淺談中小學氣象科學實驗

■程楊鏡

科學實驗是科學家根據(jù)研究目的，運用一定的物質手段，通過干預和控制、觀察和探索等方式來探究尋求科研對象的有關規(guī)律和機制的一種研究方法，也是科學家為達到研究目的而運用的搜集客觀事實、獲取感性材料、檢驗科學假說、形成科學理論的基本過程和方法?？茖W實驗不但能夠發(fā)揮人的主觀能動性，而且還能夠延伸人的多方思維，并且更能夠引發(fā)人的征服觀念和增強人的突破心理，使科學家在客觀自然的變化過程中認識客觀自然，在排除許多不同因素干擾的環(huán)境中揭示研究對象的本質實際，進而發(fā)現(xiàn)更多的客觀新事物、新現(xiàn)象、新成果。

中小學所開設的科學實驗就是給青少年學生創(chuàng)設一個特定的時間和空間，引領并指導他們使用科學家進行科學研究解決問題的方法，去探索科學世界中無窮無盡、妙趣橫生、引人入勝的奧秘。通過科學實驗，可以使青少年學生在獲得科學知識、科學技術技能的同時，全面提高他們的科學觀念、科學態(tài)度、科學精神等素質。

科學實驗必須借助一定的載體與平臺來實施。在自然界和客觀社會中，可供科學實驗的載體與平臺不可勝數(shù)，氣象科學是科學實驗最優(yōu)秀的載體與平臺之一。

氣象科學實驗的特點

一、 隨身攫取，奧妙無窮，引人入勝

氣象是人們身邊的科學，人們的生活、生產每時每刻都與氣象密切相關。人們對由于氣象變化所產生的自然現(xiàn)象既熟悉又神秘。而這些既熟悉又神秘的自然現(xiàn)象可以為中小學學生提供無窮無盡的科學實驗課題，如《蚊子和天氣》、《神秘的風》、《看虹識天》等，這些都是湖南省懷化市洪江管理區(qū)幸福路小學紅領巾氣象站的小氣象員們所做的氣象科學小實驗。

在中小學生的日常生活中，這類氣象科學實驗隨身攫取、隨手拈來，不用去刻意尋找或人為地去創(chuàng)造。而且這類自然現(xiàn)象看似司空見慣，仔細研究起來卻奧妙無窮。同時在探究的過程中還給人層層啟迪，引人入勝。在完成這類實驗后，學生們不僅懂得了一定的科學道理，也提高了同學們的科學素質。

科學是一個即使最簡單的發(fā)現(xiàn)也會令人振奮的學科。

二、 蘊含著多學科知識

氣象科學是人類最古老的科學，自人類誕生以來，在日常的生活和生產中，特別是與大自然的斗爭中，首先萌生了氣象科學。

氣象觀測是人類最早的科學活動，在遠古的時候，人們?yōu)榱吮Ｕ献约旱纳詈蜕a，首先對天氣變化現(xiàn)象進行了觀測。氣象科學中蘊含著大量的多學科知識，中小學生的氣象科學實驗也是如此，例如《蠟燭能燃燒多久》、《制造云》的實驗等。這些都是比較簡單的實驗，其中涉及的學科知識有明顯的偏重性。還有很多比較復雜的氣象科學實驗，很明顯地涉及多門學科的綜合知識，有力地說明了氣象科學中蘊含著多種學科知識和多門學科對氣象科學的滲透。

三、 嚴密嚴謹，與科學素質零距離對接

嚴密和嚴謹是所有氣象科學實驗的共同特點。實驗課題的本身就具有嚴密性和嚴謹性，在實驗的過程中，也必須要有嚴密和嚴謹?shù)膽B(tài)度，否則，我們所做的實驗一定會失敗。同時，每一個氣象科學實驗都包含著一定的學科知識，要完成這些實驗，必須把多學科的知識進行綜合運用才能完成。另外，要進行氣象科學實驗，必須運用多種方法才能完成，如，動手、觀察、記錄、思考、實驗等，有的可以借助儀器、器物來完成，有的則直接用人體感官來完成。要完成這些氣象科學實驗就必須要具備一定科學素質，而人的科學素質可以在氣象科學實驗中得到培養(yǎng)、完善和發(fā)展。這樣，氣象科學實驗就與科學素質形成了零距離對接。

氣象科學實驗的分類

可以讓中小學生用來進行科學實驗的氣象科學課題非常多，有些課題經過多次實驗已經整理成型，有些課題經過專家的設計可以用來進行科學實驗，還有些課題可以隨意拿來進行科學實驗。歸結起來，大致有氣象儀器制作實驗、氣象要素成因的實驗、氣象要素變化的實驗、大氣變化影響自然的實驗、氣象情報運用的實驗、網上氣象科學實驗等。

氣象儀器制作實驗是利用簡單的工具，采用生活中常見的材料來制作一些簡單的氣象儀器，如雨量器、風向標、百葉箱、溫度表的制作等；氣象要素成因的實驗是利用一定的器物，運用物理、化學實驗的方法，來完成探索氣象要素形成原因的實驗，如風的形成、云的形成、雨的形成等實驗；氣象要素變化的實驗也是利用一定的器物，運用物理、化學實驗的方法，來完成探索氣象要素變化原因的實驗，如氣壓的變化、風的變化等實驗；大氣變化影響自然的實驗要在室外進行，而且規(guī)模比較大，并要多種自然物進行對比，才能形成實驗，如氣溫對植物的影響、陽光輻射對植物的影響等實驗；氣象情報運用的實驗就是利用獲取的氣象數(shù)據(jù)，進行與氣象要素相關的探究實驗，如單站天氣預報、臺風路徑跟蹤等實驗；網上氣象科學實驗就是利用現(xiàn)代化的網絡工具，直接在計算機上完成各種與氣象科學相關的實驗，如網上繪制天氣圖、網上制作氣象要素統(tǒng)計表等實驗。

氣象科學實驗的準備工作

進行任何科學實驗，首先必須做好準備工作。氣象科學實驗的準備工作大約有如下幾項。

一、 選擇實驗課題

選擇實驗課題要考慮三方面的因素，一考慮實驗的目標，也就是說，通過實驗要達到什么樣的效果目標；二考慮學生的年齡與智力因素，根據(jù)不同年齡段學生的智力、能力發(fā)展，選擇可以完成的實驗課題；三考慮學校與學生的實際條件，選擇一些符合與適應客觀實際的實驗課題來實施。

二、 實驗工具與材料的準備

很多實驗要借助一定的工具來完成，因此，在完成實驗課題的選擇以后，就要準備相應的工具。如，在進行氣象儀器小制作實驗時，要置辦一些必需的刀、鋸、剪、鉗等工具和塑料片、鐵皮、代用品等材料；在進行網上氣象科學實驗時，要準備計算機及網絡設備等。另外，還要搜集一些氣象科學實驗的參考書籍，如上?？萍汲霭嫔绯霭娴摹肚嗌倌昕萍蓟顒哟笕贰⒅袊茖W技術出版社出版的《少年科學實驗》、安徽美術出版社出版的《小實驗大學問》叢書、浙江教育出版社出版的《科學探索者》、香港現(xiàn)代出版社出版的《實驗系列》叢書《氣象學實驗》等書籍。

三、 設計實驗流程

設計實驗流程就是把所選擇的氣象科學實驗課題細化成“準備（工具與材料）——實驗步驟——實驗記錄——實驗分析——實驗結論”。在設計實驗流程的時，也要考慮四方面的問題，一考慮相應工具的使用安全問題，如刀、剪、鋸、玻璃器皿等；二考慮實驗流程的科學性和合理性，也就是說，所設計的實驗流程能否達到預期目的；三考慮所設計的實驗流程實施起來是否簡單、便捷，能夠從根本上說明科學道理；四可以結合中小學課程涉及的內容進行設計，使課本知識在實施的科學實驗過程中得到延伸。

氣象科學實驗的實施

氣象科學實驗是中小學進行氣象科技活動的一個重要項目。這個項目從簡單到復雜，諸多的實驗貫穿和覆蓋了氣象科學整個體系。因此，在實施氣象科學實驗時，不論處于什么學齡段的學生，進行氣象科學實驗都應該由簡單到復雜，由淺入深，循序漸進，但盡量避免重復。

各種不同類型的氣象科學實驗課題要穿插起來使用，也可以把不同類型的實驗分別安排、同時使用，盡量使實施的實驗呈現(xiàn)出多樣化；根據(jù)季節(jié)的不同和學校所在地區(qū)的氣候特點選擇課題，使科學實驗與當?shù)氐臍庀罂陀^實際相結合。

氣象科學實驗有各種不同的規(guī)模，可以是學生個人的探究，可以是小組活動，可以是一個班級或一個學校學生的集體活動，也可以是多所學校聯(lián)合或整個地區(qū)學校的大型活動。如，2000年香港天文臺舉辦的全港中學生參加的“雨量筒設計制作”比賽，就是一個大型的氣象科學實驗活動。

氣象科學實驗是科技教育中的首先選項之一，是推進素質教育的優(yōu)秀載體，是非常適合中小學生全面發(fā)展的最佳項目。隨著素質教育的不斷推進，越來越多的中小學配備了氣象科學儀器設備，一些學校還建設了校園氣象站、天文臺等。越來越多的中小學積極開設氣象科學實驗，認真實施，使廣大中小學生科學素質得到全面發(fā)展。

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