开发小学生家庭科学实验项目的研究

李文娟 熊家宝 赖洲扬

【摘 要】家庭科学实验是课堂实验教学的延伸、补充和拓展，对于完善科学实验教学体系、全面提升学生的科学素养、锻炼教师的实验开发能力、为家長提供良好的亲子沟通时机有着重要意义。文章根据《义务教育科学课程标准（2022年版）》对于实验与探究实践活动教学的要求，开发设计了“探究不同品种种子萌发的条件”“探究铁生锈的原因”“做个太阳能热水器”“观察蝌蚪的生长”这四个家庭实验项目，旨在培养学生理性看待生活问题的科学态度和应用科学知识解决生活问题的能力，全面提升学生的科学素养。

【关键词】家庭科学 实验开发 案例研究

【中图分类号】G613  【文献标识码】A  【文章编号】1002-3275（2023）01-63-04

小学科学课程带领学生进入科学世界，科学实验又是小学科学课程的重要组成部分，科学教师可以通过开展实验提升学生的探究能力、培养学生的创新意识、训练学生掌握科学研究方法。2019年，教育部在《关于加强和改进中小学实验教学的意见》中明确指出，要“将实验教学作为课程体系的重要内容纳入学科教学基本规范”“中小学校要针对不同学段教学要求精心设计实验教学内容”“创新实验教学方式”“规范实验教学实施”“提高教师实验教学能力”等等。由此可见，国家对中小学科学实验教学重视程度极高。

但在实际教学中，科学课程每周只有2～3节课，即便科学教师精心准备课内实验资源，学生也难以对某些需要长时间探索的实验主题进行研究。家庭科学实验项目是学生通过家长的协助，在家中独立自主进行的科学探究活动。开展家庭科学实验可在一定程度上解决课堂时间有限，学生探究较浅的困境。家庭科学实验项目形式灵活多样，可充分延展科学课堂的时间与空间，学生根据教师开发的实验项目，通过家长的协助，在家中探索与发现科学的奥秘，逐渐掌握一定的科学知识，提升科学探索的积极性和能力。因此，科学教师应高度重视开发家庭科学实验项目，依托家庭科学实验项目，提升设计与开发实验的能力。

一、开发家庭科学实验项目的意义

（一）完善科学实验教学体系

家庭科学实验项目形式灵活多样、内容丰富开放、时间场地自由，能极大地满足学生的科学探索需求。通过开发小学生家庭科学实验项目，可以较好地延伸科学课堂和学生的探索时间，创立课外实验框架体系，丰富科学课程的实验教学体系。

（二）全面提升学生的科学素养

家庭科学实验项目的研究主题来源于生活，所采用的实验材料取自生活，有助于培养学生学科学、用科学的意识和能力。学生可以利用一些简单的器材和家庭用品创新设计实验工具，提升动手操作能力。将科学知识与实际生活紧密结合的家庭实验项目能够激发学生探索科学的兴趣，培养学生的创新思维，综合提高学生的科学素养。

（三）锻炼教师的实验开发能力

实验教学是小学科学教学的核心，教师在开发利用小学科学实验资源，将课堂实验资源延伸至家庭，选择适合小学生认知水平的家庭实验内容，合理开发课外的家庭科学实验项目的过程中，不断突破自己的创新能力，形成自己独特的教学风格，有助于锻炼教师的实验开发能力。

（四）为家长提供良好的亲子沟通时机

有的家长因为日常工作繁忙，所以缺乏与孩子的沟通，有的家长处于想参与孩子生活又不知道怎样参与的困境中。通过完成家庭科学实验任务，家长能够在工作之余，参与孩子的学习生活，了解孩子的思想动态，并且对孩子的学习给予一定的指导。这不仅加强了家长与学生的沟通，让家长更直观地了解学生的学习情况，而且还加强了家校合作，实现对学生更为全面的培养。

二、开发小学生家庭科学实验项目的案例分析

（一）“探究不同品种种子萌发的条件”实验

在教科版五年级下册科学教材“种子发芽实验”一课中，教材只选取了绿豆种子作为实验的探究对象，实验对象单一，而且种子萌发不是短时间内可以观察到结果的实验，因此将这堂课拓展为“探究不同品种种子的萌发条件”的家庭科学实验更为合适，既丰富了探究的对象，又为学生提供了充足的时间和合适的场地。

实验的具体安排如下：

1．选择实验对象

将全班学生分成5～6个小组，同组学生选择同一个品种的种子进行探究，种子的选择根据组内成员投票决定。可供选择的种子有：绿豆、黄豆、玉米、豌豆、花生、青菜等。

2．确定探究问题并制订实验方案

学生先根据生活经验，猜测种子发芽的必需条件，如土壤、空气、温度、阳光、水分、养料等。同组学生可选择不同的条件进行实验，并确定探究的问题，如“绿豆种子的萌发需要土壤吗？”“温度对绿豆种子的萌发有影响吗？”再根据探究问题单独制订实验方案，制订实验方案时组内成员积极交流，不断完善实验方案。

3．明确实验方法

从本节课的探究问题来看，此次实验应该选择控制变量法，例如探究“绿豆种子的萌发需要水分吗？”这个问题时，可以设置实验组与对照组，两个组在实验过程中需严格保持土壤、温度、空气、阳光等外界条件的一致，实验组给予种子充足的水分，保持湿润，对照组不给予种子水分，保持干燥，两组同时进行实验。

4．记录实验过程

学生坚持每天观察种子的变化，把自己的发现记录下来，并将观察到的现象填入实验记录表中（见表1）。

5．汇报实验结论

各个小组成员先在组内汇报各自的种植经验，分享种子萌发的数据、表格、图片等信息，由小组长记录组员的结论并总结本小组探究的实验对象的萌发条件，最后由小组长在课堂内汇报组内实验情况及结论。

6．评价与反思

在汇报实验结论之后，组织组内互评与组间互评，并对于种子萌发的条件进行一般性总结。对于失败或者现象不明显的实验，教师应该引导学生进行归因分析，并进行实验改进。最后，由教师对此次家庭实验进行归纳性总结，对学生的自主探究给予肯定和鼓励，激发学生探究的积极性。

（二）“探究铁生锈的原因”实验

铁是生活中使用广泛且十分常见的一种材料，但是一些铁制品常常会生锈，例如金属零件变色、小区斑驳的健身设备、家用铁锅底的鐵锈等。在教科版六年级下册科学教材“物质的变化”这一节中，包含“观察铁钉生锈的原因”这一内容。基于生活经验可以知道铁钉生锈不是短时间内可以形成的现象，因此一节科学课的时间无法深入探究铁钉生锈的原因。

为了能让学生更直观地观察铁锈的产生，意识到铁生锈会使工具性能变差、造成铁制品浪费，从而根据实验结论提出减缓、防止铁生锈的方法，可以根据这节内容布置家庭科学实验。让学生在场地时间不受限制的“家庭实验室”完成探究，通过亲自动手实验，找出铁生锈的原因，让学生通过动手动脑，将科学知识应用于生活中，改变生活。

实验的具体安排如下：

1．合理猜想，制订方案

在开展家庭科学实验前，教师引导学生根据生活经验进行合理猜想：铁生锈与什么因素有关？学生初步猜测铁生锈与以下几个因素有关：空气、水、白醋、盐水、食用油、温度等。并根据猜测，讨论制订初步的实验方案。

2．准备实验材料

学生回到家中需要准备5枚新的铁钉、5个盘子、水、白醋、盐水、食用油，给5个同样大小的盘子分别编上A、B、C、D、E的编号，在A盘中装入水，B盘中装入盐水，C盘中装入白醋，D盘不装任何物品，E盘中装入食用油。

3．记录实验现象

学生按照实验步骤进行实验，每天坚持观察铁钉的变化，并将观察到的现象填入实验记录表中（见表2）。

4．汇报实验结果

实验结束后，教师随机选取10个学生进行实验汇报，没有参与汇报的学生可以根据同学的汇报情况自由提问，全班学生再根据问题内容进行讨论与交流。教师还要收集学生的实验记录表，并根据学生汇报的实际情况进行总结。

5．总结

通过开展家庭科学实验，学生自主探究了铁生锈的原因，了解到铁生锈是一种化学变化。依据探究结论，学生交流讨论出能够减缓、防止铁制品生锈的方法，例如给小区的健身设备涂上油漆、用过的铁锅用干抹布擦干水分或者涂食用油等。学生将实验结论转化为解决问题的做法，应用科学改变生活，将科学与社会紧密结合。

（三）“做个太阳能热水器”实验

太阳能热水器是利用多种科学原理设计出来的一种节能装置。在教科版五年级上册科学教材“做个太阳能热水器”这一节内容中，要求学生通过查阅资料，了解太阳能和太阳灶的设计、构造及工作原理，并通过收集的资料，利用身边的材料做一个简易太阳能热水器。

学生对于太阳能热水器这个装置比较陌生，需要通过收集资料和实际考察来了解其构造和工作原理，才能模仿制作，且效果测试需要在晴天进行。考虑到上述诸多因素，将这个实验安排为家庭科学实验更为合理。

实验的具体安排如下：

1．收集资料

学生在家长的指导下，收集关于太阳能热水器的资料，并对资料进行整理，例如“我们了解到太阳能热水器的构造，它分为……”“制造太阳能热水器的材料有……”“太阳能热水器的受热面都是斜面的，我想这是为了……”等等。

2．初步设计

学生通过查阅资料，了解到太阳能热水器应具备储水、加热、保温的作用，所以在设计时应该考虑如何设计才能让太阳能热水器产生上述作用，并制订实验方案。

3．准备材料

此次家庭科学实验需准备大纸盒、泡沫塑料、饮料瓶、锡箔纸、透明塑料袋、废旧衣物等。在此环节，学生还要画出设计简图，同时构图时应充分考虑热水器的颜色、排放角度、储水量等因素，结合数学、美学等综合知识设计太阳能热水器。

4．记录实验

把装好200毫升冷水的自制太阳能热水器放到阳光下。每隔5分钟，测一次水温，如实记录测量结果（见表3）。

5．展示评价

在作品展示介绍环节，教师可为学生提供可量化的评分量表，采用生生互评的形式引导其他学生对作品做出评价。教师依据作品的美观、效能、科技含量等，对作品打分，并评比出优秀作品，给予相应的奖励。

6．交流反思

在交流环节，让学生思考并讨论自己设计制作的太阳能热水器效果怎么样，效能好的原因是什么，升温不快的问题在哪里，如果重新制作会进行哪些改进，等等。

（四）“观察蝌蚪的生长”实验

教科版六年级上册科学教材“生物的多样性”这一章节中要求学生对身边的人、动物、植物等生物进行认识与了解，还包含关于青蛙生活环境的讨论。可以青蛙作为切入点设计一个家庭科学实验，让学生探究蝌蚪是如何变成青蛙的。通过这个实验，学生可以亲身体验科学与自然的联系，享受探究的趣味性，同时主动学习科学知识。

实验的具体安排如下：

1．实验准备

教师布置家庭科学实验项目任务后，让学生在家长的陪同与帮助下捕捞或者购买若干青蛙卵，准备好蝌蚪的生活场地。学生自主查阅资料，收集喂养蝌蚪的条件和注意事项，为后续观察蝌蚪的生长做好前期准备。

2．喂养蝌蚪

学生通过查阅资料，为蝌蚪准备充足的食物并定期换水，精心喂养，观察蝌蚪的生长情况。

3．记录蝌蚪的生长情况

学生坚持每天观察蝌蚪的生长情况，将每天观察到的现象如实记录下来，填入实验记录表中（见表4）。

4．汇报实验

教师随机选取10个学生进行实验汇报，分享蝌蚪形态变化过程中的关键时刻，培养学生敏锐的观察能力。对于学生在实验中出现的非常规现象，教师要给予充分的关注，例如有的学生在喂养过程中发现个别蝌蚪死亡。教师要引导学生复盘实验，并通过查阅资料找到出现上述现象的原因。

5．评价与总结

在汇报实验之后，教师根据学生的汇报情况和实验记录表的内容进行总结性评价。对于此次家庭实验中出现的问题进行总结，并引导学生进行反思，还要依据实际情况对此次家庭实验中表现优秀的学生进行表扬。实验之后，教师应向学生强调把青蛙放生到大自然的必要性，并联系家长进行落实，从而培养学生爱护动物、维护自然生态平衡的意识。

三、结论与反思

小学科学家庭实验是对科学课程的补充，有利于丰富学生的科学知识，锻炼学生的实践能力和自主探究能力，培养学生理性看待生活问题的科学态度和应用科学知识解决生活问题的能力。本文设计了4个具有实际操作价值的家庭实验项目：“探究不同品种种子萌发的条件”“探究铁生锈的原因”“做个太阳能热水器”“观察蝌蚪的生长”，并提出了具体的实施指导意见。在实施这些项目的过程中，教师要与家长形成良好的配合，保证学生的实验内容符合认知，教师可以利用网络与家长进行交流沟通，确保学生在实验中的安全、有序、有效等。在校期间，教师要结合家庭实验项目给予学生必要的指导，培养学生科学探索能力。在实验结束后，教师要对学生的研究成果进行评价，通过分享实验的成败经验，培养学生的交流汇报和总结提升的能力，全面提升学生的科学素养。