实验材料的选取和处理

◇史瑞娣（江苏：宜兴市新庄小学）

实验材料作为小学科学探究活动中必不可少的对象，也是科学实验顺利开展的必要条件。随着对科学教育重视程度的不断提升，科学教师也更加注重实验材料的选择，并不断优化材料的选择机制。科学教师越来越重视对科学实验材料的选择和优化。合适的实验材料能够更直观地展示实验现象和原理，激发学生的学习兴趣，提高其参与度和探究精神。同时，实验材料的选择还需要考虑到安全性和可操作性，确保学生能够在安全的环境中进行实验，并能够顺利完成实验步骤，达到操作要求，进而让学生在不断探究中深化科学知识。与此同时，教师还应当考虑材料的启发性，启发和支持学生积极有效地与材料构成互动关系，为科学探究保驾护航，为落实学生科学素养打下坚实的基础。

一、内涵诠释：什么是小学科学实验材料

（一）材料和实验材料

“材料”即物质，主要用于制造器件、构件、机器或其他产品的物质。材料的性质由自身的组成成分和组成结构而定，这是就材料本身而言的。而小学科学中的“实验材料”是指更好地使科学课堂目标内化为学生核心素养的物质化材料，如实物、标本、模型、装置等。这一“材料”是为完成“科学活动”的既定目标而准备的，是解释科学概念、说明科学现象的载体和基础，是一种显性化的思维呈现。“科学活动”离不开“实验材料”，“实验材料”是“科学活动”开展的手段和方式；但同时“实验材料”只有契合“科学活动”的主题，能清晰、可视、有序呈现现象和规律，才是有意义有价值的。

（二）实验材料的分类

小学科学“实验材料”大致分为观察实验材料、实验操作材料、制作搭建材料等几大类。观察实验材料主要指为学生提供观察的对象或者观察工具，例如鱼、蚂蚁等小动物，叶子、茎等植物的器官等；观察工具有放大镜、显微镜、温度计等。实验操作材料为学生准备的活动和实验的材料，如实验室材料滤纸、磁铁、胶棒等，生活材料绳子、一次性纸杯、橡皮筋等。制作搭建材料是为学生提供的材料和工具，如木工工具箱、金工工具箱等。

（三）材料准备的注意点

小学科学“实验材料”准备时，建议给足学生思考和讨论的时间，让学生在材料准备和科学活动目标的辩证关系中去推敲和调整。必要时，还可以通过给半成品的方式让学生完成实验材料，鼓励学生利用常见的生活材料去准备。在“实验材料”投放时，要注意各组之间材料的可变性和一致性以及材料的开放性和可操作性等。

二、价值追寻：选择并利用好“实验材料”的积极意义

（一）落实核心素养的有力保障

设计合理的实验材料、选择有结构的实验材料、操作使用好实验材料，是学生在参与整个科学（观察、探究、实践）活动时的重要技能和环节。材料的准备和使用是形成科学观念的必经过程，是培养科学思维的有效途径，是锻炼科学探究实践能力的有力载体，是形成立足证据、乐于探究、追求创新、合作分享的态度责任的重要保证。

（二）形成高效课堂的必要手段

实验材料的好坏将直接关系到科学课堂教学的质量高低。在科学课堂的有效时间和有利的空间里，如果能够合理使用材料、选择材料、运用材料，借助材料让学生进行科学探究，那么这样材料会有助于学生建构正确的思维框架，开展操作实践，思维锻炼，做中有思，思中有创，让每一位学生感悟获取科学学习的方法与过程，经历活动中收获的喜悦，使我们的科学课堂教学更加高效、更加扎实。

（三）实施探究实践的有效载体

科学探究式学习是科学学习的主要方式。在探究式学习中，需要学生通过简单有结构、感兴趣又熟悉的实验材料来进行观察和实验，通过激发学生的探究欲望进而让学生主动参与实验探究，在自主参与实验的过程中深化对科学知识的理解与应用，提升学习效果。因此，科学课的材料准备和操作规范是关系科学探究成效的两个重要的因素。

三、策略演绎：如何优化小学科学实验材料

（一）基于生活经验，优化实验材料

基于生活经验优化实验材料，从学生熟悉的材料入手，能够拉近学生与科学材料的距离，进而激起学生的探究意愿。基于生活经验选择的实验材料，学生对材料本身已经有一个基础的认识，进而为高效开展科学实验奠定基础。

例如，在引导学生探究“水的蒸发快慢与什么因素有关”这个问题时，可以选择学生熟悉的饭锅和水作为实验材料。通过观察和记录烧开水的时间，师生共同探讨影响水的蒸发速度的因素。学生可以提出的因素有：火力大小、锅盖有无、室温高低等，通过实验，学生可以比较不同条件下水的蒸发速度的差异，并得出结论。这种基于生活经验的实验材料设计，使学生能够将实验与日常生活联系起来，更好地理解水的蒸发与环境因素的关系。学生在实验过程中不仅能够自主观察和实践，还能够动手操作并记录数据，培养科学的思维能力和实验技能。通过创设这样的生活情境，学生可以更加投入地参与实验，激发他们对科学的兴趣和好奇心。同时，基于生活经验优化实验材料设计，能够帮助学生更深入地理解科学原理，提高学习的效果。

（二）基于探究需求，优化实验材料

教师需要思考实验材料是否能够激发学生的兴趣，使他们在感兴趣的活动中引发与探究主题的关联。同时，实验材料也必须满足探究活动本身的需求，具备有效性和可操作性。为了实现这一目的，教师应了解学生的兴趣和生活经验，结合他们的实际情况确定实验主题或问题。同时，根据实验的目的和内容，选择适当的材料和工具，保证实验过程的安全性和可行性。此外，尽量选择一些直观和真实的实验材料，能够让学生更容易理解和接受。

例如，在教学《地球的形状》这一课时，为了更好地模拟帆船进出港的情境，我设计了一种类似于拱形结构可变两用装置的伞。伞面的弧形设计能够更准确地模拟地球表面的曲率，让学生更直观地感受到地球表面是弧形的特点。在这个情境下，学生可以将小船放置在伞的表面上，并观察小船在弧形表面上移动的方式。通过观察和操作，学生可以理解帆船在进出港口时受到地球曲度的影响，需要通过调整航向来适应不同的弧度。当我们将伞面倾斜为相对水平的状态时，它可以模拟平面地面。这种使用方式，可以让学生更直观地感受到水平地面的特点，同时也能够帮助学生进行比较和对比思考。在这个情境中，学生可以将小船放置在伞面上，并观察小船在平面上移动的方式。通过对比，学生可以深入思考为什么帆船在进出港口时需要考虑到地球表面的曲率，以及平面和弧形对航线的影响有何不同。这样的设计，考虑了学生的实际操作需求，可以更好地支持学生进行实验操作和观察，进而深入理解地球的形状。

（三）基于操作实践，优化实验材料

材料的优化选择，是为了便于学生实践操作，从而为科学探究活动提供良好基础。因此，必须重视材料的实用性与可靠性。实验材料应该简单易操作，能够引发学生的积极参与和亲身体验，同时也要确保实验材料的可靠性，以保证实验结果的准确性和可重复性。

例如，在研究“拉力大小与弹簧伸长之间的关系”这一活动时，我设计了一个自制的“拉力操作板”，以方便学生进行操作实践。这个操作板的顶部固定了6 个等距离的钉子，并在竖直方向上设计了刻度标尺，刻度从弹簧的长度开始设置。这样，学生所测量到的长度直接对应了弹簧的伸长长度。操作时，只需依次挂上相同的弹簧，并按照顺序挂上1，2，3，4，5，6个钩码。随着钩码的增加，弹簧的伸长长度也会逐渐增加。要同时保证学生使用同一个弹簧进行操作，以确保实验结果的准确性。这个“拉力操作板”具有较强的操作性，操作难度较低，操作时间也相对较短。学生能在短时间内完成实验操作，并快速发现拉力大小与弹簧伸长之间的变化规律。通过这个实验，学生能够直观地观察到拉力大小对弹簧伸长度的影响，进一步加深对弹簧性质的理解。

（四）基于典型特征，优化实验材料

在优化实验材料选择时，应该注重选择具有普遍性和典型性的材料，这样的材料更有利于学生观察实验现象和收集实验数据。通过观察具有普遍性的现象，学生可以从表面逐渐深入本质，从一般到特殊的思维逻辑中建立概念。通过观察和实验，学生可以将这些典型特征与其他相关材料进行比较，找到它们之间的共同点和规律。这样的选择，可以帮助学生更好地理解和归纳所学的科学知识，培养他们的分类和归纳能力。

例如，教学苏教版三年级下册《种子发芽了》一课时，为了方便学生观察和理解，我们应该选择平时学生常见的、易于观察的材料，同时又能有效捕捉到种子的普遍特征。在这个案例中，蚕豆种子是一个理想的选择。蚕豆种子形状较大，含有较大的胚乳，同时也有显著的外部特征，如种皮的颜色和形态。选择具有明显特征的蚕豆种子作为观察材料，学生就可以清楚地看到种子的各个部分，包括种皮、胚乳和胚轴。通过观察，学生可以发现种子的普遍特征，例如它们都有种皮和胚乳。对于那些不利于形成和建立“种子”的概念的材料，我们应该尽量避开。如果选择一些特点不明显的种子作为观察材料，学生可能很难发现其中的共同特征，从而无法建立起种子的概念。在观察和实验过程中选择合适的典型材料，能帮助学生通过仔细观察、抽象、归纳，从而建立起有关种子的概念。

（五）基于多元整合，优化实验材料

不同种类的实验材料都具有独特的作用和优势，通过将它们进行有效的整合，我们可以实现由个体到整体、由点到面的思维呈现。这样的设计能够帮助学生建构完整的科学概念，并满足他们的探究需求。

例如，在教学“比较发现植物叶子的相同点和不同点”这一环节时，为了让学生能够有整体的发现，在准备树叶的实验材料时，我们需要考虑树叶的各种特征，并选择多种优化组合的材料。需要综合考虑树叶的大小、颜色、形状、边缘特征、厚薄、软硬和气味等因素，这些特征是学生进行比较和发现的重要依据。通过准备具有不同特征的树叶，能够帮助学生进行全面的比较和观察，从而更好地认识植物叶子的多样性。同时，可以从地域、环境等因素出发，选择学生熟悉并且易于获取的树叶材料。例如，在学校里常见的树种中选择一些具有显著特征的叶子，如香樟叶、铜钱草叶、广玉兰叶、红枫叶、沙金珊瑚叶、黄杨叶等，这样的选择可以引发学生对身边环境的观察和思考，增强他们的亲身体验和学习兴趣。在选择叶子时，我们可以考虑将形状相似但其他特征不同的叶子放在一组中，或将同一种树木的不同年龄的叶子放在一组中。这样的组合，可以激发学生的思考和讨论，能够让他们在交流分享时有所得，在总结归纳时有更全面的收获。

总之，实验材料贯穿于科学探究活动的始终，对于课堂教学效果起着关键性作用。因此，教师在具体选择实验材料时，可以基于生活经验、基于探究需求、基于操作实验、基于典型特征、基于结构暗示、基于多元整合等，不断优化实验材料。只有科学合理地选择应用实验材料，才能保障科学教学过程的高效性。与此同时，教师还应当充分发挥自身引导作用，鼓励学生主动观察周围材料，并能够基于教学内容将这些材料运用到具体实验当中，不断丰富自身的科学知识，提升科学探究技能。