實驗材料的選取和處理

◇史瑞娣（江蘇：宜興市新莊小學）

實驗材料作為小學科學探究活動中必不可少的對象，也是科學實驗順利開展的必要條件。隨著對科學教育重視程度的不斷提升，科學教師也更加注重實驗材料的選擇，并不斷優化材料的選擇機制?？茖W教師越來越重視對科學實驗材料的選擇和優化。合適的實驗材料能夠更直觀地展示實驗現象和原理，激發學生的學習興趣，提高其參與度和探究精神。同時，實驗材料的選擇還需要考慮到安全性和可操作性，確保學生能夠在安全的環境中進行實驗，并能夠順利完成實驗步驟，達到操作要求，進而讓學生在不斷探究中深化科學知識。與此同時，教師還應當考慮材料的啟發性，啟發和支持學生積極有效地與材料構成互動關系，為科學探究保駕護航，為落實學生科學素養打下堅實的基礎。

一、內涵詮釋：什么是小學科學實驗材料

（一）材料和實驗材料

“材料”即物質，主要用于制造器件、構件、機器或其他產品的物質。材料的性質由自身的組成成分和組成結構而定，這是就材料本身而言的。而小學科學中的“實驗材料”是指更好地使科學課堂目標內化為學生核心素養的物質化材料，如實物、標本、模型、裝置等。這一“材料”是為完成“科學活動”的既定目標而準備的，是解釋科學概念、說明科學現象的載體和基礎，是一種顯性化的思維呈現?！翱茖W活動”離不開“實驗材料”，“實驗材料”是“科學活動”開展的手段和方式；但同時“實驗材料”只有契合“科學活動”的主題，能清晰、可視、有序呈現現象和規律，才是有意義有價值的。

（二）實驗材料的分類

小學科學“實驗材料”大致分為觀察實驗材料、實驗操作材料、制作搭建材料等幾大類。觀察實驗材料主要指為學生提供觀察的對象或者觀察工具，例如魚、螞蟻等小動物，葉子、莖等植物的器官等；觀察工具有放大鏡、顯微鏡、溫度計等。實驗操作材料為學生準備的活動和實驗的材料，如實驗室材料濾紙、磁鐵、膠棒等，生活材料繩子、一次性紙杯、橡皮筋等。制作搭建材料是為學生提供的材料和工具，如木工工具箱、金工工具箱等。

（三）材料準備的注意點

小學科學“實驗材料”準備時，建議給足學生思考和討論的時間，讓學生在材料準備和科學活動目標的辯證關系中去推敲和調整。必要時，還可以通過給半成品的方式讓學生完成實驗材料，鼓勵學生利用常見的生活材料去準備。在“實驗材料”投放時，要注意各組之間材料的可變性和一致性以及材料的開放性和可操作性等。

二、價值追尋：選擇并利用好“實驗材料”的積極意義

（一）落實核心素養的有力保障

設計合理的實驗材料、選擇有結構的實驗材料、操作使用好實驗材料，是學生在參與整個科學（觀察、探究、實踐）活動時的重要技能和環節。材料的準備和使用是形成科學觀念的必經過程，是培養科學思維的有效途徑，是鍛煉科學探究實踐能力的有力載體，是形成立足證據、樂于探究、追求創新、合作分享的態度責任的重要保證。

（二）形成高效課堂的必要手段

實驗材料的好壞將直接關系到科學課堂教學的質量高低。在科學課堂的有效時間和有利的空間里，如果能夠合理使用材料、選擇材料、運用材料，借助材料讓學生進行科學探究，那么這樣材料會有助于學生建構正確的思維框架，開展操作實踐，思維鍛煉，做中有思，思中有創，讓每一位學生感悟獲取科學學習的方法與過程，經歷活動中收獲的喜悅，使我們的科學課堂教學更加高效、更加扎實。

（三）實施探究實踐的有效載體

科學探究式學習是科學學習的主要方式。在探究式學習中，需要學生通過簡單有結構、感興趣又熟悉的實驗材料來進行觀察和實驗，通過激發學生的探究欲望進而讓學生主動參與實驗探究，在自主參與實驗的過程中深化對科學知識的理解與應用，提升學習效果。因此，科學課的材料準備和操作規范是關系科學探究成效的兩個重要的因素。

三、策略演繹：如何優化小學科學實驗材料

（一）基于生活經驗，優化實驗材料

基于生活經驗優化實驗材料，從學生熟悉的材料入手，能夠拉近學生與科學材料的距離，進而激起學生的探究意愿?；谏罱涷炦x擇的實驗材料，學生對材料本身已經有一個基礎的認識，進而為高效開展科學實驗奠定基礎。

例如，在引導學生探究“水的蒸發快慢與什么因素有關”這個問題時，可以選擇學生熟悉的飯鍋和水作為實驗材料。通過觀察和記錄燒開水的時間，師生共同探討影響水的蒸發速度的因素。學生可以提出的因素有：火力大小、鍋蓋有無、室溫高低等，通過實驗，學生可以比較不同條件下水的蒸發速度的差異，并得出結論。這種基于生活經驗的實驗材料設計，使學生能夠將實驗與日常生活聯系起來，更好地理解水的蒸發與環境因素的關系。學生在實驗過程中不僅能夠自主觀察和實踐，還能夠動手操作并記錄數據，培養科學的思維能力和實驗技能。通過創設這樣的生活情境，學生可以更加投入地參與實驗，激發他們對科學的興趣和好奇心。同時，基于生活經驗優化實驗材料設計，能夠幫助學生更深入地理解科學原理，提高學習的效果。

（二）基于探究需求，優化實驗材料

教師需要思考實驗材料是否能夠激發學生的興趣，使他們在感興趣的活動中引發與探究主題的關聯。同時，實驗材料也必須滿足探究活動本身的需求，具備有效性和可操作性。為了實現這一目的，教師應了解學生的興趣和生活經驗，結合他們的實際情況確定實驗主題或問題。同時，根據實驗的目的和內容，選擇適當的材料和工具，保證實驗過程的安全性和可行性。此外，盡量選擇一些直觀和真實的實驗材料，能夠讓學生更容易理解和接受。

例如，在教學《地球的形狀》這一課時，為了更好地模擬帆船進出港的情境，我設計了一種類似于拱形結構可變兩用裝置的傘。傘面的弧形設計能夠更準確地模擬地球表面的曲率，讓學生更直觀地感受到地球表面是弧形的特點。在這個情境下，學生可以將小船放置在傘的表面上，并觀察小船在弧形表面上移動的方式。通過觀察和操作，學生可以理解帆船在進出港口時受到地球曲度的影響，需要通過調整航向來適應不同的弧度。當我們將傘面傾斜為相對水平的狀態時，它可以模擬平面地面。這種使用方式，可以讓學生更直觀地感受到水平地面的特點，同時也能夠幫助學生進行比較和對比思考。在這個情境中，學生可以將小船放置在傘面上，并觀察小船在平面上移動的方式。通過對比，學生可以深入思考為什么帆船在進出港口時需要考慮到地球表面的曲率，以及平面和弧形對航線的影響有何不同。這樣的設計，考慮了學生的實際操作需求，可以更好地支持學生進行實驗操作和觀察，進而深入理解地球的形狀。

（三）基于操作實踐，優化實驗材料

材料的優化選擇，是為了便于學生實踐操作，從而為科學探究活動提供良好基礎。因此，必須重視材料的實用性與可靠性。實驗材料應該簡單易操作，能夠引發學生的積極參與和親身體驗，同時也要確保實驗材料的可靠性，以保證實驗結果的準確性和可重復性。

例如，在研究“拉力大小與彈簧伸長之間的關系”這一活動時，我設計了一個自制的“拉力操作板”，以方便學生進行操作實踐。這個操作板的頂部固定了6 個等距離的釘子，并在豎直方向上設計了刻度標尺，刻度從彈簧的長度開始設置。這樣，學生所測量到的長度直接對應了彈簧的伸長長度。操作時，只需依次掛上相同的彈簧，并按照順序掛上1，2，3，4，5，6個鉤碼。隨著鉤碼的增加，彈簧的伸長長度也會逐漸增加。要同時保證學生使用同一個彈簧進行操作，以確保實驗結果的準確性。這個“拉力操作板”具有較強的操作性，操作難度較低，操作時間也相對較短。學生能在短時間內完成實驗操作，并快速發現拉力大小與彈簧伸長之間的變化規律。通過這個實驗，學生能夠直觀地觀察到拉力大小對彈簧伸長度的影響，進一步加深對彈簧性質的理解。

（四）基于典型特征，優化實驗材料

在優化實驗材料選擇時，應該注重選擇具有普遍性和典型性的材料，這樣的材料更有利于學生觀察實驗現象和收集實驗數據。通過觀察具有普遍性的現象，學生可以從表面逐漸深入本質，從一般到特殊的思維邏輯中建立概念。通過觀察和實驗，學生可以將這些典型特征與其他相關材料進行比較，找到它們之間的共同點和規律。這樣的選擇，可以幫助學生更好地理解和歸納所學的科學知識，培養他們的分類和歸納能力。

例如，教學蘇教版三年級下冊《種子發芽了》一課時，為了方便學生觀察和理解，我們應該選擇平時學生常見的、易于觀察的材料，同時又能有效捕捉到種子的普遍特征。在這個案例中，蠶豆種子是一個理想的選擇。蠶豆種子形狀較大，含有較大的胚乳，同時也有顯著的外部特征，如種皮的顏色和形態。選擇具有明顯特征的蠶豆種子作為觀察材料，學生就可以清楚地看到種子的各個部分，包括種皮、胚乳和胚軸。通過觀察，學生可以發現種子的普遍特征，例如它們都有種皮和胚乳。對于那些不利于形成和建立“種子”的概念的材料，我們應該盡量避開。如果選擇一些特點不明顯的種子作為觀察材料，學生可能很難發現其中的共同特征，從而無法建立起種子的概念。在觀察和實驗過程中選擇合適的典型材料，能幫助學生通過仔細觀察、抽象、歸納，從而建立起有關種子的概念。

（五）基于多元整合，優化實驗材料

不同種類的實驗材料都具有獨特的作用和優勢，通過將它們進行有效的整合，我們可以實現由個體到整體、由點到面的思維呈現。這樣的設計能夠幫助學生建構完整的科學概念，并滿足他們的探究需求。

例如，在教學“比較發現植物葉子的相同點和不同點”這一環節時，為了讓學生能夠有整體的發現，在準備樹葉的實驗材料時，我們需要考慮樹葉的各種特征，并選擇多種優化組合的材料。需要綜合考慮樹葉的大小、顏色、形狀、邊緣特征、厚薄、軟硬和氣味等因素，這些特征是學生進行比較和發現的重要依據。通過準備具有不同特征的樹葉，能夠幫助學生進行全面的比較和觀察，從而更好地認識植物葉子的多樣性。同時，可以從地域、環境等因素出發，選擇學生熟悉并且易于獲取的樹葉材料。例如，在學校里常見的樹種中選擇一些具有顯著特征的葉子，如香樟葉、銅錢草葉、廣玉蘭葉、紅楓葉、沙金珊瑚葉、黃楊葉等，這樣的選擇可以引發學生對身邊環境的觀察和思考，增強他們的親身體驗和學習興趣。在選擇葉子時，我們可以考慮將形狀相似但其他特征不同的葉子放在一組中，或將同一種樹木的不同年齡的葉子放在一組中。這樣的組合，可以激發學生的思考和討論，能夠讓他們在交流分享時有所得，在總結歸納時有更全面的收獲。

總之，實驗材料貫穿于科學探究活動的始終，對于課堂教學效果起著關鍵性作用。因此，教師在具體選擇實驗材料時，可以基于生活經驗、基于探究需求、基于操作實驗、基于典型特征、基于結構暗示、基于多元整合等，不斷優化實驗材料。只有科學合理地選擇應用實驗材料，才能保障科學教學過程的高效性。與此同時，教師還應當充分發揮自身引導作用，鼓勵學生主動觀察周圍材料，并能夠基于教學內容將這些材料運用到具體實驗當中，不斷豐富自身的科學知識，提升科學探究技能。