小学科学创新性实验设计——以《光是怎样传播的》为例

钟晓云

（成都南开为明学校 四川·成都 610300）

0 引言

2017年新修订的《义务教育小学科学课程标准》发布。新课标指出小学科学课程包含四个领域，他们分别是物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程。而小学科学课程实施的主要形式是探究活动，探究活动中大部分是实验，设计好每一个实验是科学教学的关键。对于设计创新性实验，那么就要从直观性、趣味性和创新性来预设。

1 实验分析

1.1 课程标准相关要求

知道光在空气中沿直线传播；通过学生探究实验，知道光在空气中沿直线传播。

1.2 教材分析

《光是怎样传播的》选自教科版小学科学五年级上册第二单元《光》的第三节。本节课的主要内容由光是怎样照到物体上的和验证光的传播路线两部分组成。本节是在前面学生对光和影有了一定的了解后，对光是如何传播进行的进一步探究。本节课主要通过合理的推测和进一步的实验验证光是沿直线传播的这一规律，利用这一规律去解释影子的形成原因，并为下节课光的反射做铺垫。

1.3 学情分析

在本单元前面两节的学习过程中，五年级的学生已经了解到光源、影子和影子的变化等知识，这些都为学生学习本课内容打下基础。本课主要内容分两个方面：一是研究光是怎样照到物体上的，对于这一知识点，教师可以让学生们多举生活实例的方式来阐述自己的观点，如射向电源屏幕的光柱是直的，很多玩具枪能发射出直射光等；二是设计实验验证光的传播路线，五年级的学生已经掌握了很多实验探究技能，可以尝试让学生自行设计游戏方案，并进行操作。

1.4 教学目标

学生通过观看视频和图片，找出光传播途径的特点，预测光的传播途径；学生通过实验探究活动，准确说出光是沿直线传播的；学生通过师生互动，正确解释影子产生的原因。

2 实验原型中的不足之处

2.1 实验原型

教材中安排了两个实验，我保留了第二个实验，创新了第一个实验，增加了第三个实验。

[实验1]：如图1所示，在三张长方形卡纸的同一位置打一个洞，大小约为一枚硬币。把这些卡纸分别用夹子夹住横立在桌子上，每张卡纸之间间隔15厘米，排成整齐的一列，使卡纸的小孔在同一直线上。在最后一张卡纸之后约15厘米的地方，再放一张没有打孔的卡纸作为屏。把手电筒放置在离自己最近的卡纸前一定距离，让手电筒的光射进小孔。

图1

把第二或第三张卡纸（第一张除外）向左或向右移动5厘米，同样用手电筒的光对准离自己最近的卡纸上的小孔。

2.2 实验的不足之处

教材中的这个实验，其实在实际教学活动中，不少教师发现这个实验很难在课堂上进行。通过分析，实验原型主要存在以下两个问题。

2.2.1 实验材料

太软的卡纸用夹子夹住容易卷起来，影响实验效果。

2.2.2 实验操作

学生在课堂上打孔，一是安全问题值得考虑，因为必须用到锋利的工具刀，有安全隐患。二是时间有限，而且学生也要思考如何在同样大小的长方形卡纸的同一个位置打孔，还要用夹子夹住后保证三个孔可以在一条直线上，非常麻烦。

3 实验的创新与改进方式

笔者根据以上两种不足之处进行改进，如图2所示。先利用打孔器将两块薄的PVC板中间打上两个洞，并标注A、B板，再利用胶枪将四块板如图拼接安装，B板为活动板，标注C板（C板未打孔），在C板上画出三个圆圈代表三个靶心（标上序号123），并在每个靶心上固定一个订书钉。在A板的小洞下方固定一个订书钉，将一根橡皮筋栓在上面，橡皮筋的另外一头也固定一个订书钉。

图2

3.1 实验设计的创新性

由于教科版教材是2001年修订颁布的，到今天已经经历了19年的历史。不论从教法还是学法都存在很大的变化。教材中的部分实验已经不太能适应现在儿童的思维，创新教材中的实验是现在在职科学教师的一大难题。科学教师要创新实验教学的方法，要提高自己的实验能力，精心进行实验教学，利用制作教具和现代化教学手段辅助科学教学，从而提升小学科学的教学质量，培养学生的科学素养。

3.1.1 实验材料的创新性

材料是科学实验的必要条件，但在教学中经常出现准备的材料在实验中并不适用的情况，有时现象不明显达不到实验的目的，有时实验材料会在实验中易损坏造成学生观察不到实验现象，有时甚至还会产生“伪现象”。

创新实验中运用到的是PVC板代替了卡纸，解决了卡纸柔软、易损、易卷的不足。

3.1.2 实验方式的创新性

实验方式一般分为两种，一种是验证式和探究式，在新课标中更强调后者。前者更多的是从结论出发，不具备更多的挑战性，使学生渐渐失去好奇心和求知欲，这时与新课标的要求和理念相悖的。有的时候教师在设计实验时并不用一味的强调一定要用探究式，开放性的实验更能启发学生的思维。

在创新实验中，有些小组的学生做成了验证式实验，有些小组的学生做成了探究式实验。验证式实验的小组：学生认为光是沿直线传播的，所以他们把橡皮筋挂在相应的靶上，调节B板，使橡皮筋变直便可以用激光射中相应的靶心。探究式实验的小组：学生不知道光是怎样传播的，他们选择先调节B板，使激光能射中他们所要瞄准的靶心，再用橡皮筋去检测光路是直线还是曲线。两组不同实验步骤的学生正好展现了学生的思维方式，也充分的利用了实验的两种方式。

3.2 实验设计的直观性

设计具有直观性的实验，让学生在探究中获取新知，虽然新课程标准提倡让学生像科学家那样真刀真枪地做科学，但是，小学生的年龄特征决定了他们的观察能力、分析能力等是不能和成人相比的。因此，教师所提供给学生的实验应尽可能地体现现象的直观性。

在设计创新实验时，为了让学生更清晰的观察到实验现象，更准确的说出实验结论，笔者设计了一根橡皮筋。虽然在本实验中，学生仍无法观察到真实的光路，但是学生可以通过观察橡皮筋的直与弯来辨别光的传播路径。

3.3 实验设计的趣味性

科学实验趣味化是学生积极参与课堂教学的重要支撑。新课堂改革对课堂教学提出了更高的要求，在教学中要充分发挥教师教学中的引导作用，让学生主动参与到学习中。为了让学生主动参与学习，教师在设计实验时更应该从学生的思维出发，设计有趣味性的实验更能吸引学生主动探究。

为了迎合学生好胜、好玩的心理，笔者在设计创新实验时加入了游戏的元素。在实验开始之前，笔者创设了一个情景。五年级的学生大约都在游乐园中玩过飞镖投射的游戏，那么根据这个游戏，笔者设计出了以上的实验教具，通过设置驱动性问题的方式引导学生主动探究。这种创新实验设计既让学生感到好玩、有趣，又能激发学生主动学习的动力。

4 实验教学效果与评价

4.1 实验效果

当教师把飞镖投射游戏播放出来时，大部分学生已经表现出浓厚的兴趣。当教师说出游戏并没有这么简单时，学生的好胜心就被激发出来了。当教师把游戏道具靶和手电筒（替代飞镖）以及游戏规则说明后，各小组的学生便开始想办法，加上驱动性问题的引导，学生的兴趣被调动了起来。活动后，学生告诉老师，通过这个游戏让我更加能确定光是沿直线传播的。通过学生的反馈情况，说明此次实验设计具有创新性、直观性和趣味性。但是，在预设教学过程中，笔者对于验证性的实验方式并没有考虑到，当有小组表达出他们的观点时，笔者也是及时提出了表扬和赞赏，一个实验多种方式更能激发学生创新的潜力以及培养学生发散型思维的能力。

4.2 装置改进

“光是沿直线传播”装置虽然效果显著，但是装置中的B板在实验过程中需要用手扶着，实验时不方便操作。在教学反思中，笔者对装置进行改进，在B板的前后分别加上了一块小挡板，如图3所示，这样既能使B板左右移动也不需要在实验中扶着B板，方便学生实验。

图3

5 结束语

小学生科学意识、探究能力淡薄，为尽可能的保障科学实验教学的意义，不应固执于传统活动中的言传身教，应从创新性、直观性、趣味性等方面，激发学生参与热情，让学生积极参与到科学实验活动中，具备生活实践自主性，形成科学观察习惯，感知到科学魅力，形成长期性的科学参与热情，借助此，综合改进科学教学课堂。