開發(fā)小學(xué)生家庭科學(xué)實驗項目的研究

李文娟 熊家寶 賴洲揚

【摘 要】家庭科學(xué)實驗是課堂實驗教學(xué)的延伸、補充和拓展，對于完善科學(xué)實驗教學(xué)體系、全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、鍛煉教師的實驗開發(fā)能力、為家長提供良好的親子溝通時機有著重要意義。文章根據(jù)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對于實驗與探究實踐活動教學(xué)的要求，開發(fā)設(shè)計了“探究不同品種種子萌發(fā)的條件”“探究鐵生銹的原因”“做個太陽能熱水器”“觀察蝌蚪的生長”這四個家庭實驗項目，旨在培養(yǎng)學(xué)生理性看待生活問題的科學(xué)態(tài)度和應(yīng)用科學(xué)知識解決生活問題的能力，全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】家庭科學(xué) 實驗開發(fā) 案例研究

【中圖分類號】G613? 【文獻標(biāo)識碼】A? 【文章編號】1002-3275（2023）01-63-04

小學(xué)科學(xué)課程帶領(lǐng)學(xué)生進入科學(xué)世界，科學(xué)實驗又是小學(xué)科學(xué)課程的重要組成部分，科學(xué)教師可以通過開展實驗提升學(xué)生的探究能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、訓(xùn)練學(xué)生掌握科學(xué)研究方法。2019年，教育部在《關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》中明確指出，要“將實驗教學(xué)作為課程體系的重要內(nèi)容納入學(xué)科教學(xué)基本規(guī)范”“中小學(xué)校要針對不同學(xué)段教學(xué)要求精心設(shè)計實驗教學(xué)內(nèi)容”“創(chuàng)新實驗教學(xué)方式”“規(guī)范實驗教學(xué)實施”“提高教師實驗教學(xué)能力”等等。由此可見，國家對中小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)重視程度極高。

但在實際教學(xué)中，科學(xué)課程每周只有2～3節(jié)課，即便科學(xué)教師精心準(zhǔn)備課內(nèi)實驗資源，學(xué)生也難以對某些需要長時間探索的實驗主題進行研究。家庭科學(xué)實驗項目是學(xué)生通過家長的協(xié)助，在家中獨立自主進行的科學(xué)探究活動。開展家庭科學(xué)實驗可在一定程度上解決課堂時間有限，學(xué)生探究較淺的困境。家庭科學(xué)實驗項目形式靈活多樣，可充分延展科學(xué)課堂的時間與空間，學(xué)生根據(jù)教師開發(fā)的實驗項目，通過家長的協(xié)助，在家中探索與發(fā)現(xiàn)科學(xué)的奧秘，逐漸掌握一定的科學(xué)知識，提升科學(xué)探索的積極性和能力。因此，科學(xué)教師應(yīng)高度重視開發(fā)家庭科學(xué)實驗項目，依托家庭科學(xué)實驗項目，提升設(shè)計與開發(fā)實驗的能力。

一、開發(fā)家庭科學(xué)實驗項目的意義

（一）完善科學(xué)實驗教學(xué)體系

家庭科學(xué)實驗項目形式靈活多樣、內(nèi)容豐富開放、時間場地自由，能極大地滿足學(xué)生的科學(xué)探索需求。通過開發(fā)小學(xué)生家庭科學(xué)實驗項目，可以較好地延伸科學(xué)課堂和學(xué)生的探索時間，創(chuàng)立課外實驗框架體系，豐富科學(xué)課程的實驗教學(xué)體系。

（二）全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

家庭科學(xué)實驗項目的研究主題來源于生活，所采用的實驗材料取自生活，有助于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的意識和能力。學(xué)生可以利用一些簡單的器材和家庭用品創(chuàng)新設(shè)計實驗工具，提升動手操作能力。將科學(xué)知識與實際生活緊密結(jié)合的家庭實驗項目能夠激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，綜合提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（三）鍛煉教師的實驗開發(fā)能力

實驗教學(xué)是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的核心，教師在開發(fā)利用小學(xué)科學(xué)實驗資源，將課堂實驗資源延伸至家庭，選擇適合小學(xué)生認(rèn)知水平的家庭實驗內(nèi)容，合理開發(fā)課外的家庭科學(xué)實驗項目的過程中，不斷突破自己的創(chuàng)新能力，形成自己獨特的教學(xué)風(fēng)格，有助于鍛煉教師的實驗開發(fā)能力。

（四）為家長提供良好的親子溝通時機

有的家長因為日常工作繁忙，所以缺乏與孩子的溝通，有的家長處于想?yún)⑴c孩子生活又不知道怎樣參與的困境中。通過完成家庭科學(xué)實驗任務(wù)，家長能夠在工作之余，參與孩子的學(xué)習(xí)生活，了解孩子的思想動態(tài)，并且對孩子的學(xué)習(xí)給予一定的指導(dǎo)。這不僅加強了家長與學(xué)生的溝通，讓家長更直觀地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，而且還加強了家校合作，實現(xiàn)對學(xué)生更為全面的培養(yǎng)。

二、開發(fā)小學(xué)生家庭科學(xué)實驗項目的案例分析

（一）“探究不同品種種子萌發(fā)的條件”實驗

在教科版五年級下冊科學(xué)教材“種子發(fā)芽實驗”一課中，教材只選取了綠豆種子作為實驗的探究對象，實驗對象單一，而且種子萌發(fā)不是短時間內(nèi)可以觀察到結(jié)果的實驗，因此將這堂課拓展為“探究不同品種種子的萌發(fā)條件”的家庭科學(xué)實驗更為合適，既豐富了探究的對象，又為學(xué)生提供了充足的時間和合適的場地。

實驗的具體安排如下：

1．選擇實驗對象

將全班學(xué)生分成5～6個小組，同組學(xué)生選擇同一個品種的種子進行探究，種子的選擇根據(jù)組內(nèi)成員投票決定。可供選擇的種子有：綠豆、黃豆、玉米、豌豆、花生、青菜等。

2．確定探究問題并制訂實驗方案

學(xué)生先根據(jù)生活經(jīng)驗，猜測種子發(fā)芽的必需條件，如土壤、空氣、溫度、陽光、水分、養(yǎng)料等。同組學(xué)生可選擇不同的條件進行實驗，并確定探究的問題，如“綠豆種子的萌發(fā)需要土壤嗎？”“溫度對綠豆種子的萌發(fā)有影響嗎？”再根據(jù)探究問題單獨制訂實驗方案，制訂實驗方案時組內(nèi)成員積極交流，不斷完善實驗方案。

3．明確實驗方法

從本節(jié)課的探究問題來看，此次實驗應(yīng)該選擇控制變量法，例如探究“綠豆種子的萌發(fā)需要水分嗎？”這個問題時，可以設(shè)置實驗組與對照組，兩個組在實驗過程中需嚴(yán)格保持土壤、溫度、空氣、陽光等外界條件的一致，實驗組給予種子充足的水分，保持濕潤，對照組不給予種子水分，保持干燥，兩組同時進行實驗。

4．記錄實驗過程

學(xué)生堅持每天觀察種子的變化，把自己的發(fā)現(xiàn)記錄下來，并將觀察到的現(xiàn)象填入實驗記錄表中（見表1）。

5．匯報實驗結(jié)論

各個小組成員先在組內(nèi)匯報各自的種植經(jīng)驗，分享種子萌發(fā)的數(shù)據(jù)、表格、圖片等信息，由小組長記錄組員的結(jié)論并總結(jié)本小組探究的實驗對象的萌發(fā)條件，最后由小組長在課堂內(nèi)匯報組內(nèi)實驗情況及結(jié)論。

6．評價與反思

在匯報實驗結(jié)論之后，組織組內(nèi)互評與組間互評，并對于種子萌發(fā)的條件進行一般性總結(jié)。對于失敗或者現(xiàn)象不明顯的實驗，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生進行歸因分析，并進行實驗改進。最后，由教師對此次家庭實驗進行歸納性總結(jié)，對學(xué)生的自主探究給予肯定和鼓勵，激發(fā)學(xué)生探究的積極性。

（二）“探究鐵生銹的原因”實驗

鐵是生活中使用廣泛且十分常見的一種材料，但是一些鐵制品常常會生銹，例如金屬零件變色、小區(qū)斑駁的健身設(shè)備、家用鐵鍋底的鐵銹等。在教科版六年級下冊科學(xué)教材“物質(zhì)的變化”這一節(jié)中，包含“觀察鐵釘生銹的原因”這一內(nèi)容。基于生活經(jīng)驗可以知道鐵釘生銹不是短時間內(nèi)可以形成的現(xiàn)象，因此一節(jié)科學(xué)課的時間無法深入探究鐵釘生銹的原因。

為了能讓學(xué)生更直觀地觀察鐵銹的產(chǎn)生，意識到鐵生銹會使工具性能變差、造成鐵制品浪費，從而根據(jù)實驗結(jié)論提出減緩、防止鐵生銹的方法，可以根據(jù)這節(jié)內(nèi)容布置家庭科學(xué)實驗。讓學(xué)生在場地時間不受限制的“家庭實驗室”完成探究，通過親自動手實驗，找出鐵生銹的原因，讓學(xué)生通過動手動腦，將科學(xué)知識應(yīng)用于生活中，改變生活。

實驗的具體安排如下：

1．合理猜想，制訂方案

在開展家庭科學(xué)實驗前，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗進行合理猜想：鐵生銹與什么因素有關(guān)？學(xué)生初步猜測鐵生銹與以下幾個因素有關(guān)：空氣、水、白醋、鹽水、食用油、溫度等。并根據(jù)猜測，討論制訂初步的實驗方案。

2．準(zhǔn)備實驗材料

學(xué)生回到家中需要準(zhǔn)備5枚新的鐵釘、5個盤子、水、白醋、鹽水、食用油，給5個同樣大小的盤子分別編上A、B、C、D、E的編號，在A盤中裝入水，B盤中裝入鹽水，C盤中裝入白醋，D盤不裝任何物品，E盤中裝入食用油。

3．記錄實驗現(xiàn)象

學(xué)生按照實驗步驟進行實驗，每天堅持觀察鐵釘?shù)淖兓⒂^察到的現(xiàn)象填入實驗記錄表中（見表2）。

4．匯報實驗結(jié)果

實驗結(jié)束后，教師隨機選取10個學(xué)生進行實驗匯報，沒有參與匯報的學(xué)生可以根據(jù)同學(xué)的匯報情況自由提問，全班學(xué)生再根據(jù)問題內(nèi)容進行討論與交流。教師還要收集學(xué)生的實驗記錄表，并根據(jù)學(xué)生匯報的實際情況進行總結(jié)。

5．總結(jié)

通過開展家庭科學(xué)實驗，學(xué)生自主探究了鐵生銹的原因，了解到鐵生銹是一種化學(xué)變化。依據(jù)探究結(jié)論，學(xué)生交流討論出能夠減緩、防止鐵制品生銹的方法，例如給小區(qū)的健身設(shè)備涂上油漆、用過的鐵鍋用干抹布擦干水分或者涂食用油等。學(xué)生將實驗結(jié)論轉(zhuǎn)化為解決問題的做法，應(yīng)用科學(xué)改變生活，將科學(xué)與社會緊密結(jié)合。

（三）“做個太陽能熱水器”實驗

太陽能熱水器是利用多種科學(xué)原理設(shè)計出來的一種節(jié)能裝置。在教科版五年級上冊科學(xué)教材“做個太陽能熱水器”這一節(jié)內(nèi)容中，要求學(xué)生通過查閱資料，了解太陽能和太陽灶的設(shè)計、構(gòu)造及工作原理，并通過收集的資料，利用身邊的材料做一個簡易太陽能熱水器。

學(xué)生對于太陽能熱水器這個裝置比較陌生，需要通過收集資料和實際考察來了解其構(gòu)造和工作原理，才能模仿制作，且效果測試需要在晴天進行。考慮到上述諸多因素，將這個實驗安排為家庭科學(xué)實驗更為合理。

實驗的具體安排如下：

1．收集資料

學(xué)生在家長的指導(dǎo)下，收集關(guān)于太陽能熱水器的資料，并對資料進行整理，例如“我們了解到太陽能熱水器的構(gòu)造，它分為……”“制造太陽能熱水器的材料有……”“太陽能熱水器的受熱面都是斜面的，我想這是為了……”等等。

2．初步設(shè)計

學(xué)生通過查閱資料，了解到太陽能熱水器應(yīng)具備儲水、加熱、保溫的作用，所以在設(shè)計時應(yīng)該考慮如何設(shè)計才能讓太陽能熱水器產(chǎn)生上述作用，并制訂實驗方案。

3．準(zhǔn)備材料

此次家庭科學(xué)實驗需準(zhǔn)備大紙盒、泡沫塑料、飲料瓶、錫箔紙、透明塑料袋、廢舊衣物等。在此環(huán)節(jié)，學(xué)生還要畫出設(shè)計簡圖，同時構(gòu)圖時應(yīng)充分考慮熱水器的顏色、排放角度、儲水量等因素，結(jié)合數(shù)學(xué)、美學(xué)等綜合知識設(shè)計太陽能熱水器。

4．記錄實驗

把裝好200毫升冷水的自制太陽能熱水器放到陽光下。每隔5分鐘，測一次水溫，如實記錄測量結(jié)果（見表3）。

5．展示評價

在作品展示介紹環(huán)節(jié)，教師可為學(xué)生提供可量化的評分量表，采用生生互評的形式引導(dǎo)其他學(xué)生對作品做出評價。教師依據(jù)作品的美觀、效能、科技含量等，對作品打分，并評比出優(yōu)秀作品，給予相應(yīng)的獎勵。

6．交流反思

在交流環(huán)節(jié)，讓學(xué)生思考并討論自己設(shè)計制作的太陽能熱水器效果怎么樣，效能好的原因是什么，升溫不快的問題在哪里，如果重新制作會進行哪些改進，等等。

（四）“觀察蝌蚪的生長”實驗

教科版六年級上冊科學(xué)教材“生物的多樣性”這一章節(jié)中要求學(xué)生對身邊的人、動物、植物等生物進行認(rèn)識與了解，還包含關(guān)于青蛙生活環(huán)境的討論。可以青蛙作為切入點設(shè)計一個家庭科學(xué)實驗，讓學(xué)生探究蝌蚪是如何變成青蛙的。通過這個實驗，學(xué)生可以親身體驗科學(xué)與自然的聯(lián)系，享受探究的趣味性，同時主動學(xué)習(xí)科學(xué)知識。

實驗的具體安排如下：

1．實驗準(zhǔn)備

教師布置家庭科學(xué)實驗項目任務(wù)后，讓學(xué)生在家長的陪同與幫助下捕撈或者購買若干青蛙卵，準(zhǔn)備好蝌蚪的生活場地。學(xué)生自主查閱資料，收集喂養(yǎng)蝌蚪的條件和注意事項，為后續(xù)觀察蝌蚪的生長做好前期準(zhǔn)備。

2．喂養(yǎng)蝌蚪

學(xué)生通過查閱資料，為蝌蚪準(zhǔn)備充足的食物并定期換水，精心喂養(yǎng)，觀察蝌蚪的生長情況。

3．記錄蝌蚪的生長情況

學(xué)生堅持每天觀察蝌蚪的生長情況，將每天觀察到的現(xiàn)象如實記錄下來，填入實驗記錄表中（見表4）。

4．匯報實驗

教師隨機選取10個學(xué)生進行實驗匯報，分享蝌蚪形態(tài)變化過程中的關(guān)鍵時刻，培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察能力。對于學(xué)生在實驗中出現(xiàn)的非常規(guī)現(xiàn)象，教師要給予充分的關(guān)注，例如有的學(xué)生在喂養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)個別蝌蚪死亡。教師要引導(dǎo)學(xué)生復(fù)盤實驗，并通過查閱資料找到出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因。

5．評價與總結(jié)

在匯報實驗之后，教師根據(jù)學(xué)生的匯報情況和實驗記錄表的內(nèi)容進行總結(jié)性評價。對于此次家庭實驗中出現(xiàn)的問題進行總結(jié)，并引導(dǎo)學(xué)生進行反思，還要依據(jù)實際情況對此次家庭實驗中表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生進行表揚。實驗之后，教師應(yīng)向?qū)W生強調(diào)把青蛙放生到大自然的必要性，并聯(lián)系家長進行落實，從而培養(yǎng)學(xué)生愛護動物、維護自然生態(tài)平衡的意識。

三、結(jié)論與反思

小學(xué)科學(xué)家庭實驗是對科學(xué)課程的補充，有利于豐富學(xué)生的科學(xué)知識，鍛煉學(xué)生的實踐能力和自主探究能力，培養(yǎng)學(xué)生理性看待生活問題的科學(xué)態(tài)度和應(yīng)用科學(xué)知識解決生活問題的能力。本文設(shè)計了4個具有實際操作價值的家庭實驗項目：“探究不同品種種子萌發(fā)的條件”“探究鐵生銹的原因”“做個太陽能熱水器”“觀察蝌蚪的生長”，并提出了具體的實施指導(dǎo)意見。在實施這些項目的過程中，教師要與家長形成良好的配合，保證學(xué)生的實驗內(nèi)容符合認(rèn)知，教師可以利用網(wǎng)絡(luò)與家長進行交流溝通，確保學(xué)生在實驗中的安全、有序、有效等。在校期間，教師要結(jié)合家庭實驗項目給予學(xué)生必要的指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索能力。在實驗結(jié)束后，教師要對學(xué)生的研究成果進行評價，通過分享實驗的成敗經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生的交流匯報和總結(jié)提升的能力，全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。