實驗探究：小學科學教學的重要過程

王亞玲

有句俗語說，“學好數理化，走遍天下都不怕”，其中的“理、化”就是物理及化學，這兩門學科加生物學就形成了一個系統的知識體系，能夠解釋生活中常見的現象、科學道理、形態變化、生物規律等。小學階段的科學學科，則是這三門課程的基礎知識的融合，其中涉及簡單的實驗、變化的研究、現象的解釋。隨著核心素養體系的不斷完善，在小學科學學科教學中，教師要更注重培養學生的探究意識、實驗能力、動手創作能力等。本文以蘇教版小學科學三年級上冊“認識空氣”單元中的前兩節為例，闡述實驗探究在小學科學教學中的重要性及價值。

小學生認知事物的范圍有限，因此在很多現象的原理認知上還存在未知或者能力不足。但是，小學生具有思維活躍、想象力強、實驗動手興趣濃等優勢，因此，教師通過直觀的現象去引導學生思考，通過實驗去探究是非常有效的教學方式。

通過科學探究，學生可以積極主動地觀察、思考、提出問題，并通過實驗和實際操作驗證和解答問題。這種探究性學習方式可以激發學生的興趣，培養他們的創造性思維、問題解決能力和實驗設計能力。另外，科學探究和實驗還可以培養學生的觀察能力、實驗技巧、數據分析和推理能力。通過親身參與實驗，學生能夠更加深入地理解科學原理和概念，從而提升自身的實踐能力和科學思維方式。同時，科學探究和實驗可以培養學生的團隊合作精神和溝通交流能力。

在“認識空氣”這一單元中，我們知道空氣是無色無味的氣體，那我們怎么發現它的存在呢？我們平常呼吸的都是空氣，空氣占據空間嗎？如果占據空間為什么我們看不見、摸不著？那么空氣是有重量的嗎？怎么去稱重呢？面對本單元教學重點內容，學生無從可知，只有通過日常僅有的經驗去描述現象，但是原理無從可知。教師針對學生天性好動、實驗興趣強、想象力豐富的特點，深度結合實驗探究教學，不僅能讓學生學習到相關的科學知識，還能讓學生理解物質變化的原理，更能從核心素養層面培養學生的探究意識、實驗能力及科學思維。

一、“認識空氣”單元節選內容分析

1.“空氣占據空間嗎”

本節內容的難點在于學生無法從日常的見聞中發現空氣確實占據空間，只有通過實驗探究才能發現。

2.“空氣有質量嗎”

本節內容的難點在于學生無法用手去觸摸或者感知重量，只有通過實驗探究才能發現。

二、教學設計及實驗方案

（一）單元先導課教學設計及實驗開展

“認識空氣”單元先導課的重點是“空氣”的相關概念和性質。

1.首先播放微視頻——《地球上的空氣》，微視頻中涉及本單元的重點內容。

2.教師引導學生思考微視頻學習后的內容，讓學生通過生活中的空氣談一談空氣是什么樣的，有什么作用。

3.教師組織學生嘗試捂著鼻子和嘴巴，感受一下當人不能呼吸空氣時是什么感覺。

4.教師組織學生思考問題：（1）空氣是什么樣的氣體？（2）空氣有形狀嗎？（3）空氣有重量嗎？

5.為了進一步解釋學生的疑惑，教師組織小組開展下列實驗。

6.教師引導學生思考問題：（1）空氣有形狀嗎？（2）空氣有體積嗎？

7.通過實驗，學生大多能夠想到空氣本身不具有形狀，形狀的決定因素是外部環境；空氣應該具有一定的體積，因為瓶子垂直按壓存在阻力。

8.針對學生的回答和實驗結果，教師做更進一步的解釋，為學習“空氣占據空間”和“空氣有質量”埋下伏筆。

（二）“空氣占據空間嗎”教學設計及實驗開展

通過先導課的認識與學習，學生對空氣的理解包括：（1）空氣無色、無味、無固定形狀；（2）空氣是生物生存必要的條件；（3）空氣可能存在體積。但是學生的理解還不夠透徹，針對“體積”這個詞的解釋也不夠深入。

1.以《烏鴉喝水》這個故事作為引子，引導學生思考水為什么能夠溢出來。其關鍵就在于石頭本身有大小，石頭投進瓶子后，并擠壓水在里面的空間，從而導致水上溢，石頭的大小或者水上升的空間，就是石頭的體積。

2.教師引導學生回顧先導課實驗，要求學生自主嘗試并證明：空氣是否有體積，是否占據空間？

3.組織學生小組討論，并構思實驗設計方案。

4.當然，小組討論的結論不一定對，此目的是激發學生的科學探究意識和思維，沒有構思出實驗驗證方案也沒關系，重點是要有這個思考的過程。

5.教師演示第一個實驗：用手指堵住注射器空管的出氣口，按壓推棒，按壓到一個位置時，推棒無法繼續深推。此時提出思考問題：為什么不能繼續推進這個推棒呢？同時要求學生自己完成注射器實驗。

6.在學生完成實驗后，教師進行引導：“折射器中間這一段空間，就是空管中空氣的體積。空氣是一個由很多分子組成氣體，分子之間存在距離，通過壓縮，空氣的理論最小體積就出現了。另外，空氣是否占據空間呢？我們使用塑料袋和氣球實驗，也能夠證明，氣球內的空間和塑料袋的空間都充滿了空氣。”這個引導過程可能涉及跨度比較大的知識，教師此時就需要使用多媒體信息教學，播放相關的微視頻引導教學，在實驗的加持以及實驗結果的推理下，使學生理解微視頻的內容。

7.此時設計具有較強難度性的自主實驗環節，要求學生小組之間合作，自主設計實驗過程并完成實驗的驗證。

8.小組之間的團隊協作增強了學生的團隊意識，同時在小組中，學生不斷地思維碰撞與交流，為實驗設計提供了思路。當然，個別小組不能完成自主實驗的設計，此時教師給予需要針對性的輔導并點撥思路。

9.教師演示：用塑料泥封住瓶口，將兩只吸管插入瓶中，然后在一只吸管處吹入氣體，然后水從另外一只吸管中導流出來。演示完成后鼓勵并肯定小組實驗設計比較優秀的小組，同時點撥未完成的小組。

10.教師提出思考問題：（1）為什么水可以被導流出來？（2）這其中的原理是什么？要求學生畫出實驗示意圖。

11.教師提出新的思考問題：石頭有大小，占據空間，它的重量是比較重的；我們已經證明了空氣是有一定體積的，能夠占據空間，那么它有質量嗎？

（三）“空氣有質量嗎”教學設計及實驗開展

經過上述第11個問題的引導，學生對“空氣具有質量嗎”這個思考問題的困惑度上升了。有的學生回答道：“空氣沒有重量，因為如果空氣有質量的話，就會落在地面上，我們就不能呼吸了，現在能呼吸，說明空氣沒有重量。”有的學生還回答道：“空氣沒有質量，因為我們摸不著，也看不到。”

面對學生的疑惑，教師可以設置稱重實驗來開展教學。

1.教師提出問題：“空氣有質量嗎？”

2.學生討論并交流。

3.教師引導學生：“空氣的質量在于一定體積內的空氣壓縮后的重量，很小體積的空氣質量是微乎其微的。根據前面的實驗，我們發現空氣是可以壓縮的。那么接下來的實驗，我們就嘗試稱重壓縮后的空氣質量。”

4.教師演示實驗，并要求學生細心觀察。

5.教師引導學生思考問題：（1）天平的傾斜是什么樣的？（2）天平傾斜說明什么樣的問題？（3）假如我們在充氣囊中的空氣壓縮的量不多又是什么樣的結果呢？

6.教師引導學生自主嘗試“充氣囊中的空氣壓縮的量不多”的天平實驗，發現空氣壓縮量不夠多的時候，天平的傾斜角度沒有發生太大的變化。

7.教師進行課堂總結：（1）空氣是什么樣的氣體？（2）空氣能否占據空間？（3）空氣的體積是什么？（4）空氣有質量嗎？

三、總結

在上述的教學設計與實驗方案中，其實可以發現，在小學科學學科中諸多的現象或者原理需要通過實驗去驗證。實驗探究有助于培養學生的批判性思維和解決問題的能力。通過觀察、提出問題、設計實驗和分析結果的過程，學生不僅能夠學習科學知識，還能夠培養批判性思維和自主解決問題的能力。實驗探究可以鍛煉學生的觀察力和實踐操作技能。在實驗中，學生需要仔細觀察實驗現象并進行實際操作，從而培養準確觀察和實踐操作技能。

小學生的思維雖然比較活躍，但是他們無法解釋超出認知的現象及原理。例如，學生說“空氣雖然看不見、摸不著，但是不會有重量”。先導課中也讓學生實驗嘗試了沒有空氣的感受。因此，學生有一定的思考量，這時科學實驗探究顯得極為關鍵和重要了。沒有稱重的環節，學生無法明白空氣的質量是在一定體積空間下而言的，在日常生活中的空氣，其空間是整個地球，所以沒有壓縮后的空氣質量可以忽略不計。

再如，在學習第一個關于空氣體積的實驗后，學生已經知曉其原理，那么該怎么應用呢？怎么舉一反三呢？學生的科學核心素養培養如何實現呢？在隨后的自主實驗（吸管導水）設計中，實驗能夠促進學生思考與科學態度的養成，同時拓展學生的科學思維，強化了其實驗能力。

科學實驗是探究現象與驗證原理的重要方式。在科學學科教學中，教師就要做到以實驗為主，充分認知到實驗的重要性。教師應當鼓勵學生勇于提出“為什么”，當他們發現一個現象并無法解釋時，實驗起到了點撥與驗證的作用，讓學生親力親為地完成實驗，從實驗中養成細心觀察、科學實驗的良好習慣，同時“為什么”和“實驗”搭建了一個良性的邏輯關系，讓學生明白科學探究與實驗的意義。另外，實驗也為學生創設了一個鍛煉動手能力與激發想象力的平臺，在實驗的過程中，學生的團隊協作能力也得到了培養。

（作者單位：安徽省岳西縣教育局）

編輯：陳鮮艷