基于小学科学实验的创新设计

萧顺欢

【摘 要】小学科学是一门奠基学科，小学生的科学素养需要在课程内得到培育和落实。《全日制义务教育科学（3～6年级）课程标准》中提到：科学是一门以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程，而科学课程则是落实培养学生科学素养的最有效、最关键途径。

【关键词】小学科学；实验；创新

中图分类号：G623.6 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2016）36-0081-03

小学科学学科是一门奠基学科，小学生年纪还小，对科学的兴趣、对科学探究的热情和严谨，对科学技术和人类社会关系的理解，必须在课程内得到培育和落实。这样一来，影响学生一生的科学素养之根就深深扎下了。笔者高度认同《全日制义务教育科学（3～6年级）课程标准》的观点：这是一门以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程。课程是落实学生科学素养培养的最有效、最关键途径。笔者希望学生在课堂上的每一分钟都感到愉悦，感到美好，能让他们觉得回味无穷。因此，笔者在课堂上做得最多的是激發学生思考，要求他们完成简易的观察报告，强调将思考观察所得深刻化，强调将观察到的现象加以分析，并进行书面表达，从而使思维从表面走向深入，让智慧成型。

综上所述，小学科学实验是落实以上所有教学理念的关键，小学科学实验是培养学生科学素养的重要“营养”。因此，要求实验日新月异，创新配合教学的要求，下面是笔者对小学科学所做的一些创新实验设计。

一、根据教学内容创新实验操作，激发学生的科学思维

学生的天性就是喜欢玩，因此，怎样将授课内容与相应实验探究和学生的年龄特点相融合，并依托学生天性完成课程任务就是笔者每节课的教学目标，是笔者不断调整和改进教学的关键点，对教学中的探究实验不断进行改良。

例如，教学五年级下册“热”单元的第二课“给冷水加热”：“研究冷水在热水中先沉后浮的现象是否与其重量有关”的探究活动，笔者做了如下改良探索：

1. 教材提示实验需用的器材

装满水用气球皮封口的试管一支（把整支试管完全浸没在冷水中，然后在冷水中用气球皮把试管口蒙住、扎紧），砝码，天平，酒精灯，试管夹。

2. 教材提示的实验操作过程

（1）用天平称装满冷水用气球皮封口的试管，记录其重量数据。

（2）用试管夹夹着装满冷水的试管放在酒精灯上加热。

（3）把加热了的试管放在天平上再称，再次记录数据。

（4）比较冷热水两次的重量数据，分析数据，得出结论：冷水在热水中先沉后浮不是重量变轻的结果。

3. 对原实验设计不足的思考

（1）试管口的封扎。学生用玻璃试管装水，封口困难，稍微不注意或动作不正确，就会导致捆扎的试管残留有空气，会直接影响实验结果的科学性。

（2）天平的调试过程。用天平称试管重量时，学生需花大量的时间事前调节好天平，测量时也要慢慢调节天平，使之达到平衡的状态，完成的时间会较长，直接影响整个研究内容的时间分配。

（3）水温的变化。首先，学生用酒精灯加热试管的冷水不太安全；其次，无法准确知道试管里的冷水什么时候会变热，而且试管壁的温度肯定比试管里的水温高很多；再次，用天平称加热试管的过程中存在时间差，试管里的水温有下降的现象，也会影响实验数据的准确性。

（4）用天平测量的准确性对实验的影响。天平的分度值是0.5g，分度值比较大，若重量的变化范围在0.5g内，会直接推翻实验的结论。

4. 实验设计改进

（1）实验器材的改进。用塑料密封袋（替代试管）、纸巾一张、热水一杯、冷水一杯、精确的黄金秤、镊子。

（2）实验操作的改进。

第一，把完全没有空气、装满冷水的密封袋用纸巾轻轻擦干（把整个密封袋完全浸没在冷水中，装满水后，在水中封口），放在精确度精密的黄金秤上称，电子屏幕上迅速显示冷水的重量、度数，然后记录下来。

第二，把这袋冷水放在热水中，学生一起观察：装有冷水的密封袋在热水中是先沉后浮的。看到冷水浮起来后，用镊子轻轻将其夹起来，用纸巾擦干外面的水（确保表面是干的），再用手摸摸袋子的表面，检查冷水是否变热。

第三，把变热的密封热水袋再次放在黄金秤上称，记录变热后的重量数据。

第四，对比两个重量数据，准确、直观、快速地得出科学结论：冷水在热水中先沉后浮不是因为重量变轻。

5. 实验装置改良的效果

（1）用塑料密封袋替代了原实验设计的玻璃试管和气球胶皮，解决了捆扎试管的过程中因为残留有空气而影响实验结果的科学性问题，降低了学生实验前准备工作的难度，从而避免了学生因为在实验准备过程中的过失而影响实验的完成。

（2）通过观察一袋冷水在热水中所发生的变化，直观地展示了冷水在变热过程中所发生的现象及简单、可行地检查冷水是否变热。避免了对实验结果的不良影响，使实验能在直观、安全的环境下完成。

（3）用分度值是0.1g的精确黄金秤替代了分度值是0.5g的学生用天平，让学生便捷、直观、准确地对得到的相关数据进行分析，并能准确、科学地得出实验结论。

6. 对实验探讨的反思

（1）改进实验操作的目的。学生通过实验，不仅可以获得知识，掌握实验操作技能，更重要的是培养了不怕困难、不怕挫折、实事求是、耐心细致的精神，发展了科学实验思维。

（2）改进实验操作后学生主动探索求真的兴趣激发情况。目前的教科书和学生的生活实际还是有一定差距的，科学教师就应努力缩小这个差距，以有效达成课标。笔者认为，改进实验操作后，能激发学生参与学习的兴趣，能活跃课堂气氛，将死记转变为活学，变说教为探索。

（3）还需改进的地方。以后应注意选取效果明显的实验材料；要选取具有科学性的实验材料，要利于学生对知识的习得，防止因材料的片面性造成误导；要选取容易操作的实验材料，要从学生的动手能力和水平考虑，选取简便、安全的材料。

二、改良原教材的实验，帮助学生直观探究科学问题

课堂是培养学生科学素养最有效的关键途径。笔者希望学生在课堂的每一分钟都能感到愉悦，感到美好，因此，笔者常常在原教材实验的基础上进行改良。

例如：教育科学出版社出版的科学三年级“水与空气”单元的第七课“空气有重量吗”的活动一：做简易天平并验证空气有重量。

1. 原简易天平的实验设计

（1）需用的器材：三条细绳、两个图钉、一个气球，一根细长木条、一个笔帽。

（2）天平的组装方法。①在一根细木棍上用尺子确定一个中心点，并作上记号；②再在细木棍中心点的两侧面按上图钉，并拴上细线。

（3）原验证空气有重量的实验操作步骤。①在木棍的一侧拴上一个没充气的气球，另一侧拴上笔帽；②再提起木棍中心点的细绳，调节木棍两端的气球和笔帽，使简易天平达到平衡；③把气球充气后，再拴在简易天平上，观察实验结果。

2. 对实验设计不足的分析

（1）“在一根細木棍上用尺子确定一个中心点”，学生操作容易出现偏差。

（2）“再在细木棍中心点的两侧面按上图钉”，学生在细木棍上的中心点两侧按图钉，前后两图钉会出现偏差，难度高，容易出现事故。

（3）“拴上细线”就更不容易了，学生按图钉的力度不容易掌握，如果太紧，细线没位置拴上；若太松，图钉又会掉下来。即使掌握了按图钉的力度，但要在小空隙中拴上细线也不容易，完成的时间会较长。

（4）“在木棍的一侧拴上一个没充气的气球，另一侧拴上笔帽。”学生需花大量的时间。

（5）“再提起木棍中心点的细绳，调节木棍两端的气球和笔帽，使简易天平达到平衡。”在调节木棍两端的气球和笔帽时，学生难以使两点达到平衡。

（6）“把气球充气后，再拴在简易天平上”也不容易，需很熟练，才能把充气的气球拴上并不漏气，同时保证另一端的笔帽位置不发生移动。在此过程中，只要有微微地移动，实验结果都不准确。

（7）整个实验要求有一个学生提着简易天平来完成，若这个学生稍微震动或手的姿势改变，就会严重影响实验的效果。

3. 实验的改良设计

（1）改良器材为：方座支架一套、3条细绳、两个凤尾夹、两个大气球，打气筒、小木棒、记号笔。

（2）改革简易天平的组装方法。①在细木棍的两端用小刀各挖出一圈槽，然后把拴有型号相同凤尾夹的细线绑在细木棍两端的槽上；②把已绑好小圈的细线绑在细木棍的中间，细线位置不用准确的；③把完成的装置挂在方座支架上（固定好两端的拴有型号相同凤尾夹的细线，让它们位置不发生偏差，使操作更加简便）。

4. 改良后的实验操作

（1）把两个相同型号但颜色不同的没气气球分别夹在细木棍两端型号相同的凤尾夹上（用凤尾夹夹气球比用绳子拴气球快且方便），微调细木棍中间的细线位置，使木棍两端达到平衡（只调节一点的位置，比原实验调节两点好多了），并用记号笔在细线位置画上记号，目的是让学生记得哪一点位置是简易天平的平衡点，以免一会儿做实验不好找。

（2）取下其中一个气球，用打气筒打气完继续用凤尾夹夹好。（不用口吹，避免水蒸气影响实验效果；也避免再次用细线拴充好气的气球所带来的所有不便；两气球在没气时是平衡的，现用有气的气球与没气的气球作比较，比原实验的气球与笔帽的对比更能说明问题，实验效果更明显。）

（3）检查细木棍中间的细线是否在平衡点上（确保实验的准确性和科学性），并观察实验结果。

5. 实验效果

三、根据课程需要，对实验箱的实验材料进行改良

例如，教科版科学五年级上册“机械与力”单元的第六课“运动与摩擦力”，其中包括毛巾面，光滑面、测力计的不断改良及设计。

1. 原材料的毛巾面是用一条没有固定的长是15cm、宽是10cm的毛巾，这样的毛巾很短，学生拉动小车时做匀速行走的距离很短，往往在学生还没找到稳定的数据描述摩擦力大小的情况下，就已经到终点了。改良以后，采用了一条用502固定在木板上，长是80cm、宽是30cm的毛巾作为接触面对比实验的粗糙面，这样就延长了学生拉动小车时做匀速行走的距离，保证学生找到描述摩擦力大小的稳定数据。

2. 在改良材料的方案中，原设计是在长是80cm、宽是30cm的毛巾面的木板背面设计一个光滑面，但经过试教以后，发现貌似光滑的木板其实摩擦系数很大，在物体重量不变的情况下，测出的摩擦力比毛巾面还要大得多。后来在多次实验中，采用了防火性质的木板作为光滑面，这种木板在物体重量相同的情况下，测出的摩擦力是毛巾面的三分之一，实验效果相当明显。

3. 原实验材料提供的是圆筒测力计，物体质量与物体重力两种数据是正反两面看的。笔者改良后用了平板测力计，平板测力计的两组数据是左右可以同时读数的，直观、简单、方便。

四、利用信息技术创新融入实验教学，便于高效、及时地掌握学情

信息技术教学手段利用好看的图片、影视资料展示，学生在直观的感受中创设了情境，实现了理解、欣赏及思维的碰撞。实践证明，信息技术课堂更能调动学生的学习积极性，更能诱导学生主动学习。

例如，在“运动与摩擦力”一课的教学中，笔者在两个教学环节中就利用平板电脑帮助学生学习。其一：在上课前录制“摩擦力与接触面状况及物体重量的关系”这两组对比实验，目的是让学生在自我设计实验方案后，再次强化实验条件的科学控制，很好地突破了难点，增强了对比实验的能力，并培养了他们的完整思维。其二：对于学生是否能很好地掌握本节课的知识，笔者利用平板电脑采用问卷的方式及时收集学生反馈的知识，通过电脑分析、统计学生上传的巩固练习结果，对其没有完全掌握的知识进行再次补漏。

综上所述，启迪智慧才是教育。在科学课堂中创新实验是启迪学生智慧的有效途径。因此，老师们应牢记自己的职责，把创新的科学实验融入科学课堂，启发学生创新的科学兴趣和能力。同时，还应不断创新、改良科学实验，让学生通过齐“动手”，大胆设想，积极尝试，主动探究，亲身经历，实现智慧的不断增长。

（编辑：朱泽玲）