小学科学实验多样化设计与实施研究

实验是小学科学探索活动的重要组成部分，也是学生获取科学知识和技能的重要途径之一。小学科学实验多样化研究是对实验方法、实验原理、实验现象和实验材料的挖掘，力求通过不同方式和手段解决实际问题，发展学生的科学思维，培养其动手能力、创新能力和科学素养，实现科学育人的目的。

一、实验方法多样化的选择

通过多种实验方法解决问题，能使学生思维能力和动手能力得到发展，还能使学生在设计实验、操作、记录与交流中，针对同一问题从不同的角度去观察与理解，从而达到真正掌握知识的目的。

例如：在“测量肺活量”中，可以用以下3种方法对肺活量进行测量。

实验方法1：用测量袋测量肺活量

实验材料：肺活量测量袋、通气管。

实验步骤：（1）展开测量袋，放置好通气管。（2）吸足气，然后将气体从通气管呼入测量袋。（3）肺部气体全部呼出后，收紧通气管，将测量袋从呼气口方向往里卷，直到卷不动为止。（4）读取鼓起的测量袋上的数值，即为肺活量。（5）重复测量3次，每次之间应进行一定时间的休息。

实验分析：肺活量大的同学，一次性呼出的气体体积也就越大。

实验方法2：用气球测量肺活量

实验材料：气球、细线、软尺。

实验步骤：（1）深吸一口气，然后尽可能地吹气球。（2）气球的末端用线绑紧，使其不漏气。（3）测量气球最宽处的周长。（4）把实验数据填写在实验记录表中。

实验分析：肺活量大的同学，一次尽力呼出的气体体积也越大，因此吹的气球也越大。

实验方法3：用排水法测量肺活量

实验材料：塑料瓶（2升）、弯头吸管、装适量水的水槽。

实验步骤：（1）在标好刻度的塑料瓶里装满水。（2）把塑料瓶倒置在水槽里，插入弯头吸管。（3）深吸一口气，通过吸管尽力向塑料瓶里吹气。（4）记录排出的水量。

实验分析：肺活量大的同学，其呼出的气体体积也会越大，塑料瓶里排出的水量也会越多。

虽然以上3种实验方法不同，但都能测出人体的肺活量。实验方法的多样化拓展了学生的科学思维，提升了学生的动手能力和创新能力。

二、实验原理多样化的诠释

对小学科学实验，学生需要对实验现象进行分析，说出实验原理，这样才能利用实验解决问题，获取科学知识和技能。要诠释实验原理，特别是在科学模拟实验中，我们可用不同的实验材料和方法，创造不同的情境，让学生明确实验现象，得出正确结论，从而掌握实验原理，提升学生的实验能力。

例如：在模拟“火山喷发”时，需要了解火山喷发的本质，知道火山喷发是地球内部运动的结果。了解了火山喷发的本质后，就可以模拟其原型，分析实验原理是由物质的温度升高，造成体积膨胀，导致喷发。

实验方法1：小苏打粉与白醋发生反应，模拟火山喷发

实验材料：小苏打粉、白醋、红色颜料、泡泡水、瓶子。

实验步骤：（1）把小苏打粉倒进瓶子里。（2）把红色颜料水和泡泡水倒进瓶子里，晃动瓶子，使小苏打粉溶解。（3）把白醋快速倒进瓶子里。（4）观察瓶子里发生的现象。

实验原理：小苏打是一种碱性物质，遇到酸性的醋后发生化学反应，产生大量的二氧化碳气体。二氧化碳气体遇到红色的泡泡水后，就会产生很多红色的泡沫，由于瓶子内部压力较大，红色泡沫便会喷出瓶口，像火山喷发一样。

实验方法2：用泡腾片模拟火山喷发

实验材料：清水、搅拌棒、泡腾片、色素、透明瓶子、食用油。

实验步骤：（1）在透明杯子中倒入清水，然后滴入色素，用搅拌棒搅拌均匀。（2）倒入适量食用油。（3）放入泡腾片，进行观察。

实验原理：泡腾片遇水时会产生大量的二氧化碳气体，二氧化碳气体会向上翻滚，带颜色的水就会跑到油层上方，形成类似火山喷发的情境。

实验方法3：利用热水和凉水模拟火山喷发

实验材料：小玻璃瓶、大碗、热水和冷水、水彩颜料、毛笔。

实验步骤：（1）在大碗里注入大半碗凉水，然后向小玻璃瓶里注入大半瓶热水。（2）用毛笔蘸一些水彩颜料，滴在小玻璃瓶的热水里。（3）把小玻璃瓶迅速放入大碗中，使瓶口朝上并浸入水下，观察随后发生的现象。

实验原理：根据热胀冷缩的原理，同质量的热水与冷水相比较，热水的体积比凉水体积大。当把两种不同密度的液体放在一起时，密度小的会跑到上面，形成“水中火山”的现象。

以上3种实验，都是利用物质的体积膨胀，致使其需要摆脱现有环境，从而造成的一种释放现象，进而模拟了火山喷发的情境。这些实验原理与火山喷发的本质是一致的，能够让学生理解和掌握火山喷发的原因是地球内部运动的结果。

三、实验现象多样化的呈现

通过对实验现象的观察、记录与分析，学生才能得出正确结论，进而完成实验任务。但是，不同的实验也能呈现相同的实验现象，从而激发学生的好奇心，让学生的求知欲得到提升。

例如：在“制作神秘的信件”时，利用不同的实验，也能呈现同样的效果。

实验方法1：用淀粉写字

实验材料：毛笔、淀粉、勺子、热水、杯子、白色泡沫板、碘酒、喷壶（雾状）。

实验步骤：（1）用勺子取适量淀粉放在杯子中，用热水调成淀粉液，静置后过滤，得到澄清的淀粉溶液。（2）用毛笔蘸取淀粉溶液后在白色泡沫板上写字。（3）晾干白色泡沫板（字迹消失）。（4）在喷壶中加入碘酒，用喷壶对准写字的区域喷几下，观察现象（字迹显现）。

实验分析：利用淀粉与碘酒反应生成蓝色物质的原理，就能显现事先用淀粉溶液写的字。

实验方法2：用牛奶写字

实验材料：牛奶、毛笔、白纸、纸杯、蜡烛、打火机。

实验步骤：（1）将牛奶倒入纸杯。（2）用毛笔蘸牛奶在白纸上写字。（3）写好后，将纸平铺晾干（字迹消失）。（4）点燃蜡烛，将纸放在烛火上方烘烤，观察现象（字迹显现）。

实验分析：牛奶中含有蛋白质，烘烤后，蛋白质变性凝固显色，就会出现字迹。

实验方法3：用柠檬水写字

实验材料：柠檬、水、盘子、棉签、白纸、台灯。

实验步骤：（1）把柠檬挤压出汁，收集到盘子里。（2）加水稀释柠檬汁。（3）用棉签蘸取稀释后的柠檬汁，在白纸上写字。（4）将白纸晾干（字迹消失）。（5）把白纸放在台灯的灯泡上加热，观察现象（字迹显现）。

实验分析：柠檬汁是一种无色的溶液，汁液在白纸上风干后，自然就不见了。柠檬汁中含有碳水化合物，把白纸放在灯泡上加热时，这种碳水化合物就会分解，生成黑色物质。于是，白纸上的字又出现了。

以上3种实验，虽然实验现象相同，但却是利用不同的实验方法呈现的。“制作神秘的信件”是利用物质的化学反应，生成新的物质，让纸上看不见的字呈现出来。

四、实验材料多样化的利用

实验材料多样化主要是指利用不同的材料进行实验，让实验现象和效果更加明显，从而提升实验的效果。

例如：开展“昼夜交替现象”模拟实验时，可以让学生积极思考，利用不同的材料模拟太阳和地球。

实验方法1：用灯泡和地球仪模拟

实验材料：灯泡、地球仪。

实验步骤：（1）点亮灯泡，调节灯泡与地球仪之间的距离，使光线差不多正好能照亮地球仪的一半。（2）在地球仪上确定一个点，表示地球上某一区域。（3）有顺序地选择要验证的假说，逐个研究。

实验分析：用灯泡模拟太阳，地球仪模拟地球，只要地球自转、地球围绕太阳转或者太阳围绕地球转，都能发生昼夜交替现象。

实验方法2：用小马灯和地球仪（改装）模拟

实验材料：小马灯、地球仪。

实验步骤：（1）把地球仪从底座上取下来，并且安装上一个手把。（2）在地球仪上标记观测点。（3）点亮小马灯，有顺序地选择要验证的假说，逐个研究。

实验分析：用小马灯代替太阳，可以模拟太阳光向四周照射，而不是向一个方向照射。

实验方法3：用投影仪和地球仪模拟

实验材料：投影仪、地球仪。

实验步骤：（1）打开投影仪，让光线水平照射地球仪。（2）调整地球仪的位置，让地球仪完全处于投影仪的光照中。（3）转动地球仪，观察地球仪的明暗变化。

实验分析：地球仪向着投影仪的一面亮，背对投影仪的一面暗。逆时针转动地球仪，地球仪明暗面交替出现。这种情况的出现，就可以说明昼夜交替现象产生的原因是地球自转。

以上3种实验，在昼夜交替现象的设计和模拟中，使用不同的材料和不同的步骤验证假说，效果都是比较明显的。但是在利用不同的材料和方法开展实验室时，需要注意材料要容易获取，经济实惠，并与实验有较强的关联性。

总之，科学实验是科学教学重要内容，也是有效的学习方法。在科学实验中，需要对实验方法、实验原理、实验现象、实验材料进一步挖掘，发挥实验的功效，不仅让学生在实验技能方面得到发展，而且还要让学生在观察能力、动手能力、合作能力和创新能力等方面得到发展。