小學科學想象實驗的教學嘗試

蓋 玲 王興林

（江蘇省徐州市銅山區大彭實驗小學）

科學想象實驗是指教師在小學科學教學中，運用已有的科學知識、科學規律、實驗經驗和思維方式，引導學生合理地進行頭腦中的科學想象、推測和遷移，從而完成新的實驗過程和結果的實驗。科學想象實驗是學生實驗中的重要環節，是動手實驗的有益補充和拓展，有助于培養學生的科學思維。教學中，教師要充分指導學生利用原有認知經驗、已獲得的實驗現象、科學規律等，創設實驗情境，通過推測、推想、類比、遷移等方法，在頭腦中進行想象實驗，逐漸修正、完善和優化原有的實驗情境，獲得新的實驗情境。在實驗的過程中，教師要引導學生對科學概念、科學規律進行遷移運用，深化對原有科學概念的理解，不斷完善實驗結構，培養探究能力和想象能力，提升解決問題的能力。

一、小學科學想象實驗的實施方式

從小學科學想象實驗的實施階段來看，其主要包括實驗前和實驗后兩種。實驗前的科學想象實驗，主要是指學生將具體的實驗過程在頭腦中推演出來，再進行動手操作；實驗后的科學想象實驗，主要是指學生能夠根據基礎實驗所獲得的實驗現象、科學概念進行的遷移、類比和運用等。科學想象實驗有利于學生深刻理解科學概念、遷移應用科學規律，并形成完整的知識體系。在教學中，教師可通過以下幾種方式促進小學科學想象實驗的有效實施。

（一）推演實驗過程

實驗過程推演是通過分析、推想實驗過程中可能出現的事件、現象進行推斷的一種科學方法。此方法一般用于對復雜的研究或對未知科學領域的探索。實驗過程推演的基本思路是：在實驗過程中對可能發生的事件和現象進行推測，并通過觀察和分析實驗結果，進而對這些推斷是否正確進行實驗驗證。這種方法能幫助學生更好地認識自然現象，對今后新的發現具有指導作用。學生實驗前的推演對他們進行實驗操作具有一定的幫助，主要包括以下四方面。

一是預測結果。通過推演實驗過程，對實驗結果進行預測，可使學生對實驗中可能出現的問題提前有所了解，減少實驗失敗的幾率。

二是優化實驗設計。推演實驗過程可以幫助學生優化實驗設計，確定最佳實驗條件，提高實驗效率和準確性。

三是節約時間和成本。通過推演實驗過程，在實驗前可以模擬多種情況，減少實驗的次數和時間，降低實驗成本。

四是提高實驗可重復性。推演實驗過程可以幫助學生確定實驗步驟和條件，提高實驗可重復性，保證實驗結果的準確性和可靠性。

例如，教科版科學教材五年級下冊“熱在金屬中的傳遞”這節課，教材上設計的是“在金屬條上涂上感溫油墨，如果在一端加熱，金屬條上的感溫油墨顏色會發生怎樣的變化？”“推想熱在金屬條中是怎樣傳遞的？”學生根據感溫油墨受熱會由紅變白的現象，在頭腦中進行推演，運用想象實驗的方法推想熱由溫度較高的部分傳到溫度較低的部分，然后再進行實驗操作。這樣，學生由觀察到的實驗現象推想熱傳導的過程，深刻理解了熱傳導的內涵。可見，實驗過程推演可以讓學生不是直接動手操作，而是推演實驗的步驟、操作過程，了解設計實驗方案后預期得到的實驗現象等。經過推演，學生熟悉了實驗的操作要領，理順了實驗的步驟和順序，提高了實驗效率。

（二）推測實驗現象

學生的科學想象實驗，可以通過對實驗現象的推測來展開。教師要指導學生借助已獲得的、比較明顯的、直觀的實驗現象，在頭腦中進行合理的想象和推測，并完成相關實驗，這是易于實施的科學想象實驗形式。雖然以想象的形式進行推測、推想和說明，但是實驗的方法和過程是科學的，有充分依據的。在科學教學中，由于考慮到學生操作時的安全，有些實驗不能讓學生親自動手操作，教師可引導學生根據已做過的實驗或已知的實驗現象，利用科學想象實驗，在頭腦中進行想象操作，從而推出未做實驗的成果，這樣學生對完整的科學概念會理解得更加深刻。

例如，在研究“食鹽溶解快慢與水的溫度有關嗎”時，教師指導學生取30 毫升熱水（60 ℃）和冷水（0 ℃）各一杯，另取相同質量的兩份食鹽同時放入兩杯不同的水中。當學生對實驗進行觀察并記錄后會發現，熱水使食鹽溶解得更快。此次對比實驗，在沒有讓學生操作、避免傷害的情況下，選用了溫度較高的60 ℃熱水。這時，教師引導學生根據已經得出的實驗結論進行想象實驗：如果水的溫度再高一些，溶解的速度會更快嗎？學生通過想象，很容易得出這樣的結論：溫度越高的水，溶解食鹽的速度就越快。

（三）推想變化規律

推想是學生根據所獲得的信息進行推測和想象，以求得到事物內在的變化規律，形成完整的科學概念。小學生主要是通過觀察和實驗來獲得事物的特征和外部形態的變化。這些特征和變化通常都是散亂的，沒有建立聯系。所以，教師要創造條件，引導學生根據已知事物的變化過程，借助頭腦中的想象實驗，將其加以聯系，并對變化規律進行分析、比較、推想，使學生的思路不斷擴大。

例如，教學教科版科學教材四年級下冊“油菜花開了”一課時，教師循序漸進地引導學生認識花與果實之間的關系，使學生對花發展成果實的整個過程有一個很好的認識。在學生對油菜上的花從花蕾到盛開再到凋零的全過程進行詳細觀察后，教師指導學生在頭腦中推想油菜花的花蕾將來變化的規律。接著，教師向學生展示其他植物的花蕾，并指導學生展開想象實驗，并對花蕾將來會發生什么樣的變化進行推想。學生根據觀察到的現象進行推想，很快就指出：花蕾會慢慢地長大，也會凋謝，凋謝的位置就是小果子長出來的地方。這樣推想的過程使學生認識到，與油菜花生長變化規律相同的植物還有很多，從而對植物開花和結果過程形成較好的認知。

（四）類比本質特征

根據小學生的年齡特點，其正處于具象思維階段。雖然小學科學實驗的過程、現象、結果要盡量直觀、清晰，但是實際實驗中也有一些不能清晰、完整地呈現過程和細節的實驗現象。為了幫助學生對這些不直觀的實驗現象和實驗細節進行感知，類比本質特征就是一種便捷有效的教學方式。教師可以引導學生類比具有相同特征的實驗現象，啟發學生展開想象，使其在腦海中形成相應的實驗場景和實驗現象，進而獨立完成科學想象實驗。比如，教師可以選擇色彩鮮明的材料替換實驗現象不顯著、學生不易觀察的材料，引導學生有目的地進行探究活動，從而推出一些實驗現象中不明顯、不易覺察的事物，最終找到這些事物的本質特征。

例如，教科版科學教材四年級上冊“食鹽的溶解”一課，在食鹽溶解過程中，食鹽是如何分散溶解并均勻地溶于水的？學生往往不能用肉眼去準確地觀察。由于高錳酸鉀的顏色比較明顯，在水中的溶解過程是清晰可見的，因此，教師可選用高錳酸鉀替換食鹽做溶解于水的實驗，指導學生根據高錳酸鉀的溶解現象想象食鹽的溶解過程，進而得出食鹽的溶解也像高錳酸鉀溶解那樣，幫助學生理解“溶解”這一科學概念，并引導學生通過類比本質特征開展食鹽溶解過程的想象實驗。對于高錳酸鉀溶解于水的現象，學生一般都能清楚地觀察。學生會發現，高錳酸鉀溶液是均勻的，靜置后不會自行沉降。這樣，教師通過指導學生進行想象實驗，使學生從高錳酸鉀的溶解過程類比出食鹽在水中溶解的變化特征，并最終掌握了“溶解”的本質特征。

此外，教師還可以指導學生通過科學想象實驗概括事物的共同特點、遷移應用科學規律、梳理單元內容等方式進行學習，從而培養學生解決問題的能力和想象能力，不斷提升學生的探究水平。

二、小學科學想象實驗的教學策略

為了更好地實施科學想象實驗，教師要不斷創造條件，采取相應的教學策略，給學生搭建科學想象實驗的平臺。

（一）挖掘實驗素材，搭建想象實驗平臺

在開展科學想象實驗時，選擇合適的實驗素材非常重要。如何挖掘科學想象實驗的素材呢？教師可以從以下三個方面入手。

一是選擇與學生生活相關的實驗素材。教師可以在學生日常所接觸的事物中尋找實驗素材。比如，可以以學生喜歡的玩具或食物為例，讓他們想象這些物品的制作過程和如何改良。這樣，學生就能夠更好地理解科學實驗與他們的生活息息相關。

二是選擇與學生學習相關的實驗素材。比如，可以選擇與科學、數學等學科相關的實驗素材。學生在科學學習時，常常需要通過實驗來觀察和驗證一些知識和理論，而科學想象實驗就可以幫助學生更好地理解這些知識和理論。

三是選擇具有開放性、多樣性的實驗素材。學生的想象力是無限的，因此教師要挖掘那些具有開放性、多樣性的實驗素材，讓學生從自己獨特的角度去想象和創造。比如，可以選取一些不同材料、形狀、顏色的物品，讓學生進行組合、拼接和改造，激發他們的想象力和創造力。

可見，選擇合適的實驗素材非常重要，它可以幫助學生更好地理解科學知識。同時，教師也應該讓學生建立正確的科學觀念和實驗意識，注重實驗過程中的安全和規范，這樣才能讓科學想象實驗發揮出更多的價值。

（二）關注學生差異，優化科學想象實驗

科學想象實驗是一種開發學生科學想象力的探究活動，它可以幫助學生從感性經驗中提煉出科學概念，并將它們轉化為具體的實驗操作，對培養學生的創新能力、科學思維能力和科學知識的理解力都具有重要作用。對于科學想象實驗，不同的學生具有不同的能力和理解程度。因此，教師要關注學生的差異，針對不同的學生制定個性化的教育方案，給學生精心安排不同的實驗任務。

對于喜歡思考和動手實踐、對科學充滿興趣的學生，教師可以選擇趣味性和實踐性更強的實驗，也可以選擇一些具有挑戰性的實驗，以激發學生的學習興趣和動手實踐的意愿，鼓勵學生積極參與想象實驗活動，并感受成功的愉悅感。比如，設計有趣的實驗關卡、趣味實驗小組等，在提高學生學習效率的同時，也能增強他們的參與度，激起情感共鳴。對于認知水平較低、理解能力較弱的學生，教師應該選擇富含圖像、實物和動畫以及有助于激發想象力的實驗，幫助學生理解實驗過程中的關鍵點和科學原理，解決實驗過程中遇到的問題。

為了優化科學想象實驗，滿足學生的不同學習需求，教師除了需要關注學生差異外，還需對實驗內容深入研究，以找出更加多樣化且適合不同層次學生的實驗方案，加強對實驗結果的分析和解讀，從而激發學生的探究興趣，培養學生的科學探究意識，幫助他們更好地掌握科學想象實驗技能和科學知識。

（三）依托多元評價，助推想象實驗效果

評價對提高學生想象實驗的效果能起到重要的作用。教師要樹立以學生為中心的教學理念和評價理念，注重學生在科學想象實驗過程中的表現和結果，并將過程性評價和終結性評價相結合，采用教師評價、同伴評價和自我評價等方式來促進學生科學素養的提高。多元評價是指根據學生的不同能力和表現，利用多種測評方法和工具進行全方位、多角度的評價。這種評價方式有助于教師準確地了解學生的優勢和不足，為制定個性化教學方案提供依據。對于科學想象實驗，多元評價的應用可以進一步推動其效果，具體表現如下。

一是促進學生想象實驗的參與度。想象實驗是一種強調學生主動思考和參與的教學方式，而多元評價可以使學生認真對待實驗過程，使自己的表現得到評價，從而提升他們的學習興趣和參與度，讓學生更加積極地思考和表達。

二是準確評價學生的表現。想象實驗難免存在操作難度大、實驗結果不太準確等問題，而多元評價可以采用多種評價手段，包括觀察、記錄、測試等，綜合評估學生的表現，彌補單一評價手段的不足，提高評價的準確性和客觀性。

三是多元評價的本質是個性化評價。想象實驗旨在培養學生的創造性思維、想象力和實驗操作技能，通過多元評價可以了解學生的個體差異，發現每個學生的擅長領域和不足之處，為制定個性化教學方案提供科學依據。

四是實現教學效果動態跟蹤。通過多元評價可以實現對想象實驗教學效果的動態跟蹤。教師要根據學生的表現調整教學策略，細心留意學生的學習情況，發現問題及時解決，并及時評價學生的進步與不足，為下一階段的教學做出準確判斷。可見，依托多元評價，有助于提高想象實驗教學效果；通過多種方法論定學生的表現，可以讓學生更好地參與到實驗活動中，同時為教師制定更加科學的教學方案和跟蹤教學效果提供有力支持。

總之，科學想象實驗是基于觀察和基礎實驗在頭腦中完成的操作，是動手實驗的有益補充和拓展。在小學科學教學中，教師巧妙選取不同的實驗內容，采用適宜的教學策略，指導學生開展科學想象實驗，推動學生探究科學規律和加深對科學概念的理解，有助于培養學生的科學思維能力和想象能力，提升學生的科學探究能力，為培養學生的科學素養奠定堅實的基礎。