巧備實驗材料 創新實驗方法

劉敬丹

教育部《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》指出：實驗教學是培養創新人才的重要途徑。實驗教學是小學科學教學中重要的組成部分，提高學生科學素養的有效手段，為確?？茖W實驗教學的有序開展，教師需要加強對實驗教學特點以及學生實踐學情進行分析，通過實驗創新，有助于學生自主探究，建構科學概念，提升實驗教學效度。

科學實驗是小學科學實驗課的重要載體，是科學教學成功的關鍵因素之一。好的科學實驗能為學生搭建學習支架，提高學生的思維能力。而目前，科學這門課程還普遍被認為是“副課”，沒有引起足夠的重視，學校一般沒有專職實驗員。實驗是科學課堂中最常用的探究方式，但學生在實驗時常常會遭遇操作困難、觀察不易、器材不足等問題。在教學實踐中，雖然也有不少優秀的自制教具，但這些教具或是材料復雜，或是制作困難，難以面向全體學生廣泛地制作和使用。因此，準備科學實驗材料往往是最困擾科學教師實驗教學的問題，班級多、材料雜、時間短，以致科學實驗器材準備不足，難以保證科學實驗教學的正常開展。

在小學科學實驗中，我們能否對一些低成本的實驗器材加以改進？能否通過靈活組合不同實驗的器材降低操作難度？能否利用生活中隨處可見的材料，結合低成本、易制作、運用廣的要求，創新方法，幫助全體學生高質量地完成科學實驗呢？本文從科學教學的現狀出發，結合筆者科學教學實踐研究，對科學實驗準備提出以下幾點思考。

一、活用材料，凸顯實驗生活性

新課程改革強調教學內容與生活的聯系，走向生活，追求教學生活化，成為小學科學教學的基本理念。教學生活化體現在教學情境生活化、探究材料生活化、課外活動生活化。教學內容要貼近學生的生活，創設真實教學情境，用好生活中資源，讓學生體會科學就在身邊，處處留心皆學問。這樣，不僅能豐富科學教學資源，還能激發學生對自然的探究興趣。

在《植物的葉》一課的教學中，我們要讓學生通過觀察不同的葉子，發現不同葉子有顏色、形狀、大小等不同特征，進一步觀察對比發現它們有相同點：每一片葉子都有葉柄和葉片。在這一教學環節中，教材中提示給學生準備如芭蕉葉、竹葉、羊蹄甲葉等三片典型的葉子。但學生可能對一些葉子不熟悉，種類不夠豐富，缺乏實驗現象的真實性，學生在教師引導下，只是機械被動地學習葉子的結構，難以自主建構科學概念。筆者在執教中，精心策劃了一場“說葉子大會”，在上課前一周提前布置學生搜集幾種樹葉，帶到課堂上跟同學們分享自己所帶葉子的特點。合理開發生活中的資源，不對葉子種類做限制，讓學生就地取材，摘自己喜歡的葉子，提高了學生科學學習的積極性。課上分三個小活動探究藏在葉子里的秘密。首先，讓學生小組內交流討論葉子的特點;然后，小組間分享葉子的特點;最后，小組間互換葉子進一步觀察它的特點。

在活動中，教師要充分尊重學生的主體性，促使學生親近自然、欣賞自然、研究自然，從自己身邊熟悉的樹葉入手，自主建構植物的葉都有葉柄和葉片的科學概念，體會自然生活中的科學奧秘，保持對周圍世界的好奇心和求知欲。這樣，就打破了生活與課本的邊界，讓學生感受到科學就在我們身邊，激發學生對科學的興趣，養成日常觀察與探究的習慣。

二、精選材料，凸顯實驗驅動性

精選合適的實驗材料是科學探究活動的重要保障。筆者在執教《氣體的熱脹冷縮》一課，組織學生探究“空氣在受熱和遇冷會有什么變化？”這一活動中，需要用到一個裝置來收集氣體，教材中提示用燒瓶和氣球組合裝置。在實際操作中，用哪種瓶子，選擇什么型號氣球影響實驗效果。

筆者在實踐中發現：關于瓶子的選擇，如果用普通的塑料瓶和氣球組合裝置來做實驗，由于塑料瓶材料是PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯），這類材料耐熱性差，當溫度達到70℃以上時，容易膨脹變形。因此，用塑料瓶套著氣球來探究空氣受熱有何變化的實驗時，會出現氣球受熱先縮小后膨脹的現象，導致學生對空氣受熱膨脹的結論產生思維迷惑;如果用錐形瓶和氣球組合裝置來收集氣體，錐形瓶的瓶口太大，三年級的學生，動手能力較弱，套氣球這一步驟的難度會大大增加，影響實驗順利進行。關于氣球型號選擇，如果選用三寸小氣球，實驗現象雖然很明顯，但是由于小氣球口小，在封閉瓶口時，容易出現氣球口裂開，整個裝置漏氣，增加不必要的干擾;如果選用大氣球，套氣球這一步驟雖然容易操作，但由于空氣的熱脹冷縮的程度不大，因此在空氣受熱膨脹和遇冷收縮時大氣球都沒有明顯的變化（如圖1紅色氣球所示）。通過多次試驗發現用150ml規格的平底燒瓶搭配五寸的氣球這樣一套組合裝置來研究氣體是否有熱脹冷縮的實驗效果更佳。玻璃材質的平底燒杯穩定性好，傳熱性能強，將密閉裝置放入熱水中，燒瓶里的空氣受熱膨脹，體積變大，氣球脹大;將裝置放入冷水中，燒瓶里遇冷收縮，體積變小，氣球變癟。在實驗教學中，學生借助材料建構科學概念，材料可以讓學生有新的發現，但是不能受材料干擾，將學生引入迷途。因此，教師要從學生的認知水平和心理特點出發，精心設計，優選結構強的實驗材料來為學生搭建學習支架，凸顯科學實驗現象，助力學生科學概念的建構。

三、改進材料，凸顯實驗創新性

教師在準備實驗器材時，要充分考慮學生的實際情況，在讓實驗現象更明顯的同時，也要方便學生實驗操作，保證學生科學實驗的成功率。

在《空氣占據空間嗎》一課中，有一個魔力小實驗：把紙巾塞進杯子底部，豎直倒扣浸入水中，觀察紙巾是否變濕。這個實驗是驗證空氣占據空間的原理，倒扣在水里紙巾和水之間有空氣隔絕，所以實驗觀察到的現象是紙巾不會變濕。在一次試教中，由于分組實驗器材不足，筆者選用普通一次性透明杯來讓學生做分組實驗探究，但一次性透明杯很軟，承受不了水的壓力，當學生將透明杯豎直倒扣壓入水的過程中，邊緣變癟了擠出空氣，導致杯子進水，并沒有出現預先設計的紙巾沒有變濕的預期現象。教材中插圖提示用玻璃杯來做這一實驗，但對于三年級學生來說，在實際操作中，由于玻璃杯表面很光滑，放進水里由于水壓原因，拿起來時容易不慎掉落，甚至摔碎等問題?？此坪唵蔚囊粋€小實驗，往往可能出現因為實驗器材不合適，準備不充分等原因，導致實驗失敗，甚至影響學生對教師的信任感，以及動手做實驗的自信心。

筆者通過研究，在《空氣占據空間嗎》一課教學中，嘗試改進實驗材料，利用去底的普通礦泉水瓶（如圖2所示）來替換玻璃杯來做魔力小實驗，同時在水中加點色素，可以讓學生清晰觀察到有顏色的水和紙巾之間有一定透明空間，這個空間就是被空氣占據了。還可以進一步利用這套材料繼續探究空氣和水占據空間變化，輕輕在瓶壁打個小孔，當倒扣進入水中可以發現，從小孔有氣泡冒出來，由于在水壓作用下，空氣瓶子里原本被空氣占據的透明空間被水擠占，空氣被擠出，瓶子里水位上升，紙巾慢慢變濕。實驗材料的小小改進，即使實驗現象更加直觀明了，又降低學生操作難度，為學生搭建了學習支架，引發學生深入思考，不僅讓學生建構了空氣占據空間的概念，還理解了空氣占據空間可以改變。

隨著科技的進步，很多學校開展了創客社團活動。教師也可以充分利用學校資源，借助激光切割機和3D打印機等高效開發實驗創新教具。筆者在執教粵教版科學四年級下冊第19課《運動的物體有能量》一課時，教材中有一個碰碰棋實驗（如圖3所示），實驗原理是用鋼尺彈動棋子，通過記錄和對比棋子運動的距離，感受能量的大小。在實際教學中，學生采用教材實驗開展探究活動，存在操作難度大，難以控制單一變量，實驗結果不穩定等問題。首先，碰碰棋實驗中如果控制不好力度和方向，很難擊中到棋子;其次，尺子彎曲程度難以把握，大小棋子同時改變了速度和質量，難以控制單一變量;最后，多次實驗結果不穩定，難以觀察到直觀的實驗現象，實驗結果未量化，缺乏深度思考，難以建構科學概念。

為此，筆者通過軟件設計，用激光機切割創新制作了一個小球撞擊實驗裝置，如圖4所示。新裝置采用斜面和帶刻度的軌道，首先大大降低操作的難度，符合四年級學情特點，便于小組合作探究;同時實驗結果穩定，數據可測，讓學生從感性操作到定量研究，思維不斷加深;通過對比實驗數據，能讓學生直觀感受運動物體有能量，能量有大小之分，進而理解斑馬線上禮讓行人，不闖紅綠燈等交通安全知識，培養學生的規則意識。由此可見，借助科技創新開發自制教具，合理地應用到教學中，能有效地輔助學生學習。

科學實驗創新是科學現象的情境再現，能讓學生的感官思維更活躍，更有利于學生的感性認識上升到理論層次，更有利于啟發學生思維，更有利于學生直接參與到探究活動，激發學生的創新意識和創新潛能，提升科學素養。

凡事預則立，不預則廢。在開展實驗教學前，教師需要對實驗教學材料進行科學設計，活用實驗材料，精選實驗材料，改進實驗材料。在教師的正確引領下，學生就能突破實驗障礙，積極主動參與實驗探究活動?？偠灾?，教師應巧備實驗材料，創新實驗方法，為每個學生創造條件親身經歷科學實驗探究，讓學生能做實驗、會做實驗、喜歡做實驗，在實驗過程中，提升動手能力和自信心。只有這樣，才能真正提高小學科學課堂實驗教學效率。