。比如：學生對于白糖很感興趣，在課堂上經(jīng)常有偷吃的情況。經(jīng)常可以看到低年段的小學生在實驗前對實驗材料充滿好奇心而影響實驗的進行，根本沒有心思聽教師講解，也不明白實驗為什么要這樣做，最后與課堂效果背道而行。

綜上所述，分組實驗可以逐步培養(yǎng)學生解決問題和分析問題的能力、收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力。為了上好一節(jié)科學分組實驗課，教師需要在實驗活動前以啟迪學生科學思維為基準，做好充分準備，有效掌握學情；以激發(fā)學生興趣為基礎，引導學生合理分組，精心設計教學環(huán)節(jié)；以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)為目標，不斷優(yōu)化實驗過程，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。