让实验改进 为探究助航——小学科学教学中实验改进策略例谈

浙江省绍兴市上虞区梁湖镇中心小学 吕文焕

让实验改进 为探究助航
——小学科学教学中实验改进策略例谈

浙江省绍兴市上虞区梁湖镇中心小学 吕文焕

本文结合笔者一线教学的课例，试着梳理当前小学科学教学中实验改进的四大策略：改在“概念顽固”时；改在“观察局限”时；改在“研讨遇阻”时；改在“理解困难”时。通过实验的改进和创新，帮助学生更好地理解科学知识，获得直观的实验效果和直接的科学经验，为有效地进行科学探究助航。

探究 实验改进 策略

小学科学是以观察和实验为基础的学科。精心设计实验，让学生通过亲身实验获得知识与技能是进行小学科学教学的关键。学生亲历各种实验，体验学习科学的乐趣，增长科学探究能力，获取科学知识，形成尊重事实、善于质疑的科学态度，从而提高自身的科学素养。

实验设计的好坏直接关系到教学的效率与成败。通过教学实践发现，在教材编排中，有些实验在实际操作过程中存在着不够完善之处；有些实验需要根据学生前概念认知适时地进行微调；有些实验则需要在教学遇阻时重新设计和补充……所以，我们科学教师要根据教学的需要，结合学生的认知水平，因地制宜地进行实验的改进和创新，帮助学生更好地理解科学知识，获得直观的实验效果和直接的科学经验，为有效地进行科学探究助航。笔者在课堂教学的打磨和实践中，对实验的改进有了更深的思考和认识。本文将结合一线教学课例，试着梳理当前小学科学教学中实验改进的四大策略，与诸位共商。

策略一：改在“概念顽固”时

在实验设计时，我们必须先了解学生现有的概念水平。前概念在学生科学学习中扮演着非常重要的角色，新概念的形成往往是建立在它的前概念基础之上。当科学概念和前概念比较一致时，学生就容易理解和内化；当科学概念和前概念相冲突时，学生原有的错误概念根深蒂固，不易纠正和改变。要转变学生的错误概念，仅仅告诉学生“正确”的概念是无效或低效的。我们只有在有效的实验改进中，让学生亲身经历实验的现象，在事实和证据面前实现由前概念向科学概念的转变。因此，我们教学过程中，要准确把握学生的较为“顽固”的前概念，有针对性地进行实验的改进，使学生的原有概念在动手实验中改变、发展和重建。

案例1：“没有磁铁，通电后的转子能转动吗？”

笔者在教学《神奇的小电动机》一课时，了解到学生根据生活经验，在前概念中认为电是万能的，小电动机的转动只是电在起作用。考虑到此前概念很难通过一次模拟操作进行改变与重构，于是我对实验进行了微调：

1.学生在了解电动机的构造后，教师引导学生讨论：为什么一通电，小电动机就能转动？随后交流多种原因猜想：电的作用、电磁铁与磁铁相互作用等。

2.教师将电动机模拟装置、导线及电池发给学生，并试问：你们能利用这些材料使转子转动起来吗？（学生异口同声：“能”。）

3.在动手操作后，学生发现通电后转子并没有转动，并开始思考原因。

4.教师随机引导：我们还需要什么才能使转子转动起来？

5.在教师的引导下学生明白了：没有磁铁转子是不会转动的。随后通过操作理解了小电动机的工作原理：用电产生磁，利用磁的相互作用转动。

上述案例中，从学生异口同声的“能”中可以看出前概念的“顽固”。所以我在教学时故意先不将磁铁发给学生。学生将转子放在支架上并接通电源，发现通电后转子还是没有转动。此时学生就会对自己的前概念进行修正，并想到再用磁铁能不能使转子转动起来。通过这一细节的调整，学生会对原有的错误概念进行纠正与改变，建构起新的正确的科学概念。

策略二：改在“观察局限”时

我们一贯倡导学生要像科学家那样真刀真枪地做科学，但小学生的年龄特征决定了他们的观察和操作能力是不能和成人相比的。这就要求我们在进行实验设计时，一定要充分考虑到学生的实际情况，选择学生身边熟悉且容易操作的材料，对实验进行有效改进，提高实验的效果和成功率。同时，实验成功且现象明显也能激发学生的兴趣，从而产生深入探究的强烈愿望。因此，我们科学教师要针对教材中现象较难观察、操作较难进行的实验进行有效的改进，确保实验操作的简便性和现象的直观性。

案例2：“音叉振动演示仪”

笔者在教学《声音是怎样产生的》一课时，教材编排中有观察“发声的音叉是否在振动”这一实验。教材建议将发声的音叉放入水中，观察平静水面因音叉振动而引起变化。此实验在教学中因时间限制，教师一般演示进行。但在实验演示时因水面与学生视线在同一平面，所以能观察到这一现象的范围较小，仅局限于实验演示周围的一小部分学生。又因实验现象时间很短，即使借用实物投影仪，实验现象也不是非常直观。所以我对实验进行了改进，如下图所示，将正在发声的音叉靠近用线悬挂的乒乓球。振动的音叉一碰到乒乓球，乒乓球就会向另一方向弹开，这一现象一直重复且弹开幅度逐渐减小，直至音叉停止振动。改进后的实验，能让学生持续5秒左右清晰地观察到音叉振动的现象。

在上述案例中，我选择了学生熟悉且容易操作的乒乓球作为实验器材，对原本操作较为烦琐、现象存在局限的实验进行了巧妙改进，使演示实验现象更为直观，实验操作更为简便。学生在观察过程中，很容易推断出现象与音叉振动之间的联系，从而进一步巩固“声音是由物体振动产生的”这一科学概念。

策略三：改在“研讨遇阻”时

自主活动与交流研讨是构成课堂科学探究活动过程的两个主要层面，承担着科学课教学目标达成的重任。活动后的交流研讨，是一个共享与分析、整理各种发现、想法、问题的过程。活动后的交流研讨是走向科学探究活动的重要观察标志。在交流研讨中，学生结合实验后的数据、现象进行大胆猜想总结及梳理。在交流研讨活动中，有时各小组、成员间会在证据及现象面前得出大家都认同的科学概念，探究活动顺畅；有时他们也会产生观点上的分歧，彼此都说服不了对方。虽然我们鼓励学生彼此间的相互争论，但时间一长势必影响课堂探究的脚步。所以在研讨出现阻碍时，教师应合理地设计和改进实验，通过直观的实验现象，解决研讨中出现的分歧，从而确保探究活动的顺利继续。

案例3：“线圈通电后是产生了磁性？还是变成了铁一类的物质？”

笔者在教学《电和磁》一课时，通过用铁钉和磁铁使指南针磁针发生偏转的演示实验，使学生明确了指南针磁针发生偏转的原因。紧接着，让学生学着奥斯特，做一做通电导线靠近指南针，磁针发生偏转的实验。实验后各小组对产生现象的原因进行了大胆的猜想，并在组间进行了研讨，主要是以下两种观点：

猜想1：通电导线产生磁性，与指南针磁针相互作用，所以磁针发生了偏转。

猜想2：导线原本是铜做成的，但通电后铜具有了铁一样的性质。靠近指南针后，磁针会吸铁，从而发生偏转。

这两种猜想都能阐明自己的理由，一时间彼此都没有确切的证据说服对方，研讨陷入了僵局。此时教师及时设计实验进行引导：出示一个直径很小的线圈和一根细铁丝，问学生：“如果给线圈通上电，它能吸住铁丝吗？”在与学生交流后得出：能吸引，电流产生的可能就是磁；如不能，那就有可能是铁了。在教师演示实验后，学生发现通电线圈能将铁丝吸住，一断电，铁丝就掉落了。从而得出电流可以产生磁性的科学概念。

在上述案例中，我们不难发现，学生的猜想源于对磁铁单元科学概念的有效建构。此时，教师应对僵局，设计了一个“通电线圈吸铁丝”的实验，解决了研讨中猜想的分歧，确保了科学概念的有效建构和科学探究的有序进行。

策略四：改在“理解困难”时

科学概念不仅是组成科学教材的基本元素，也是发展学生科学素养的基石。没有坚实的科学概念基础，发展学生的能力，培养他们正面的科学情感态度必将是一句空话。在教材编排中，每个单元都有若干个科学概念构成，每节课都有几个科学小概念需要建构。有些科学概念建构是通过实质性的科学探究活动达成的，而有些科学概念则是通过教材中文字的注解直接由教师讲解或由学生阅读获取。小学生因年龄小，认知能力较弱，对有些文字注解往往不能直接内化，从而影响后续探究的有效进行。因此，教师如果发现学生在科学概念的理解上出现困难时，要巧妙地设计实验，突破学生理解的瓶颈，确保探究的深入进行。

案例4：“换向器的工作原理”

笔者在教学《神奇的小电动机》一课中“小电动机里有什么”这个教学环节时，对转子中的部件之一“换向器”进行了重点教学，并设计了一个模拟实验。

在教材编排中，对于换向器的工作原理有这样2小段的注解：

◆换向器的作用是接通电流并转换电流的方向。

◆小电动机在转动的过程中，电刷依次接触换向器的三个金属环，通过转子线圈的电流方向就会自动改变。

从教材的编排意图可以看出，是让学生在自主阅读基础上，在教师的言语引导下理解换向器的工作原理。在具体的教学中，很多老师对此段文字尚不能透彻理解，学生更难以内化和理解。因此，我利用一只一次性杯子和三张不同颜色的小纸片，做成了一个模拟的换向器，如下图所示。让学生在小组内，用拇指和食指模拟电刷进行自主操作。学生发现随着“换向器”的转动，与“电刷”接触的纸片就会发生改变，从而真正理解了换向器的工作原理。

在上述案例中，小电动机内部部件“换向器”的作用是学生理解的难点，如只是让学生认识了什么是换向器并自读资料了解换向器的作用，真正理解的学生寥寥无几。通过实验的设计与改进，让学生进行模拟换向器的自主操作，使学生真正理解了换向器的作用，为后续探究作了很好的铺垫。

有效的实验改进的确能给探究活动起到推波助澜的作用，但在改进的过程中，我们不能盲目和随意，一味追求为改进而改进。在教学实践中，实验改进应在教材实验的基础上，以教学重难点的突破、科学概念的建构、认知理解的疏导及动手操作的简便等作为改进的依据，结合学生的年龄特点和实际情况，有的放矢地进行。

科学教师是学生与实验的沟通者、引导者、解释者。我们有责任、有义务结合教材实际，设计和改进符合学生认知发展的好实验，更好地帮助学生构建科学概念，提高科学探究能力。在日常教学中，我们要使科学实验在改进中完善，在改进中提升，在改进中高效，提高实验的可操作性、实用性、趣味性，将实验的价值发挥到淋漓尽致，让每一个学生都成为一个快乐的发现者。

[1]教育部：科学（3～6年级）课程标准.北京师范大学出版社

[2]喻伯军.小学科学教师专业能力必修.西南师范大学出版社

[3]北京桂馨慈善基金会.走向探究的科学课.浙江教育出版社

[4]陈华彬、梁玲.小学科学教育概论.高等教育出版社