小学科学想象实验的教学尝试

盖 玲 王兴林

（江苏省徐州市铜山区大彭实验小学）

科学想象实验是指教师在小学科学教学中，运用已有的科学知识、科学规律、实验经验和思维方式，引导学生合理地进行头脑中的科学想象、推测和迁移，从而完成新的实验过程和结果的实验。科学想象实验是学生实验中的重要环节，是动手实验的有益补充和拓展，有助于培养学生的科学思维。教学中，教师要充分指导学生利用原有认知经验、已获得的实验现象、科学规律等，创设实验情境，通过推测、推想、类比、迁移等方法，在头脑中进行想象实验，逐渐修正、完善和优化原有的实验情境，获得新的实验情境。在实验的过程中，教师要引导学生对科学概念、科学规律进行迁移运用，深化对原有科学概念的理解，不断完善实验结构，培养探究能力和想象能力，提升解决问题的能力。

一、小学科学想象实验的实施方式

从小学科学想象实验的实施阶段来看，其主要包括实验前和实验后两种。实验前的科学想象实验，主要是指学生将具体的实验过程在头脑中推演出来，再进行动手操作；实验后的科学想象实验，主要是指学生能够根据基础实验所获得的实验现象、科学概念进行的迁移、类比和运用等。科学想象实验有利于学生深刻理解科学概念、迁移应用科学规律，并形成完整的知识体系。在教学中，教师可通过以下几种方式促进小学科学想象实验的有效实施。

（一）推演实验过程

实验过程推演是通过分析、推想实验过程中可能出现的事件、现象进行推断的一种科学方法。此方法一般用于对复杂的研究或对未知科学领域的探索。实验过程推演的基本思路是：在实验过程中对可能发生的事件和现象进行推测，并通过观察和分析实验结果，进而对这些推断是否正确进行实验验证。这种方法能帮助学生更好地认识自然现象，对今后新的发现具有指导作用。学生实验前的推演对他们进行实验操作具有一定的帮助，主要包括以下四方面。

一是预测结果。通过推演实验过程，对实验结果进行预测，可使学生对实验中可能出现的问题提前有所了解，减少实验失败的几率。

二是优化实验设计。推演实验过程可以帮助学生优化实验设计，确定最佳实验条件，提高实验效率和准确性。

三是节约时间和成本。通过推演实验过程，在实验前可以模拟多种情况，减少实验的次数和时间，降低实验成本。

四是提高实验可重复性。推演实验过程可以帮助学生确定实验步骤和条件，提高实验可重复性，保证实验结果的准确性和可靠性。

例如，教科版科学教材五年级下册“热在金属中的传递”这节课，教材上设计的是“在金属条上涂上感温油墨，如果在一端加热，金属条上的感温油墨颜色会发生怎样的变化？”“推想热在金属条中是怎样传递的？”学生根据感温油墨受热会由红变白的现象，在头脑中进行推演，运用想象实验的方法推想热由温度较高的部分传到温度较低的部分，然后再进行实验操作。这样，学生由观察到的实验现象推想热传导的过程，深刻理解了热传导的内涵。可见，实验过程推演可以让学生不是直接动手操作，而是推演实验的步骤、操作过程，了解设计实验方案后预期得到的实验现象等。经过推演，学生熟悉了实验的操作要领，理顺了实验的步骤和顺序，提高了实验效率。

（二）推测实验现象

学生的科学想象实验，可以通过对实验现象的推测来展开。教师要指导学生借助已获得的、比较明显的、直观的实验现象，在头脑中进行合理的想象和推测，并完成相关实验，这是易于实施的科学想象实验形式。虽然以想象的形式进行推测、推想和说明，但是实验的方法和过程是科学的，有充分依据的。在科学教学中，由于考虑到学生操作时的安全，有些实验不能让学生亲自动手操作，教师可引导学生根据已做过的实验或已知的实验现象，利用科学想象实验，在头脑中进行想象操作，从而推出未做实验的成果，这样学生对完整的科学概念会理解得更加深刻。

例如，在研究“食盐溶解快慢与水的温度有关吗”时，教师指导学生取30 毫升热水（60 ℃）和冷水（0 ℃）各一杯，另取相同质量的两份食盐同时放入两杯不同的水中。当学生对实验进行观察并记录后会发现，热水使食盐溶解得更快。此次对比实验，在没有让学生操作、避免伤害的情况下，选用了温度较高的60 ℃热水。这时，教师引导学生根据已经得出的实验结论进行想象实验：如果水的温度再高一些，溶解的速度会更快吗？学生通过想象，很容易得出这样的结论：温度越高的水，溶解食盐的速度就越快。

（三）推想变化规律

推想是学生根据所获得的信息进行推测和想象，以求得到事物内在的变化规律，形成完整的科学概念。小学生主要是通过观察和实验来获得事物的特征和外部形态的变化。这些特征和变化通常都是散乱的，没有建立联系。所以，教师要创造条件，引导学生根据已知事物的变化过程，借助头脑中的想象实验，将其加以联系，并对变化规律进行分析、比较、推想，使学生的思路不断扩大。

例如，教学教科版科学教材四年级下册“油菜花开了”一课时，教师循序渐进地引导学生认识花与果实之间的关系，使学生对花发展成果实的整个过程有一个很好的认识。在学生对油菜上的花从花蕾到盛开再到凋零的全过程进行详细观察后，教师指导学生在头脑中推想油菜花的花蕾将来变化的规律。接着，教师向学生展示其他植物的花蕾，并指导学生展开想象实验，并对花蕾将来会发生什么样的变化进行推想。学生根据观察到的现象进行推想，很快就指出：花蕾会慢慢地长大，也会凋谢，凋谢的位置就是小果子长出来的地方。这样推想的过程使学生认识到，与油菜花生长变化规律相同的植物还有很多，从而对植物开花和结果过程形成较好的认知。

（四）类比本质特征

根据小学生的年龄特点，其正处于具象思维阶段。虽然小学科学实验的过程、现象、结果要尽量直观、清晰，但是实际实验中也有一些不能清晰、完整地呈现过程和细节的实验现象。为了帮助学生对这些不直观的实验现象和实验细节进行感知，类比本质特征就是一种便捷有效的教学方式。教师可以引导学生类比具有相同特征的实验现象，启发学生展开想象，使其在脑海中形成相应的实验场景和实验现象，进而独立完成科学想象实验。比如，教师可以选择色彩鲜明的材料替换实验现象不显著、学生不易观察的材料，引导学生有目的地进行探究活动，从而推出一些实验现象中不明显、不易觉察的事物，最终找到这些事物的本质特征。

例如，教科版科学教材四年级上册“食盐的溶解”一课，在食盐溶解过程中，食盐是如何分散溶解并均匀地溶于水的？学生往往不能用肉眼去准确地观察。由于高锰酸钾的颜色比较明显，在水中的溶解过程是清晰可见的，因此，教师可选用高锰酸钾替换食盐做溶解于水的实验，指导学生根据高锰酸钾的溶解现象想象食盐的溶解过程，进而得出食盐的溶解也像高锰酸钾溶解那样，帮助学生理解“溶解”这一科学概念，并引导学生通过类比本质特征开展食盐溶解过程的想象实验。对于高锰酸钾溶解于水的现象，学生一般都能清楚地观察。学生会发现，高锰酸钾溶液是均匀的，静置后不会自行沉降。这样，教师通过指导学生进行想象实验，使学生从高锰酸钾的溶解过程类比出食盐在水中溶解的变化特征，并最终掌握了“溶解”的本质特征。

此外，教师还可以指导学生通过科学想象实验概括事物的共同特点、迁移应用科学规律、梳理单元内容等方式进行学习，从而培养学生解决问题的能力和想象能力，不断提升学生的探究水平。

二、小学科学想象实验的教学策略

为了更好地实施科学想象实验，教师要不断创造条件，采取相应的教学策略，给学生搭建科学想象实验的平台。

（一）挖掘实验素材，搭建想象实验平台

在开展科学想象实验时，选择合适的实验素材非常重要。如何挖掘科学想象实验的素材呢？教师可以从以下三个方面入手。

一是选择与学生生活相关的实验素材。教师可以在学生日常所接触的事物中寻找实验素材。比如，可以以学生喜欢的玩具或食物为例，让他们想象这些物品的制作过程和如何改良。这样，学生就能够更好地理解科学实验与他们的生活息息相关。

二是选择与学生学习相关的实验素材。比如，可以选择与科学、数学等学科相关的实验素材。学生在科学学习时，常常需要通过实验来观察和验证一些知识和理论，而科学想象实验就可以帮助学生更好地理解这些知识和理论。

三是选择具有开放性、多样性的实验素材。学生的想象力是无限的，因此教师要挖掘那些具有开放性、多样性的实验素材，让学生从自己独特的角度去想象和创造。比如，可以选取一些不同材料、形状、颜色的物品，让学生进行组合、拼接和改造，激发他们的想象力和创造力。

可见，选择合适的实验素材非常重要，它可以帮助学生更好地理解科学知识。同时，教师也应该让学生建立正确的科学观念和实验意识，注重实验过程中的安全和规范，这样才能让科学想象实验发挥出更多的价值。

（二）关注学生差异，优化科学想象实验

科学想象实验是一种开发学生科学想象力的探究活动，它可以帮助学生从感性经验中提炼出科学概念，并将它们转化为具体的实验操作，对培养学生的创新能力、科学思维能力和科学知识的理解力都具有重要作用。对于科学想象实验，不同的学生具有不同的能力和理解程度。因此，教师要关注学生的差异，针对不同的学生制定个性化的教育方案，给学生精心安排不同的实验任务。

对于喜欢思考和动手实践、对科学充满兴趣的学生，教师可以选择趣味性和实践性更强的实验，也可以选择一些具有挑战性的实验，以激发学生的学习兴趣和动手实践的意愿，鼓励学生积极参与想象实验活动，并感受成功的愉悦感。比如，设计有趣的实验关卡、趣味实验小组等，在提高学生学习效率的同时，也能增强他们的参与度，激起情感共鸣。对于认知水平较低、理解能力较弱的学生，教师应该选择富含图像、实物和动画以及有助于激发想象力的实验，帮助学生理解实验过程中的关键点和科学原理，解决实验过程中遇到的问题。

为了优化科学想象实验，满足学生的不同学习需求，教师除了需要关注学生差异外，还需对实验内容深入研究，以找出更加多样化且适合不同层次学生的实验方案，加强对实验结果的分析和解读，从而激发学生的探究兴趣，培养学生的科学探究意识，帮助他们更好地掌握科学想象实验技能和科学知识。

（三）依托多元评价，助推想象实验效果

评价对提高学生想象实验的效果能起到重要的作用。教师要树立以学生为中心的教学理念和评价理念，注重学生在科学想象实验过程中的表现和结果，并将过程性评价和终结性评价相结合，采用教师评价、同伴评价和自我评价等方式来促进学生科学素养的提高。多元评价是指根据学生的不同能力和表现，利用多种测评方法和工具进行全方位、多角度的评价。这种评价方式有助于教师准确地了解学生的优势和不足，为制定个性化教学方案提供依据。对于科学想象实验，多元评价的应用可以进一步推动其效果，具体表现如下。

一是促进学生想象实验的参与度。想象实验是一种强调学生主动思考和参与的教学方式，而多元评价可以使学生认真对待实验过程，使自己的表现得到评价，从而提升他们的学习兴趣和参与度，让学生更加积极地思考和表达。

二是准确评价学生的表现。想象实验难免存在操作难度大、实验结果不太准确等问题，而多元评价可以采用多种评价手段，包括观察、记录、测试等，综合评估学生的表现，弥补单一评价手段的不足，提高评价的准确性和客观性。

三是多元评价的本质是个性化评价。想象实验旨在培养学生的创造性思维、想象力和实验操作技能，通过多元评价可以了解学生的个体差异，发现每个学生的擅长领域和不足之处，为制定个性化教学方案提供科学依据。

四是实现教学效果动态跟踪。通过多元评价可以实现对想象实验教学效果的动态跟踪。教师要根据学生的表现调整教学策略，细心留意学生的学习情况，发现问题及时解决，并及时评价学生的进步与不足，为下一阶段的教学做出准确判断。可见，依托多元评价，有助于提高想象实验教学效果；通过多种方法论定学生的表现，可以让学生更好地参与到实验活动中，同时为教师制定更加科学的教学方案和跟踪教学效果提供有力支持。

总之，科学想象实验是基于观察和基础实验在头脑中完成的操作，是动手实验的有益补充和拓展。在小学科学教学中，教师巧妙选取不同的实验内容，采用适宜的教学策略，指导学生开展科学想象实验，推动学生探究科学规律和加深对科学概念的理解，有助于培养学生的科学思维能力和想象能力，提升学生的科学探究能力，为培养学生的科学素养奠定坚实的基础。