小學科學實驗教學說課探究

【摘要】本文基于小學科學實驗教學在學科科學素養培養中的重要性，以《風的成因》一課為例，著重從厘清實驗內容、創新設計實驗教具并精心設計實驗方法、基于核心素養培養要求設計實驗教學過程三個方面，探討小學科學實驗教學說課的策略和方法。

【關鍵詞】小學科學 實驗教學 教具改進 說課

【中圖分類號】G62 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）01-0068-04

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《2022年版科學課標》）明確指出：科學是人類在研究自然現象、發現自然規律的基礎上形成的知識系統，以及獲得這些知識系統的認識過程和在此過程中所利用的方法。義務教育科學課程是一門體現科學本質的綜合性基礎課程，具有實踐性，需要“面向全體學生，立足素養發展”“聚焦核心概念，精選課程內容”“科學安排進階，形成有序結構”“激發學習動機，加強探究實踐”“重視綜合評價，促進學生發展”。科學課程要培養的學生核心素養，主要指學生在學習科學課程的過程中，逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，是科學課程育人價值的集中體現，包括科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任等方面。小學科學實驗教學作為小學科學課堂教學的重要組成部分，是落實學生核心素養培養要求、提高學生科學探究能力的重要內容。為了推動中小學實驗教學的廣泛開展，2013年起，教育部組織發起了全國中小學實驗教學說課活動，引導教師基于對教材和學情的分析，遵循本學科課程標準所提出的基本課程理念，從實驗內容設計、實驗方法設計、實驗教學過程等方面展開系統的理論和實踐研究，不斷提高實驗教學的水平。下面筆者以教科版科學三年級上冊第二單元第7課《風的成因》為例，探討小學科學實驗教學說課的策略和方法。

一、厘清實驗內容及其學科本質是實驗教學說課的前提和基礎

義務教育科學課程共設置有13個學科核心概念，是所有學生必須掌握的科學課核心內容。實驗教學作為課堂教學的重要組成部分，其實驗內容設計必須按照《2022年版科學課標》的要求，“聚焦學科核心概念，精選與每個核心概念相關的學習內容，設計相應的系列學習活動，做到適合年齡特征、突出重點、明確要求，確保學生有充足的時間探究、實踐與思考”。

《風的成因》一課從屬于“物質的結構與性質”核心概念。之前的學習，圍繞“物質的性質”展開，學生已經學習了如下內容：空氣是一種重要的物質，是一種無色、無味的氣體；空氣有一定質量并占有一定的空間，會充滿各處；空氣具有受熱上升的現象。本課學習，依然圍繞“物質的性質”展開，透過“風的成因”，讓學生了解風的本質其實就是空氣流動的過程，冷空氣向熱空氣方向流動形成風；其背后的科學原理是熱空氣上升，引發冷空氣向熱空氣方向的流動。

基于以上學習內容，實驗內容設計需要提供冷、熱兩種空氣材料，讓學生通過實驗探究見證空氣因冷熱差異而自然流動的現實。核心素養導向的實驗教學內容設計，需要關注學生在實驗探究過程中相關科學觀念的獲得，科學思維和探究實踐核心素養的發展，以及科學態度、社會責任的形成。

二、實驗方法設計是實驗教學說課的關鍵和亮點

實驗方法設計是實驗教學的關鍵，也是實驗教學說課的重要內容。實驗方法設計包括實驗材料準備、實驗教具創新、實驗方法創新等內容，其中實驗教具是否有新意、實驗操作是否安全、實驗現象是否明顯、實驗結果能否得出理想的科學結論等，是實驗教學說課的亮點所在。

教材是重要的課程資源，立足教材展開實驗教學是常規的做法。然而，教材中所提供的實驗方法未必是最理想的實驗方法。小學科學實驗教學，要求教師必須秉持科學態度，謹慎選擇科學實驗的材料、設計科學實驗的方法。針對《風的成因》一課，筆者在設計實驗方法之前，對教材所提供的實驗方法及之前的實驗教學情況進行了調查（2020年秋季學期，筆者任教5個教學班，有50個學生實驗小組參與了本次實驗教學的調查），其過程與結果如下。

（一）按照教材提供的實驗方法進行實驗教學的情況分析

教材提供了一個讓學生在課堂中做風的模擬實驗的探究活動方案（如圖1），要求教師給每個學習小組各準備蠟燭盒1個、透明塑料膜1張、紙盒1個、蚊香1段、雙面膠1卷、紙條一束，在紙盒的兩側各打一個圓洞，點燃蠟燭放進紙盒中，用透明塑料膜封住紙盒，最后借助蚊香的煙霧和紙條的擺動情況觀察空氣的流動。

教師照著教材的安排指導學生展開分組實驗，發現了不少問題：首先，學生在手持點燃的蚊香時容易發生手部抖動，一不小心便碰到了本組同學，造成同學不同程度的燙傷，存在一定的安全隱患。調查中發現，5個教學班的實驗教學中，有6個學習小組的手持蚊香組員因手部抖動碰到了書本或他人而被投訴。其次，實驗紙盒僅有一個面便于觀察煙霧的運動軌跡，坐在對面的同學則觀察不到煙霧的運動，因此，該實驗設計不利于小組合作。再次，采用蠟燭做熱源，一來不易放取，二來火苗容易點燃紙盒，存在安全隱患。5個教學班的實驗教學中，有3個學習小組因為取放蠟燭時蠟燭傾斜燒著了紙盒，導致課堂秩序混亂。最后，也是最關鍵的，該實驗用出風口處紙條的擺動來判斷風的形成，因紙條較硬、風力太小，導致擺動現象不明顯；而手拿紙條的實驗設計，因為客觀上存在手抖的情況，也不易分辨出紙條的擺動究竟是風的原因還是手抖的原因，從而干擾了學生對實驗現象的觀察，而這一步是觀察風的形成的關鍵。也就是說，哪怕排除萬難實驗得以順利進行，但“紙條擺動”的理想效果依然很難實現：調查中發現，有29個實驗小組（超過半數）無法通過紙條的擺動觀察到風的形成。

（二）聚焦實驗教學中容易出現的問題，創新實驗教具，在課堂實踐中檢驗并完善實驗教具和方法

為了讓學生更直觀地觀察到風的形成過程，有效克服以上實驗教學中的問題，筆者緊跟科技發展的步伐，通過從常見生活物品中尋找替代材料，對實驗教具進行了改進。為了解決學生手持蚊香不穩定，容易碰到他人或引燃物品等問題，筆者采用三角錐形小艾炷替代了蚊香——艾炷穩定放置，不僅解放了學生的雙手，而且觀察煙霧效果比蚊香更明顯。此外，相比于蚊香，艾炷不僅不會產生對人體有害的氣體，而且艾炷的煙霧有利于學生身體健康。為了解決實驗紙盒僅有一個面能夠觀察到煙霧運動軌跡的問題，筆者采用亞克力透明板材做實驗盒，方便學生在各個角度觀察，且亞克力板材比紙盒更耐高溫，一定程度上消除了紙盒易燃的安全隱患。為了解決蠟燭明火做熱源容易燒著盒子、引燃紙條等問題，筆者用一個電子熱源小型取暖器作為替代品——小型取暖器有安全罩、電源開關等保護措施，可以使實驗過程更安全。為了解決紙條較硬、擺動現象不明顯且易受手抖干擾的問題，筆者首先將出風口稍稍聚攏以改善出風效果，聯想到風的產生會帶動小風車轉動，于是在出風口上安裝了一個探風裝置——金屬小風車，排除了手持紙條抖動的人為干擾。這樣一來，所有實驗器材不僅耐高溫，且實驗現象將更加明顯。

解決了以上問題，聯想到實驗內容是讓學生理解冷空氣會向熱空氣方向流動并因為這種流動而形成了風，其中的“冷”與“熱”需要實驗數據證實，于是筆者又在實驗裝置上加裝了一個雙顯溫度計，通過數字化實時呈現實驗盒內外溫差，加上煙霧的運動軌跡，幫助學生科學直觀地感受風的形成過程及成因。改進后的實驗裝置如圖2所示。

運用以上實驗裝置改進實驗教學過程，筆者在試教過程中發現了新的安全問題，那便是電子熱源小型取暖器因持續不斷地提供熱量，導致空間有限的實驗盒內溫度不斷升高，達到一定溫度后實驗盒發燙嚴重，學生在實驗過程中如果不小心碰到實驗盒，很容易燙傷。為了解決這個問題，筆者在小型取暖器上安裝了一個控溫器——控溫器連接小型取暖器并將探頭伸向實驗盒內，可以實時監測實驗盒內溫度并有效控制住了實驗盒內的最高溫：當控溫器上的紐扣電池溫度計所測盒內溫度達到所設定的最高溫時，電源會自動斷開；當溫度低于所設定的最高溫時，電源又會重新連通。第二次改進后的實驗裝置如圖3所示。

再次試教時發現，安全問題已有效解決，只是科學性上有待完善：首先，控溫器溫度用LED屏幕顯示，效果遠優于紐扣電池溫度計；其次，透過四面透明的實驗盒觀察煙霧運動的軌跡不夠清晰，遠處同學觀察比較困難，不利于演示實驗時使用。于是，筆者再次改進了實驗裝置：取消原室溫溫度計，將連通控溫器的實驗盒外溫度計改用LED屏，分別標記實驗盒內、外溫度，可以使實驗盒內外溫差一目了然。對于煙霧運動軌跡不夠清晰的問題，筆者在實驗盒的一個面板上設計了深色背景板，使背景板的高度高于出風口，便于觀察煙霧從冷空氣向熱空氣方向流動的完整過程，從而科學、直觀、清晰地呈現了風的形成過程。第三次改進后的實驗裝置如圖4所示。

教師在實驗方法設計說課過程中針對以上實驗裝置改進，須突出講明新裝置創新的原因、過程及思想方法：一是三角錐形艾炷代替蚊香段，實驗更安全，且煙霧的釋放更穩定；二是亞克力透明板材做實驗盒，有利于各個方位的學生觀察實驗現象，有助于小組合作，培養團隊意識；三是帶控溫器的電子熱源——小型取暖器代替蠟燭，可避免引燃其他物品，便于控制最高溫，減少了安全隱患；四是采用探風裝置——小風車的轉動代替紙條擺動判斷風的形成與否，同時設計深色背景板便于觀察煙霧，可以更直觀、清晰地呈現風的形成過程；五是安裝電子數顯控溫器與LED屏實驗盒外溫度計，數字化呈現實驗盒內、外的溫度，可以科學、直觀地輔助展示空氣由冷的區域向熱的區域流動產生風的完整過程。

三、實驗教學過程設計是實驗教學說課的核心

實驗教學說課相對于完整的教學說課而言，切入點較小，其說課內容一般是整課教學內容的局部。雖然它的重點在實驗教學環節，但教師陳述過程設計依然應當把它當作一堂完整的課例進行闡述。探索環節是實驗教學的重難點部分，也是實驗教學說課的核心部分，還是檢驗實驗教具是否有效改進的試金石。

以《風的成因》實驗教學說課為例，教師陳述該課教學過程設計，亦應始于情境創設：先是讓學生在生活中感受風，并由此提出“如何制造風？風是怎樣形成的？”等科學問題，聚焦本課核心學習內容，激發學生的探究欲望。然后讓學生帶著各種猜想進入實驗探索環節，引導學生經歷從提出問題、引發猜想，到提出假設、完善實驗方案，再到進行實驗探索、獲取證據、得出科學結論的猜想、實驗、研討的完整過程。通常情況下，學生的探索環節以小組為單位分工合作展開：首先鼓勵學生進行思維碰撞，大膽猜想風的成因；再引導學生以小組為單位嘗試設計實驗方案，閱讀課本并參考課本的實驗方法展開實驗探究，關注實驗注意事項；最后運用改進后的實驗裝置重新實驗，關注改進裝置中的關鍵物質艾炷、蠟燭在實驗中所起到的關鍵作用，記錄下自己在實驗過程中的收獲或困惑。為了使學生學會關注實驗過程中的科學現象，教師可預先設計好如表1所示的“《風的成因》實驗探究記錄表”，引導學生特別注意觀察實驗盒內外的溫度、煙霧運動軌跡、風車運動情況等，記錄下科學的實驗數據和現象，從中學會總結科學規律，培養團隊合作意識。如第6學習小組便據此記錄下了實驗盒外溫度為29.4度，實驗盒內溫度分別在32、36、46度時的風車運動由不動到慢慢轉動到轉動加快的過程，以及煙霧運動由部分煙飄進實驗盒、到很多煙飄進實驗盒、到很多煙飄進實驗盒并從出口飄出的完整實驗過程。

改進后的整個實驗過程，實驗現象非常明顯：數字化呈現了實驗盒內外的溫度，輕松引出冷空氣、熱空氣等關鍵詞；煙霧飄動方向明顯；小風車轉動現象直觀。由實驗現象觀察、記錄，到引導學生圍繞現象的產生展開科學研討，教師通過層層追問，如“探風裝置——小風車為什么會轉動？”“模擬實驗中的風是怎樣形成的？”等，使學生可以輕松得出冷空氣會向熱空氣方向流動便形成了風這一科學結論，從而順利突破了本課的學習難點。基于剛剛習得的科學規律，教師再次設問：“大自然的風是怎樣形成的？”以此引導學生將所學科學知識運用于提升生活認知。學生通過舉出生活中類似的例子，逐漸意識到科學與技術對人類社會的影響，從而培養了學生愛科學、學科學、用科學的科學情懷。

總之，實驗教學說課根植于實驗教學課堂，是教學研究與教學交流的有效形式，是教師在實驗課程備課中理性思考和實踐探索的產物。實驗教學說課能較好地解決實驗教學理論與實踐研究脫節的問題，可大大提高實驗課堂教學的有效性。（注：本文所用案例曾獲自治區中小學實驗教學說課比賽一等獎第一名，其中的創新教具——“風的形成模擬裝置”已申請國家專利。）

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］楊峰.數字化實驗教學引發的思考：以《化學反應中熱能變化的新觀察》說課為例［J］.中國現代教育裝備，2021（6）：30-32.

［3］王玉梅.提高小學科學實驗教學效率的策略研究［J］.天天愛科學（教學研究），2021（11）：183-184.

［4］高翔，葉彩紅.實驗教學說課的概念闡釋與價值審視［J］.中小學教師培訓，2017（8）：50-53.

注：本文系南寧市教育科學“十四五”規劃2021年度B類（自籌經費重點）課題“小學科學實驗器材改進與創新的實踐研究”（2021B068）的階段研究成果。

作者簡介：林湲（1991— ），福建龍巖人，本科，二級教師，研究方向為小學科學教學。

（責編 白聰敏）