創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝備 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

〔摘" "要〕" 《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，探究實(shí)踐活動(dòng)是培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)思維能力、探究實(shí)踐能力和提升小學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的主要路徑。科學(xué)教師要充分利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)，讓實(shí)驗(yàn)室成為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的主要場(chǎng)所。所以，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)裝備的優(yōu)化與創(chuàng)新，讓學(xué)生經(jīng)歷有效探究和實(shí)踐過(guò)程，對(duì)提升小學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)尤為重要。本文從創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝備、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行探索，力求設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的思維型探究和實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)提升小學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；實(shí)驗(yàn)裝備；優(yōu)化；創(chuàng)新；核心素養(yǎng)

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " "〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）" 07" " 097-099

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出，科學(xué)課程的總目標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。其主要包括讓學(xué)生掌握基本的科學(xué)知識(shí)，形成初步的科學(xué)觀念；掌握基本的思維方法，具有初步的科學(xué)思維能力；掌握基本的科學(xué)方法，具有初步的探究實(shí)踐能力；樹(shù)立基本的科學(xué)態(tài)度，具有正確的價(jià)值觀和社會(huì)責(zé)任感。

探究實(shí)踐活動(dòng)是培養(yǎng)科學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑，主要包括觀察、測(cè)量、觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)探究、模擬實(shí)驗(yàn)、制作、體驗(yàn)等活動(dòng)。其中，實(shí)驗(yàn)探究、模擬實(shí)驗(yàn)又是培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)思維能力、探究實(shí)踐能力和提升小學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的主要路徑。新課標(biāo)指出，科學(xué)教師要充分利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)，讓實(shí)驗(yàn)室成為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的主要場(chǎng)所，保證學(xué)生完成全部的必做實(shí)驗(yàn)。

因此，加強(qiáng)對(duì)探究實(shí)踐活動(dòng)的研究與指導(dǎo)，讓學(xué)生經(jīng)歷有效探究和實(shí)踐過(guò)程，對(duì)提升小學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)尤為重要。本文根據(jù)新課標(biāo)的要求，從創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝備、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案方面進(jìn)行探索，力求設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的思維型探究和實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)提升小學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

一、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝備，讓學(xué)生經(jīng)歷有效探究

隨著新課標(biāo)新教材的更新，許多學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材存在老舊缺失的問(wèn)題，已無(wú)法滿足新課標(biāo)的要求?！肮び破涫拢叵壤淦鳌！毙抡n標(biāo)要求教師根據(jù)教學(xué)需要，本著科學(xué)合理、安全可靠的要求開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教具。應(yīng)充分利用日常用品和材料，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新科學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)更貼近生活，讓課堂更有趣，使學(xué)生有更多動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。所以，我們以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝備為抓手，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的作用，實(shí)現(xiàn)提升小學(xué)科學(xué)核心素養(yǎng)的目的。

（一）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更典型

我們?cè)趯W(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中用心發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料，力求讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更典型。如在青島版科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《熱對(duì)流》一課中，我們發(fā)現(xiàn)使用木屑不能很好地展示熱在水中對(duì)流的路線，用高錳酸鉀顆粒代替木屑，則可以更形象地顯示熱在水中的傳遞過(guò)程。但在實(shí)際操作中，我們發(fā)現(xiàn)投放高錳酸鉀顆粒的多少、放在水中的位置也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，探究出最適宜的顆粒數(shù)量，并發(fā)現(xiàn)用吸管作為通道將高錳酸鉀顆粒直接送到水底中央，再輕輕拿出吸管，實(shí)驗(yàn)效果最好。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用這一方法，形象地展示了熱對(duì)流的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，實(shí)驗(yàn)證據(jù)更確鑿，幫助學(xué)生清晰地了解了熱對(duì)流的科學(xué)原理，也激發(fā)了學(xué)生的探究科學(xué)興趣。

我們嘗試設(shè)置專(zhuān)用實(shí)驗(yàn)裝置，使實(shí)驗(yàn)操作更規(guī)范。青島版科學(xué)三年級(jí)下冊(cè)《影子》一課中，需要實(shí)驗(yàn)探究影子形成的條件。教材中的實(shí)驗(yàn)選用白紙、手電筒和阻擋物探究影子形成的條件，學(xué)生在撤去白紙后，無(wú)法將白紙和屏相聯(lián)系，誤以為影子的形成與“屏”無(wú)關(guān)；探究影子變化的條件時(shí)，每次改變的光源距離與角度的值都不確定，導(dǎo)致影子的變化無(wú)規(guī)律，學(xué)生難以得出結(jié)論。

我們根據(jù)以上問(wèn)題對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)固定軌道和可移動(dòng)的光源，精準(zhǔn)控制三個(gè)條件“光源、阻擋物和屏”的有無(wú)。當(dāng)撤去一個(gè)條件時(shí)，影子無(wú)法形成，這種單一變量的探究，有效培養(yǎng)了學(xué)生控制單一變量的科學(xué)思維。同時(shí)，在探究影子的變化與光源的距離和角度有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在方格紙上記錄不同條件下影子的大?。寒?dāng)光源角度一定時(shí)，改變光源與阻擋物之間的距離，影子的形狀和大小就會(huì)發(fā)生變化；當(dāng)光源與阻擋物之間的距離一定時(shí)，改變光源角度，影子的形狀和大小也會(huì)發(fā)生變化。從而得出結(jié)論：影子形成的條件是光源、屏、阻擋物。

本實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，既能探究影子形成的條件，培養(yǎng)學(xué)生控制單一變量的探究思維，符合三年級(jí)學(xué)生的探究特點(diǎn)；同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)裝置也能探究光源的位置與影子之間的關(guān)系，一舉多得。本實(shí)驗(yàn)裝置獲第37屆山東省青少年科技創(chuàng)新大賽輔導(dǎo)員組科技創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)。

（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝備，使實(shí)驗(yàn)證據(jù)更確鑿

我們發(fā)現(xiàn)，在一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論抽象、學(xué)生難以理解的問(wèn)題。于是仔細(xì)研究原因，積極改進(jìn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置，將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置引入科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，力求實(shí)驗(yàn)證據(jù)更確鑿。

如青島版科學(xué)《水蒸發(fā)》一課需要實(shí)驗(yàn)證明“水蒸發(fā)時(shí)會(huì)使周?chē)鷾囟冉档汀边@一科學(xué)原理。課文中呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)方案是：用紗布包住水溫計(jì)的玻璃泡，觀測(cè)溫度；將水溫計(jì)放入水（室溫）中，浸濕紗布，靜置一段時(shí)間，待液柱靜止不動(dòng)后記錄溫度；將水溫計(jì)從水中取出，在一段時(shí)間內(nèi)觀察液柱的變化，做好記錄。

然而在實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)此實(shí)驗(yàn)存在三大弊端。

1.原實(shí)驗(yàn)只用一支溫度計(jì)測(cè)三個(gè)場(chǎng)景下（空氣、水中、水蒸發(fā)）的溫度，溫度計(jì)示數(shù)隨實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景不同一直處于動(dòng)態(tài)變化中。對(duì)小學(xué)生而言，這不利于其對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、分析。

2.原實(shí)驗(yàn)使用普通水溫計(jì)，難以精確測(cè)量溫度的細(xì)微變化，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行于初冬時(shí)節(jié)，此時(shí)室內(nèi)溫度低，蒸發(fā)速度慢，溫度計(jì)示數(shù)變化很小，如果紗布包裹太厚，含水量太多，短時(shí)間內(nèi)甚至看不到溫度計(jì)示數(shù)的變化，導(dǎo)致學(xué)生難以準(zhǔn)確收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.原實(shí)驗(yàn)不能直觀呈現(xiàn)水從多到少、從有到無(wú)的蒸發(fā)過(guò)程。在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，學(xué)生從始至終看不到棉紗中的水從多到少、從有到無(wú)的蒸發(fā)過(guò)程，所以難以將“水蒸發(fā)”現(xiàn)象與“周?chē)臏囟冉档汀边@一結(jié)果直接聯(lián)系起來(lái)。

針對(duì)這些問(wèn)題，我們創(chuàng)新了實(shí)驗(yàn)裝備與方法：在木架上固定3支試管，將3支數(shù)顯溫度計(jì)插入試管內(nèi)。實(shí)驗(yàn)方法：一是打開(kāi)數(shù)顯溫度計(jì)，等待數(shù)字穩(wěn)定后，觀測(cè)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前的初始溫度；二是將1號(hào)試管繼續(xù)置于空氣中，將2號(hào)試管置于室溫水中，將3號(hào)試管外部噴灑室溫水霧，使其處于蒸發(fā)中；實(shí)驗(yàn)時(shí)間6分鐘，每隔1分鐘記錄1次溫度計(jì)數(shù)據(jù)；最后分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處在于：可以全程直觀呈現(xiàn)被測(cè)物體試管在空氣、室溫水、水蒸發(fā)三種場(chǎng)景中的溫度變化，對(duì)比更鮮明；用數(shù)顯溫度計(jì)代替常規(guī)水溫計(jì)，能精準(zhǔn)呈現(xiàn)數(shù)據(jù)細(xì)微動(dòng)態(tài)變化，便于學(xué)生觀測(cè)并記錄數(shù)據(jù)；讓蒸發(fā)“看得見(jiàn)”，在試管外部噴灑水霧，學(xué)生能清楚地看到水從多到少、從有到無(wú)的蒸發(fā)現(xiàn)象，可視化的蒸發(fā)過(guò)程同時(shí)伴隨溫度計(jì)示數(shù)的不斷下降，學(xué)生能很容易得出并理解“蒸發(fā)會(huì)使周?chē)臏囟冉档汀钡膶?shí)驗(yàn)結(jié)論。

這一實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置獲第38屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽（山東賽區(qū)）輔導(dǎo)員科技創(chuàng)新成果二等獎(jiǎng)。

（三）巧用新材料，使實(shí)驗(yàn)效果更明顯

隨著新材料的不斷普及，我們也積極嘗試將新材料運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)裝備中，收到了良好的效果。在小學(xué)科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《熱傳導(dǎo)》一課中，常規(guī)使用的實(shí)驗(yàn)裝置是一根鐵棒，上面用火柴蘸取凡士林依次粘好，再加熱鐵棒一端，火柴棒會(huì)依次掉落，從而證明熱可以沿著固體從溫度高的地方傳遞到溫度低的地方。在實(shí)際操作中，學(xué)生因?yàn)槟挲g小，蘸取凡士林的量有多有少，無(wú)法準(zhǔn)確控制，實(shí)驗(yàn)中極易出現(xiàn)火柴不按順序掉落的現(xiàn)象，從而容易得出與科學(xué)原理相悖的結(jié)論；同時(shí)，原實(shí)驗(yàn)裝置存在熱傳導(dǎo)方向過(guò)于單一的缺點(diǎn)。

我們根據(jù)以上問(wèn)題，對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1.將三根金屬棒與圓形鐵片組合在一起，將單一的傳導(dǎo)方向變?yōu)槎嘣?，既有直線方向，也有360°方向。

2.選擇新材料溫變油墨涂抹在材料表面，將熱的不可見(jiàn)性轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)性。精心挑選淺粉色溫變油墨，當(dāng)它被加熱到60℃以上時(shí)，就會(huì)變成深桃紅色，實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)象非常明顯，實(shí)驗(yàn)操作對(duì)于小學(xué)生充滿神奇與趣味性。當(dāng)加熱三根金屬棒的一端時(shí)，可以看到金屬棒從這一端向另一端逐漸變色，圓盤(pán)被加熱的一端也變紅，并慢慢向四周擴(kuò)展。當(dāng)用酒精燈加熱圓盤(pán)的中心時(shí)，可以看到淺粉色的鐵片從中心向四周慢慢變成深桃紅色，熱在金屬棒與金屬圓片中的傳遞清晰可見(jiàn)。

3.實(shí)驗(yàn)中，酒精燈火焰容易受空氣流動(dòng)的影響，導(dǎo)致火焰晃動(dòng)，影響均勻加熱，本實(shí)驗(yàn)增加防風(fēng)罩，解決此問(wèn)題。

本實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)揮了組合的優(yōu)勢(shì)，改進(jìn)方法簡(jiǎn)單，易激發(fā)學(xué)生的興趣，實(shí)驗(yàn)操作更節(jié)省時(shí)間，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常明顯。此實(shí)驗(yàn)裝置中的三根金屬棒分別是銅、鐵、鋁，仔細(xì)觀察，它們表面溫變油墨加熱后變色的速度也是不一樣的，所以此實(shí)驗(yàn)裝置還可以用于證明不同材質(zhì)的金屬傳熱能力不同。本實(shí)驗(yàn)裝置獲第36屆山東省青少年科技創(chuàng)新大賽輔導(dǎo)員組創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)。

二、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行思維型探究

我們以青島版（六三制）科學(xué)教科書(shū)為例，加強(qiáng)課例研究與打磨，在優(yōu)化與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的思維型探究，有效提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

在青島版科學(xué)三年級(jí)上冊(cè)《土壤的種類(lèi)》一課“探究黏質(zhì)土、壤土、沙質(zhì)土的滲水性”實(shí)驗(yàn)中，教材上選用礦泉水瓶改裝成漏斗式裝置，選用黏質(zhì)土、壤土、沙質(zhì)土進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)使用紗布包裹，水倒入黏質(zhì)土、壤土土壤后長(zhǎng)時(shí)間不吸收不下滲，導(dǎo)致黏質(zhì)土和壤土的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近，區(qū)分度不高，甚至出現(xiàn)相反的結(jié)果。我們自制滲水性實(shí)驗(yàn)裝置，將紗布換成過(guò)濾紙，縮短滲水實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高了實(shí)驗(yàn)效率；同時(shí)在量杯上標(biāo)注刻度，有助于學(xué)生更好地觀察到不同土壤的滲水能力是不同的。我們利用身邊的材料加以整合，解決了教學(xué)中的重難點(diǎn)，提高了學(xué)生的探究樂(lè)趣。

在教學(xué)青島版科學(xué)三年級(jí)下冊(cè)《鞋底花紋的啟示》一課開(kāi)展“影響摩擦力的因素”模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，原實(shí)驗(yàn)是這樣的：實(shí)驗(yàn)一，分別在木板上和毛巾面用測(cè)力計(jì)拉木塊；實(shí)驗(yàn)二，在木板上用測(cè)力計(jì)拉加了兩個(gè)鉤碼的木塊。而在學(xué)生實(shí)際操作過(guò)程中，毛巾面非常容易褶皺，造成木塊卡頓，影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確測(cè)量；測(cè)力計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)小數(shù)，三年級(jí)學(xué)生還沒(méi)有學(xué)習(xí)小數(shù)的數(shù)學(xué)知識(shí)，不具備讀兩位小數(shù)的能力。我們根據(jù)以上問(wèn)題優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案：用砂紙代替毛巾，實(shí)驗(yàn)時(shí)操作更流暢；創(chuàng)新使用測(cè)力計(jì)，采用數(shù)格子的方法記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單易操作，收到良好的效果。

在教學(xué)青島版科學(xué)五年級(jí)上冊(cè)《地震》一課開(kāi)展“模擬地震的成因”實(shí)驗(yàn)時(shí)，原實(shí)驗(yàn)方案是通過(guò)擠壓毛巾，模擬地殼發(fā)生褶皺；通過(guò)折斷筷子，模擬地震發(fā)生產(chǎn)生震動(dòng)與發(fā)出聲音。該實(shí)驗(yàn)方法過(guò)于簡(jiǎn)單，不能形象、全面地模擬地殼的運(yùn)動(dòng)方式及地震發(fā)生時(shí)的情境。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上設(shè)計(jì)了三組結(jié)構(gòu)化模擬實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)一，擠壓或拉伸陶泥塊，模擬地球內(nèi)部高溫高壓產(chǎn)生的力量使地殼褶皺、錯(cuò)位；實(shí)驗(yàn)二，折斷竹筷發(fā)出聲響，產(chǎn)生震動(dòng)感，模擬地震時(shí)有巨響及震動(dòng)產(chǎn)生；實(shí)驗(yàn)三，彈動(dòng)吹塑板底部的皮筋，模擬地殼震動(dòng)，觀察吹塑板上面的積木倒塌，模擬地震造成樓房倒塌的嚴(yán)重后果。這樣的設(shè)計(jì)利用身邊常見(jiàn)材料，層層推進(jìn)，將抽象的地殼運(yùn)動(dòng)、無(wú)法復(fù)制的地震自然現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)的具象，深入淺出，得出結(jié)論水到渠成。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)小學(xué)生分析與綜合、比較與分類(lèi)、抽象與概括、歸納與演繹等基本思維方法的重要途徑。科學(xué)教師應(yīng)不斷開(kāi)發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)具，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索，讓學(xué)生在有效探究中，學(xué)會(huì)合理分析與綜合判斷各種信息、事實(shí)和證據(jù)，具備運(yùn)用證據(jù)與推理對(duì)研究的問(wèn)題進(jìn)行描述、解釋和預(yù)測(cè)的初步科學(xué)思維能力；具有對(duì)自然現(xiàn)象的好奇心和探究熱情，能基于證據(jù)和邏輯得出結(jié)論，實(shí)現(xiàn)提升小學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)小學(xué)科學(xué)的育人功能。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見(jiàn)[S].北京：教基〔2019〕16號(hào)，2019：11.