精于设计 巧在改进

滕俊玲

小学生学习科学的过程，常常是从观察现象、动手实验出发，经过形象思维和抽象思维形成概念、规律，然后再回到实践中去进行检验和展开的，是一个“实验——认识——再实践——再认识”的过程。在以“探究”为主要学习方式的科学学习中，实验具有无可替代的重要作用。一个好的实验设计具有帮助学生直观清晰的观察到现象，揭示实验所蕴含的科学道理，从而建立科学概念，提高实验能力，发展科学思维，培养科学素养的作用。反之，一个不合理不适切的实验设计不仅不能发挥其原有的作用，甚至会给教学带来负面的影响。

然而，在实际教学中我们经常会碰到许多“尴尬”的现象，从而导致实验教学无法顺利进行的后果。如：学生配套的实验包先天不足不可操作；实验设计复杂难以实施；实验抽象难以直观等等。面对这些问题，贵在“精”与“巧”。教师应当精心设计，巧妙地对实验适时、适地、适当地进行改进，从而保证科学实验高效地开展。

一、化偶然为必然

一切科学都来自实践，都是从科学实验和生产实践中总结发展起来的，小学科学也不例外。然而教材中的一些实验，学生操作时成功率不高，使得实验的成功很大程度上具有一定的“偶然性”，这样的结果不仅仅是浪费教师学生的精力和宝贵的时间，更可怕的是挫伤了学生科学探究的积极性，无法获得可靠的事实与依据。

教科版小学科学五年级下册《热》单元第6课《热是怎样传递的》有两个活动：热在金属条中的传递；热在金属片中的传递。通过实验让学生感知熱是怎样传递的，明白热总是从较热的一端传向较冷的一端。

教材中的实验要求在一段铁丝上每隔一定距离用蜡粘上一根火柴，将铁丝固定在铁架台上，火柴都向下悬挂，用酒精灯给铁丝的一段加热。观察哪端的火柴先掉下来？

根据教材的要求，课前我和学生用蜡进行了尝试。花了不少的时间才把火柴粘在铁丝上。一上课学生就反映粘不牢，许多火柴棒都掉了，实验现象无法观察。这么简单的实验为什么会不成功呢？通过观察，我发现问题出在蜡油上。我们都知道蜡烛燃烧时流下的蜡会在桌上凝固，由于蜡先要熔化成液体，然后滴在铁丝上，再往上粘火柴。但蜡的凝固时间快，且熔化后粘性不大，因此成功的不多。

在思考用什么来代替蜡油时，我无意中发现了烧菜用的猪油。猪油凝固后就具有粘性，相比蜡油要先加热变成液体凝固后再粘火柴棒更加简便，而且猪油受热熔化快，实验所需时间短，现象又明显。后来我又将火柴棒改为乒乓球，粘在铁条上，这样接触面大，比铁丝更容易粘贴。实验中学生能亲眼观察到猪油受热慢慢熔化，随后乒乓球掉落的过程，现象非常明显。改进后，教学中每个小组实验都取得了成功。后来，也有老师在教学中采用修自行车的黄油、凡士林等替代蜡油，也取得了好的效果。

科学实验只有获得可靠的事实与依据，学生才会对科学产生兴趣，并据此主动的进行科学探究活动。因此，对于一些只能“偶然”成功的实验，教师应重新进行设计和改进，化“偶然”为“必然”。

二、化复杂为简单

为了追求最佳的教学效果，我们看到很多老师在实验中花尽了心思，在材料上也是不断地推陈出新，以求最大的效益。因而教师准备的材料越来越多，也越来越“新”、“奇”，背离了实验的初衷。我们的对策是在实验中适当地运用减法，化“繁”为“简”，这样做反而取得意想不到的的效果。

教科版六上第一单元第四课《轮轴的秘密》的教学时，我们往往采用的都是螺丝刀来做实验。为了研究轮越大越省力的问题，有的老师自制了类似“喇叭”的教具（前端小、后端大，并且前端刚好能够套住螺丝刀的刀柄），不仅准备时不方便、花钱多，而且有一个重要的问题：那就是由于这一材料前端的口径是固定的，螺丝刀刀柄的大小必须统一，那么教师还要另外为学生准备好配套的螺丝刀。而另一位教师只是给学生准备了一块毛巾，让学生把毛巾裹在螺丝刀的刀柄上，增加了轮的直径，学生就在实验中感受到了“轮越大越省力”。

前一位教师对教学不可谓不用心，在材料的改进上花费了大心思。然而这样的效果只要一条普普通通的毛巾就能达到了，何不化复杂为简单，为教师、为教学减负呢？

同样可以化复杂为简单的还有教科版小学科学五年级下册《沉和浮》单元第6课《下沉的物体会受到水的浮力吗》一课，第一个实验让学生设计下沉的物体受到水的浮力的大小，要求测出这个物体小部分浸入水中、大部分浸入水中和全部浸入水中时受到的浮力大小。

实际教学中，如果按教材要求进行操作，问题纷至沓来，有的小组不知道“重物怎样算小部分浸入，大部分浸入”，有的小组反映“测力计的指针只上升了一点点不能读数”等问题。原因何在？实验中我们一般提供的重物是钩码。实验用的钩码质量为50克，重力约是0.5牛顿，它在水中受到的浮力约是0.1牛顿，而学生用的测力计的最小刻度一般是0.1牛顿。由于钩码高度小，要使一个钩码在水中分几个层次浸入，学生不易把握，且数据在测力计上也很难反映出来，原因在于这个变化在最小刻度0.1牛顿以下。

后来，我把三个干电池用透明胶带绑成条状（如图）。让学生把三个干电池看作是一个整体，明确一个浸入水中为“小部分浸入”，两个为“大部分浸人”，三个浸入水中为“全部浸入”。这样，学生容易把握浸入水中的干电池数，且每浸入水中一个干电池就有了0.45牛的浮力变化，数据大效果明显。三次实验以后，学生通过数据的观察与分析后，很轻松地找出了水中物体浮力大小变化的规律。

所以，化“繁”为“简”，把复杂的事情做简单，是教师在准确把握教材的基础上追求“简约”课堂的手段，更是教师智慧的体现。

三、化抽象为直观

心理学家鲁宾斯坦指出：“任何思维，不论是多么抽象和多么理论的，都是从分析材料开始……”教师可以放手让学生自己去发现规律、总结法则，但在这过程中必须提供丰富具体的物质载体，作为学生分析、综合、比较、抽象、概括的例证。小学生的思维正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维的过渡中，但仍以具体形象思维为主。因此，在教学中，我们应给学生提供足够的有结构的材料，获取具体直观的实验事实，从而让学生进行有效的科学探究。

在《光是怎样传播的》一课中，教材中安排的实验是用三张在同一位置打孔

的纸片，排成一排，在后面放一张没有打孔的白纸做屏，用手电筒照射，观察光的传播路线。实际教学中，学生能看到三个小孔在一条直线上的纸屏上会出现光点，而没有在一条直线上的纸屏上不会出现光点。由“光点”得出“直线”，仅凭这些现象就说“光是沿直线传播的”对学生来说比较抽象也比较牵强。

如何改进？在一次教学展示课上，有位教师设计的实验有了重大的突破。首先教师将打孔的纸片改为纱网。相比纸片只在最后的屏上留下光点，纱网则每张上都留下了光点。用眼睛看学生发现这些光点似乎在同一条直线上。接着教师又给每个组增加了一些纱网，纱网之间的距离变近了，更多更密集的光点通过观察可以发现几乎都是在一条直线上。最后教师利用课件展示如果有更多的纱网和更多的光点，把它们连起来，就形成了一条直线。从而学生很直观地看到“光是沿直线传播的”。接着教师又提供了第二组材料——塑料水管。塑料水管可改变弯曲度，能任意将其变成直管和弯管。学生通过实验发现直管时光能通过管子照射到下面，变成弯管时则不能照射过去，从而进一步深化了“光是沿直线传播的”这一概念。

《光的传播》一课，一直是教学中的难点，因为光的传播路线看不到，对学生来说太抽象了。教师通过对实验的改进，让抽象的现象变得直观，突破了教学难点，从而帮助学生从简明具体的现象与事实中清晰地建构了科学概念。

四、化隐性为显性

在教学中有的实验现象不明显或变化不大，学生在观察时很容易忽视。这种情况下如何将隐性的现象转变为显性的现象就显得尤为重要。

如，五下《热》单元第5课《金属热胀冷缩吗》一课中，观察“钢条受热后的变化”这一实验。做下水实验时发现这一实验存在这样一些问题：1、30厘米长的钢条加热后变长变粗所需的时间很长，课堂40分钟花不起；2、在钢条未加热一端钉上大头针，钢条受热膨胀后将大头针挤歪，效果不明显，大头针太紧挤不动；太松本身容易歪。

针对这些问题，我们教研组的老师对实验进行了改进：用铝片代替钢条，把两块铝片连接进电路，铝片之间留有一条缝隙。给铝片加热时，铝片受热后向四周膨胀，缝隙消失，接通电路，灯泡亮；加热停止后，铝片遇冷收缩，缝隙出现，电路断开，灯泡灭。因为铝片的传热比钢条快，既节省了时间也让实验现象变得更加明显。

在小学科学课中，许多现象都是隐性的，如热传递、热胀冷缩、电流、温度等等，如何将这些隐性的现象显性化，从而让学生从显性的现象中获取事实，解释事实，这就需要凭借教师的聪明与智慧了。

五、化分散为集中

学生进行科学探究需要保证足够的探究时间。然而教材中有的内容一课时要

进行好几个实验，这样很容易将探究的时间与学生思维割裂开来，不利于学生进行有效的探究。这时教师就可以根据内容化分散为集中，适时整合实验，保证探究的时間和探究中学生思维的延续性，从而提高探究的效率。

四上《溶解》单元第1课中要求过滤食盐、沙、面粉三种液体。如果每个小组都进行过滤的话时间来不及，器材一大堆，又担心材料过多反而影响了学生的探究；如果每个组只对一种溶液进行过滤的实验，学生不能观察到三种溶液过滤后的现象，不利于“溶解”这一概念的建构，而且从情感上来说学生总会觉得有点遗憾。

实际教学中，我把三个过滤漏斗组装在一个铁架台上（如图），每个组都同时对食盐、面粉、沙的水溶液进行过滤。通过这一改进，每个学生都能亲手进行过滤实验的操作，同时对三种液体进行过滤，又节省了时间。学生在过滤结束后通过观察三张滤纸很明确地得出了面粉像沙子一样被留在了滤纸上，所以是不能溶解在水中的结论，同时进一步完善了“溶解”的概念：溶解了的物质是不能用过滤的方法分离出来的。

类似实验分散的内容还有《怎样得到更多的光和热》一课中分别对不同颜色的纸袋测试温度，并对不同摆放方式的纸袋测试温度的高低等，教师都可以进行整合。

某些实验的集中与整合，不仅使实验的过程简明简约了，更重要的是学生在实验中的思维路径清晰了。这样做，有利于学生科学思维能力的培养与发展。

结束语

实验是小学科学的基础，实验教学有利于激发学生的兴趣，培养学生的动手能力，又能帮助学生建构科学概念，掌握科学研究的基本过程，形成科学的思维方法。然而只有在科学实验的成功开展下，学生才会对科学产生兴趣，从而主动的进行科学探究活动。因此教师要在教学中精于设计，巧在改进，这一预设小学科学实验的双刃剑，将极大地提高小学科学实验的开展与效率。

【参考文献】

[1]《科学（3—6年级）课程标准》（实验稿） 北京师范大学出版社 2002.4

[2]《小学科学教师专业能力必修》 喻伯军 西南师范大学出版社 2013.6