巧备实验材料 创新实验方法

刘敬丹

教育部《关于加强和改进中小学实验教学的意见》指出：实验教学是培养创新人才的重要途径。实验教学是小学科学教学中重要的组成部分，提高学生科学素养的有效手段，为确保科学实验教学的有序开展，教师需要加强对实验教学特点以及学生实践学情进行分析，通过实验创新，有助于学生自主探究，建构科学概念，提升实验教学效度。

科学实验是小学科学实验课的重要载体，是科学教学成功的关键因素之一。好的科学实验能为学生搭建学习支架，提高学生的思维能力。而目前，科学这门课程还普遍被认为是“副课”，没有引起足够的重视，学校一般没有专职实验员。实验是科学课堂中最常用的探究方式，但学生在实验时常常会遭遇操作困难、观察不易、器材不足等问题。在教学实践中，虽然也有不少优秀的自制教具，但这些教具或是材料复杂，或是制作困难，难以面向全体学生广泛地制作和使用。因此，准备科学实验材料往往是最困扰科学教师实验教学的问题，班级多、材料杂、时间短，以致科学实验器材准备不足，难以保证科学实验教学的正常开展。

在小学科学实验中，我们能否对一些低成本的实验器材加以改进？能否通过灵活组合不同实验的器材降低操作难度？能否利用生活中随处可见的材料，结合低成本、易制作、运用广的要求，创新方法，帮助全体学生高质量地完成科学实验呢？本文从科学教学的现状出发，结合笔者科学教学实践研究，对科学实验准备提出以下几点思考。

一、活用材料，凸显实验生活性

新课程改革强调教学内容与生活的联系，走向生活，追求教学生活化，成为小学科学教学的基本理念。教学生活化体现在教学情境生活化、探究材料生活化、课外活动生活化。教学内容要贴近学生的生活，创设真实教学情境，用好生活中资源，让学生体会科学就在身边，处处留心皆学问。这样，不仅能丰富科学教学资源，还能激发学生对自然的探究兴趣。

在《植物的叶》一课的教学中，我们要让学生通过观察不同的叶子，发现不同叶子有颜色、形状、大小等不同特征，进一步观察对比发现它们有相同点：每一片叶子都有叶柄和叶片。在这一教学环节中，教材中提示给学生准备如芭蕉叶、竹叶、羊蹄甲叶等三片典型的叶子。但学生可能对一些叶子不熟悉，种类不够丰富，缺乏实验现象的真实性，学生在教师引导下，只是机械被动地学习叶子的结构，难以自主建构科学概念。笔者在执教中，精心策划了一场“说叶子大会”，在上课前一周提前布置学生搜集几种树叶，带到课堂上跟同学们分享自己所带叶子的特点。合理开发生活中的资源，不对叶子种类做限制，让学生就地取材，摘自己喜欢的叶子，提高了学生科学学习的积极性。课上分三个小活动探究藏在叶子里的秘密。首先，让学生小组内交流讨论叶子的特点;然后，小组间分享叶子的特点;最后，小组间互换叶子进一步观察它的特点。

在活动中，教师要充分尊重学生的主体性，促使学生亲近自然、欣赏自然、研究自然，从自己身边熟悉的树叶入手，自主建构植物的叶都有叶柄和叶片的科学概念，体会自然生活中的科学奥秘，保持对周围世界的好奇心和求知欲。这样，就打破了生活与课本的边界，让学生感受到科学就在我们身边，激发学生对科学的兴趣，养成日常观察与探究的习惯。

二、精选材料，凸显实验驱动性

精选合适的实验材料是科学探究活动的重要保障。笔者在执教《气体的热胀冷缩》一课，组织学生探究“空气在受热和遇冷会有什么变化？”这一活动中，需要用到一个装置来收集气体，教材中提示用烧瓶和气球组合装置。在实际操作中，用哪种瓶子，选择什么型号气球影响实验效果。

笔者在实践中发现：关于瓶子的选择，如果用普通的塑料瓶和气球组合装置来做实验，由于塑料瓶材料是PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯），这类材料耐热性差，当温度达到70℃以上时，容易膨胀变形。因此，用塑料瓶套着气球来探究空气受热有何变化的实验时，会出现气球受热先缩小后膨胀的现象，导致学生对空气受热膨胀的结论产生思维迷惑;如果用锥形瓶和气球组合装置来收集气体，锥形瓶的瓶口太大，三年级的学生，动手能力较弱，套气球这一步骤的难度会大大增加，影響实验顺利进行。关于气球型号选择，如果选用三寸小气球，实验现象虽然很明显，但是由于小气球口小，在封闭瓶口时，容易出现气球口裂开，整个装置漏气，增加不必要的干扰;如果选用大气球，套气球这一步骤虽然容易操作，但由于空气的热胀冷缩的程度不大，因此在空气受热膨胀和遇冷收缩时大气球都没有明显的变化（如图1红色气球所示）。通过多次试验发现用150ml规格的平底烧瓶搭配五寸的气球这样一套组合装置来研究气体是否有热胀冷缩的实验效果更佳。玻璃材质的平底烧杯稳定性好，传热性能强，将密闭装置放入热水中，烧瓶里的空气受热膨胀，体积变大，气球胀大;将装置放入冷水中，烧瓶里遇冷收缩，体积变小，气球变瘪。在实验教学中，学生借助材料建构科学概念，材料可以让学生有新的发现，但是不能受材料干扰，将学生引入迷途。因此，教师要从学生的认知水平和心理特点出发，精心设计，优选结构强的实验材料来为学生搭建学习支架，凸显科学实验现象，助力学生科学概念的建构。

三、改进材料，凸显实验创新性

教师在准备实验器材时，要充分考虑学生的实际情况，在让实验现象更明显的同时，也要方便学生实验操作，保证学生科学实验的成功率。

在《空气占据空间吗》一课中，有一个魔力小实验：把纸巾塞进杯子底部，竖直倒扣浸入水中，观察纸巾是否变湿。这个实验是验证空气占据空间的原理，倒扣在水里纸巾和水之间有空气隔绝，所以实验观察到的现象是纸巾不会变湿。在一次试教中，由于分组实验器材不足，笔者选用普通一次性透明杯来让学生做分组实验探究，但一次性透明杯很软，承受不了水的压力，当学生将透明杯竖直倒扣压入水的过程中，边缘变瘪了挤出空气，导致杯子进水，并没有出现预先设计的纸巾没有变湿的预期现象。教材中插图提示用玻璃杯来做这一实验，但对于三年级学生来说，在实际操作中，由于玻璃杯表面很光滑，放进水里由于水压原因，拿起来时容易不慎掉落，甚至摔碎等问题。看似简单的一个小实验，往往可能出现因为实验器材不合适，准备不充分等原因，导致实验失败，甚至影响学生对教师的信任感，以及动手做实验的自信心。

笔者通过研究，在《空气占据空间吗》一课教学中，尝试改进实验材料，利用去底的普通矿泉水瓶（如图2所示）来替换玻璃杯来做魔力小实验，同时在水中加点色素，可以让学生清晰观察到有颜色的水和纸巾之间有一定透明空间，这个空间就是被空气占据了。还可以进一步利用这套材料继续探究空气和水占据空间变化，轻轻在瓶壁打个小孔，当倒扣进入水中可以发现，从小孔有气泡冒出来，由于在水压作用下，空气瓶子里原本被空气占据的透明空间被水挤占，空气被挤出，瓶子里水位上升，纸巾慢慢变湿。实验材料的小小改进，即使实验现象更加直观明了，又降低学生操作难度，为学生搭建了学习支架，引发学生深入思考，不仅让学生建构了空气占据空间的概念，还理解了空气占据空间可以改变。

随着科技的进步，很多学校开展了创客社团活动。教师也可以充分利用学校资源，借助激光切割机和3D打印机等高效开发实验创新教具。笔者在执教粤教版科学四年级下册第19课《运动的物体有能量》一课时，教材中有一个碰碰棋实验（如图3所示），实验原理是用钢尺弹动棋子，通过记录和对比棋子运动的距离，感受能量的大小。在实际教学中，学生采用教材实验开展探究活动，存在操作难度大，难以控制单一变量，实验结果不稳定等问题。首先，碰碰棋实验中如果控制不好力度和方向，很难击中到棋子;其次，尺子弯曲程度难以把握，大小棋子同时改变了速度和质量，难以控制单一变量;最后，多次实验结果不稳定，难以观察到直观的实验现象，实验结果未量化，缺乏深度思考，难以建构科学概念。

为此，笔者通过软件设计，用激光机切割创新制作了一个小球撞击实验装置，如图4所示。新装置采用斜面和带刻度的轨道，首先大大降低操作的难度，符合四年级学情特点，便于小组合作探究;同时实验结果稳定，数据可测，让学生从感性操作到定量研究，思维不断加深;通过对比实验数据，能让学生直观感受运动物体有能量，能量有大小之分，进而理解斑马线上礼让行人，不闯红绿灯等交通安全知识，培养学生的规则意识。由此可见，借助科技创新开发自制教具，合理地应用到教学中，能有效地辅助学生学习。

科学实验创新是科学现象的情境再现，能让学生的感官思维更活跃，更有利于学生的感性认识上升到理论层次，更有利于启发学生思维，更有利于学生直接参与到探究活动，激发学生的创新意识和创新潜能，提升科學素养。

凡事预则立，不预则废。在开展实验教学前，教师需要对实验教学材料进行科学设计，活用实验材料，精选实验材料，改进实验材料。在教师的正确引领下，学生就能突破实验障碍，积极主动参与实验探究活动。总而言之，教师应巧备实验材料，创新实验方法，为每个学生创造条件亲身经历科学实验探究，让学生能做实验、会做实验、喜欢做实验，在实验过程中，提升动手能力和自信心。只有这样，才能真正提高小学科学课堂实验教学效率。