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1、对小学科学实验设计的分析与思考 曹菊峰作者简介：曹菊峰，长兴县夹浦镇中心小学（浙江湖州313109） o原发信息：实验教学与仪器（长沙）2020年第20209期 第64-67页内容提要：实验设计的优劣影响着科学教学的效率及学生科学素养的 提升。在教学中，小学科学的实验设计应做到规范、科 学，立足探究目标，凸显实验设计层次、有序，突破教学 重点和难点，力求实验设计形象、直观。教师应深刻理解 教材内容，精心设计实验，适当改进实验，探索最优化的 教学方法。只有这样，才能提高课堂教学效率，培养学生 的科学素养。关键词：小学科学/实验设计/教学/分析/思考期刊名称：素质教育复印期号：2021年02期在众
2、多课程中，学生往往对科学学科情有独钟。究其原因，是科学课 程中独有的科学探究实验深深地吸引着学生。而科学探究又与实验设计紧 密地联系在一起。基于此，笔者认为小学科学教师需要深入解读教材内 容，立足教学目标，突破教学重难点，进行实验设计和研究，从而促进科 学学科教学。一、解读教材内容，确保实验设计规范、科学小学科学教材中的实验内容和设计立足高位，看待问题偏理想化，时 常会忽略实验探究过程中的真实情况，倘假设仅按教材内容和设计按部就 班，往往会呈现出不尽如人意的效果，留下种种遗憾。为此，笔者在准确 把握教材内容的基础上，追求实验设计的简约，遵循规范性、科学性 的原那么，化繁为简，即选用简易可得、生
3、活化的材料，便于学生探究1。水在什么温度时结冰是教科版（2017版）三年级下册水结冰 了一课的主要探究活动。根据教材安排，该实验是将盛有少量水的试管 插入加有食盐的碎冰中，并将温度计放入试管中，观测试管中的水开始结 冰时的温度（图1）。按理说，冰点温度应该是0 ,但学生的实测温度 往往是-2。（：或-3。匚 究其原因，是温度计使用方法不当。按教材图示可 知，温度计的感温包是直接接触试管壁的，所测温度是含盐冰水混合物的 温度，而非试管中冰水混合物的温度。按规范，温度计在使用过程中是不 能碰试管壁的，但学生很难在较长时间里做到如此规范。为此，笔者利用 胶头滴管的胶管改制了一个小装置（图2 ）。方法
4、是，将胶管的顶部剪 下，用打孔器在其顶端打一小孔，用于插入温度计的感温包；侧面打两对 小孔，便于热量传递。学生用此装置便可轻松做到规范测量，所测数据自 然也就准确了，多数小组实测水结冰的温度为0o这一例证说明，小小的一项改进，就能让实验探究规范、科学。观察硫酸铜溶液与铁钉的反响是教科版六年级下册化学变化伴随的 现象一课中的一个主要实验，旨在通过实验让学生观察到物质在化学变 化中往往伴随有颜色改变、生成附着物（沉淀物）等现象。但根据教材安 排（图3）,用一杯硫酸铜溶液与一枚铁钉反响，在一节课里是不能看到 溶液颜色发生变化的。原因很简单，这是一个置换反响，参与反响的双方 量极其不匹配。为此，笔者从
5、材料配送和教学策略两方面入手来优化这个 实验。具体做法是：用一次性注射器吸取约7mL硫酸铜溶液分发到小 组；实验时，让学生向小药瓶中注入5mL硫酸铜溶液，留2mL在注射器 中作为样本；将铁钉的一端浸入瓶中数秒后取出，用纸巾擦拭后再次浸入 溶液中，观察实验现象（图4 ）。此时，学生自然关注到铁钉的变化，通过师生互动和引导，学生理解 到附着于铁钉外表的红色物质是反响后产生的新物质铜。随后，教师 引导学生比拟小药瓶中的溶液和注射器中的溶液，发现药瓶中的硫酸铜溶 液颜色明显变浅甚至泛绿，从而引导学生理解在反响中硫酸铜也发生了变 化，产生了新的物质。前面铁钉两次浸入硫酸铜溶液，一方面去除了杂质 的干扰，
6、方便学生观察到铜的色泽；另一方面，提高了铁与硫酸铜的反响 效率。后面师生关于附着物的探讨，于无形中延长了铁钉与硫酸铜溶液的 反响时间，使反响更充分。正是有了对实验材料和实验时间的科学把控，不仅使该实验效果明显，而且省时省料。当然，我们并不需要刻意改变教材的实验设计和内容，而是秉持立足教材、有效利用材料的原那么，采用科学、规范的操作，解决学生心中的疑 惑，并帮助学生及时、准确地建构概念。这是我们科学课堂教学所期望达 到的。二、立足探究目标，凸显实验设计层次、有序并不是所有的实验设计都适合探究活动，有些仅仅属于观察活动，而 并非科学探究活动。只有那些能指向探究目标，可以帮助学生完成科学概 念建构的
7、设计和材料，才适合学生探究。然而，在教材中有的探究目标规 定一课时要进行较长时间的探究，又或者实验较多，将学生思维和探究时 间割裂，显得无序和缺乏连贯性。在探究活动中，设计有层次的实验且有 序呈现，既可保证探究时间和探究内容的连续性，又能让学生的科学思维 深度开展，提升探究能力，以此到达探究目标。教科版六年级下册的用显微镜观察身边的生命世界（三）”一课的 探究目标旨在通过显微镜观察水中的微生物，认识到微生物也属于生物， 也具有一般生物应有的生命特征，从而把学生的视角引入神奇的微生物世 界。要到达上述目标，前提是学生能观察到微生物。这就需要考量材 料方法等因素。尽管教材为我们支了不少招，比方用鱼
8、缸、池塘的 水或加干草培养的水作为标本；或采用玻片标本的制作方法，以及控制微 生物运动的棉纤法吸水法”等（下页图5 ），但经实践后发现，这 些方法收效甚微，常常是水中无物。笔者经过苦苦探寻，终于找到了良方：首先是解决水中有物的问题。笔者从水稻田里拔来了带根带土的稻草茬，每隔2 3d浸泡一些，这样就可以轻松获得大量种类繁多的微生物。此外，不同的培养期所呈现的微生物种类不同。因此，用 于观察的教学用水可以在课前从不同的培养液中吸取。观察时，只需滴一 滴培养液于载玻片上，无需盖盖玻片，就可确保水中含有大量的微生物。 其次是解决物在镜中的问题。在教学中，笔者以学生强烈的观察 需求和兴趣为切入点，分层组
9、织观察活动。先用5倍目镜观察（物镜固 定，用10倍），确保学生能观察到大量的形态各异的微生物，从而激起 他们想看得更清楚的观察欲望。然后让学生用5倍目镜换取16倍目镜继 续观察，要求关注1 2种微生物并用简单的图文记录相关特征，以此唤 起它是什么微生物”的需求。接着为学生提供根据观察汇编的自制微生 物资料卡（图6）,要求他们继续观察比对。最后进行交流汇报，在汇报 中提炼微生物的生命特征，建构微生物也是生物的科学概念，感受到微生 物世界的神奇。作为科学教师，我们必须清醒地认识到所有的实验设计都应根据探究 目标来设计。因此，我们要做到基于目标来定位实验设计，力求实验的整 合、连贯、有序。三、突破教
10、学重点难点，力求实验设计形象、直观小学生的思维正处于从具体形象思维向抽象逻辑思维的过渡中，但仍 以具体形象思维为主。因此，在教学中，遇到抽象隐性的内容，尤其是重点和难点内容时，教师应向学生提供足够的有结构的材料，重新设计实验，获取具体直观的实验事实，从而让学生进行有效的科学探究，使实验 现象和思维开展可视化2。在教科版六年级下册日食和月食”一课的教学中，对这两种天文现 象发生的过程、成因和类型的理解应该是本课的教学重点和难点。不少教 师在教学本课时特意把本课的重点和难点定位在日食和月食的成因及日食 带的理解上，甚至一些教师追求极致，在日食带的理解上煞费苦功，这显 然是加深了本课的难度，使对重点
11、和难点的理解发生了偏移。经调查，对 于日食和月食的类型，大多数学生停留在死记硬背的层面上。如何让他们 对此有比拟理性、全面的认知呢？当下虽然有动画、图示等方法可以辅助 教学，但笔者更乐于用教具辅助教学。如图7所示，将一张较大的红色圆 卡纸贴于黑板上当作太阳，用一张较小的黑色圆卡纸挂于传动装置的棉线 上当作背光的月球。传动装置放置在讲台上，用小电动机传动，并模拟月 球的运行方向自西向东。两张圆卡纸的大小及传动装置的位置调整以 在教室中央稍靠近讲台、用单眼能看到黑色卡纸正好遮挡住红色卡纸为 宜。在教学时，笔者先通过教材上的模拟实验（手电筒、乒乓球、小地球仪）感知日食的形成原因，然后引导学生：刚才我
12、们是在宇宙上观察日食，如果在地球上观察，又是怎样的呢？笔者呈现教具，学生坐在座位上模拟在地球上各个地区的人们，将月球”先放在西端，启动电机使其自西向东运行，让全体学生用单眼观察“太阳，然后交流所见现象。极少数学生看到了 月球曾经把太阳整个遮住；也有极少数学生看到了 月球遮住太阳时留下了圆环；少数学生只看到月球能局部遮 挡太阳；而多数学生始终没有看到月球遮挡太阳”的现象。此 时让学生思考，同在一间教室里，大家看到的现象为什么不一样呢？引导 学生分析，这是因为每个学生与实验装置的位置、距离不同造成的，从而 将模拟实验的现象顺势迁移到日食形成的过程、成因及类型的解释上，也 将日食带的变化巧妙地渗透于
13、其中，为学生今后深入研究提供了强有力的 事实证据。接着，交换座位，再次让学生感受并理解日食发生时，地球上 只有少局部地区的人能看到，且是变化的。此时，教师再适时出示天文爱 好者为了看到日食而四处奔波的情景，感受日食的罕见及他们对天文现象 的热爱。同样，以上装置也可以模拟月食现象，帮助学生掌握月食的形成过 程、成因及类型。不同的是，把模拟太阳的红色卡纸换成黑色卡纸，并用 一支架将其放置在传动装置的前面当作地球背光面的阴影；把模拟月球的 黑色卡纸换成同样大小的白色铅画纸，当作被太阳照亮的月球（图8）, 实验方法同上。在实验中，很多学生看到了 月球”由东侧开始慢慢整个 进入了 地影，然后慢慢走出地影
14、。也有较多学生在整个过程中看 到月球只是局部进入了 “地影。随后，学生尝试解释月食的形成过 程、成因及类型。最后，学生对日食和月食进行比拟，除了成因、类型、 时间不同，学生最大的感受是发生日食时只有少局部人能看到，而发生月 食时，几乎半个地球上的人都能看到。这个实验装置虽然简单，但直观形 象地揭示了日食和月食的成因，巧妙地化解了教学的重点和难点。问渠那得清如许，为有源头活水来。教学的实践过程也是教学方 法的探索过程。诚然，实验设计并非凭空捏造，一蹴而就；实验器材也并 非追赶时髦，标新立异，而应具有实用价值。在实际教学中，教师应深刻 解读教材内容、目标和重点难点，精心设计实验，适当地对实验进行改 进，探索最优化的教学方法。只有这样，才能提高小学科学课堂教学效率。
