提高分组实验有效性

◇任 春（新疆：哈密市第六中学）

新课改实施以来，科学实验教学朝着培养学生核心素养的方向发展，分组实验是科学核心素养目标下最主要的学习方式，也是小学课堂教学中最关键的探究形式，更是倡导的合作学习方式中最常见的一种，提高小学科学分组实验的有效性是十分有必要的。

一、分组实验出现的问题

学生方面。分组实验的课堂纪律往往都不乐观，甚至出现失控的状态。原因是学生对实验材料很感兴趣，小组合作形式比较随意，出现你争我抢乱哄哄的现象。分组实验结束后，进行小组成员汇报结果时常会不尽如人意，尤其是中高年段学生不敢说，不愿说。原因是小组展开活动时分工不明确，有些学生把自己当成旁观者，因为他们组中有“活跃分子”会答出教师的问题。还有的学生上课表现乖乖的、不争不抢，教师让干吗就干吗，仅是盲目地跟随教师，程序化地完成实验而已。

教师方面。有的教师受传统教育思想的影响，重理论轻实验，将分组实验变成演示实验，在讲台前匆匆演示式地讲一遍就完成实验了，更有甚者，把实验内容按照书中图片简单陈述后就得到了实验结果，让学生把实验结果记录在本子上反复背诵。学生在背诵过程中花费大量的精力和时间，不利于学生科学素养的形成。有的教师在实验前没有对实验材料和实验环节进行仔细琢磨，课堂效率低下。还有的教师对学生的前概念没有深入把握，自认为实验简单，没有进行“下水”实验，造成实验效果不理想。

二、分组实验前要做充分准备

（一）实验材料的准备

学生自备实验材料，要提前不止一次地强调，同时要明确即使是学生自己的物品也要统一听从教师安排，方可提高实验的完成率。例如：在《声音是怎样产生的》一课中需要的实验材料包括：橡皮筋、钢尺、音叉、小鼓、几个豆子等。橡皮筋、钢尺、豆子等材料，既贴近生活又携带方便，也是学生很熟悉的实验材料，可以让学生感受到科学实验与生活的紧密联系，调动学生的学习兴趣。尤其是发现身边材料也能进行实验探究时，学生会更加期待教师的讲解，充满求知欲望。如果没有提醒学生提前准备实验材料，可能会造成课堂上部分学生因为未带实验材料而无所事事，成为旁观者、局外人。

教师准备实验材料要在熟知实验器材使用的基础上，结合具体学情进行改进、完善。例如：在新科教版科学四年级上册第三单元第三课《用橡皮筋驱动小车》中，此实验的操作步骤不算太难，难在材料的准备。对比教材图片中给出的小车和实验室配比的小车，实验室中没有一辆小车是符合要求的，所以笔者在生活中找到了四驱车，这也是很多学生在车模中比较爱玩的小车。然而发现四驱车上绑的橡皮筋比一般的橡皮筋要粗长，是比较少见的，对于学生来说，四驱车比较贵，经济条件不允许。进行相关查阅后，教师决定利用雪糕棍、水瓶盖子、电池等小物品自制符合条件的橡皮筋小车。即使实验设计多么好，缺少实验材料都是纸上谈兵，所以自制、改进教具十分重要。

（二）充分掌握学情

科学前概念在学生学习过程中扮演着重要的角色，因为来自不同环境、不同性格、不同学习水平的学生，都要在前概念基础上获得新知。有效提高分组实验的效率势必掌握学生的前概念和已有的实验操作技能。对于模糊的概念需要引导，对于错误的内容需要纠正，对于正确知识可以加强应用；对于已经掌握的实验技能可以放手操作，对于不太扎实的实验技能需要进一步培养，对于不具备的实验技能要重点强调。例如:在教科版五年级上册第三单元第五课《摆的快慢》中，教师需要充分了解学生的科学前概念。因为在上一课《机械摆钟》中，学生已经亲自测量了摆的次数，发现不同的摆在一分钟内摆动的次数不一样的，并且心中已经产生疑问：为什么有的摆快、有的摆慢？所以要借此契机调动学生的好奇心，并用实验验证他们的猜测。笔者在授课时发现，要充分调动学生的原有认知“同一个摆在相同时间内的摆动次数是相同的”，开展“头脑风暴”，通过讨论与辩论，学生达成共识：摆的快慢与摆幅的大小关系不大。就排除了此因素，重点就剩下两个因素理论。也有部分学生从自制的摆中发现：摆线越短，摆得越快；摆线越长，摆得越慢。所以学生最大的争议是，摆锤的轻重到底对摆的快慢有没有影响？这才是最需要突破的难点，教师对于分组实验的设计和指导就有了方向性、目标性、掌控性。

（三）对学生进行合理分组

小学低年段主要采用同桌合作模式，中高年段大多采用四人合作模式。可以“1234”的顺序轮流依照序号当流动小组长，并分别领取实验材料、发放实验材料、收集实验材料，让每个学生都参与其中。而组长在分组实验中起到重要的作用，影响着实验的质量。因此，教师应当注重培养组长的组织能力、责任意识、集体荣誉感等。

三、分组实验过程要不断优化

（一）注重发展学生的科学思维

科学实验探究最终目的是培养学生的科学思维，使他们像科学家一样思考问题，像工程师一样解决问题。但是科学思维却是无法直接看到的，比较抽象、泛化，所以在进行小学分组实验过程中，要尽可能地将发生在学生脑海中的思维具体化、形象化、可视化。据此，可以利用图表、表格、简单的文字等多种方式，将学生大脑中发生的思维进行过程性记录。例如：在教科版四年级上册《声音是怎样产生的》一课中，需要学生通过比较多种物体的发声和不发声的状态，从而验证物体振动时会发出声音。看起来分组实验，课堂上热热闹闹，学生都在动手操作，似乎真正理解了声音是由物体的振动产生的。其实如果在课堂上没有及时进行实验记录，学生只是掌握了浅层次的知识而已。因为科学词汇“振动”，大部分学生并不知道其内在的含义：当物体在力的作用下，不停地往返运动，这个物体就是一个振动的物体。所以在进行分组实验过程中，一定要学生将观察到的发声物体的现象，用简单的图示或文字记录下来，可以用学生能理解的符号进行标注，而我们把类似于这种来回往返的运动称之为“振动”。所以，要不断优化每一个实验细节，关注学生在课堂上的真实反应。

（二）注重实验改进与创新

在实际教学中，教师应注重实验设计与创新，不断完善实验方案，增加准确性、逻辑性和科学性。例如：“空气占据空间吗”实验出自教科版科学三年级上册，在实际操作过程中发现一些不足之处。教材实验通过“压杯入水”让学生认识到纸团不湿是因为空气占据了杯内的空间；“打孔观察”实验中纸团完全浸湿了，是因为水进入了杯子，水填补了原本被空气占据的空间；“打气观察”实验是利用打气筒把空气注入杯中，发现之前被水占据的空间会被空气占据。存在的问题主要有以下三个方面：“压杯入水”进行前，要在杯底粘上纸团。如果粘不牢，纸容易掉落水中；如果粘太牢，后续实验中又不容易取纸进行观察。实验后取纸观察，纸未湿，但由于杯子进入水中，杯内壁沾有水，从瓶底内取出纸的过程很容易碰到杯内壁造成纸湿，影响实验的观测结果，造成视觉混淆。“打孔观察”前，需在杯底扎一个小孔，再把杯子压入水中，学生周围缺乏尖利物品，不易找到把杯底扎破的物品，学生动手处理打孔的大小也不好控制。

记录水面高度在“打气观察”过程中，要将打气筒连着球针，把球针的进气口对准打气筒的出气口，针孔之间要对准，用打气筒固定好球针，再把球针插入杯底的洞中打气。对于三年级的学生来说，实际操作有难度。另外，整个实验装置的密闭性无法控制，在打气的同时也在漏气，造成水面的高度持续不定，无法准确地画下高度。

笔者针对上述问题，在实际教学中进行了实验改进，效果显著。“压杯入水”用剪了底的塑料瓶子代替原实验中的塑料杯，取材容易，方便观察。免去了拿胶粘纸、放纸的步骤，直接拧开塑料瓶盖子将纸放在洞口处，取出纸巾检查是否湿时，可以直接拧开塑料瓶盖子，避免了纸从杯底取出碰到杯壁水珠的情况，现象明显。免去了“打孔”的过程，第二次压杯入水时，可以直接去掉瓶盖子，不仅降低了实验难度，而且过程安全快捷。实验装置改进实物图见图1。+

图1 实验装置改进实物图

“打气观察”过程选择一次性输液器的部分结构代替球针，用输液器中的流量调节器控制整个实验装置的空气的进与出，学生对流量调节器的结构比较熟悉，打完气时立刻关闭，使整个装置处于密闭的状态，方便记录此时的水面高度。学生操作简单，用真实的数据揭示背后的原理，具有说服力。（如图2）

图2 记录水面高度

改进后的实验材料造价低廉，是生活中常见的物品，本着废物再利用的原则可以被推广使用，能增强学生环保意识。整个装置安全方便，具有较强的趣味性和观赏性，各个环节流畅、现象明显，符合三年级学生的求知心理，也能提高合作探究能力。有层次的实验设计使学生的思考循序渐进，实验探究一环套一环，理论的得出深入浅出。学生能自主发现三个不同实验后，空气和水位发生了变化，并分析思考、用数据推理解释背后的原因，充分演绎了类似科学家经历的实验探究过程，利于培养学生科学核心素养的发展。

（三）注重实验材料的出场顺序

第一种情况直接放在实验的桌面上。对于一些常见的物品学生没有好奇心，可以直接放在桌面上。比如铁架台、水槽等。第二种情况是放在实验抽屉里，不直接观察，但是方便学生取出。既是为了减少拿实验材料的时间，也能保证学生的注意力，不被材料的好奇心所分散。例如：在《食物在口腔里的变化》一课中，学生在课前准备了馒头、面包、饼干等食物，兴趣盎然，表现得十分活跃。所以在教师上课之前要讲清楚要求，虽然是学生自己带来的食物，但在科学课堂中都是实验的材料，需要统一放在抽屉中，如果未经允许拿出将会被没收，不予归还。第三种情况是关键性的材料不宜放到能看到的地方，要藏在不透明的盒子或袋子里，否则过早接触实验材料会影响实验最终的成效。比如：学生对于白糖很感兴趣，在课堂上经常有偷吃的情况。经常可以看到低年段的小学生在实验前对实验材料充满好奇心而影响实验的进行，根本没有心思听教师讲解，也不明白实验为什么要这样做，最后与课堂效果背道而行。

综上所述，分组实验可以逐步培养学生解决问题和分析问题的能力、收集和处理信息的能力、获取新知识的能力。为了上好一节科学分组实验课，教师需要在实验活动前以启迪学生科学思维为基准，做好充分准备，有效掌握学情；以激发学生兴趣为基础，引导学生合理分组，精心设计教学环节；以培养学生科学素养为目标，不断优化实验过程，注重培养学生的创新能力。