芻議小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)化策略

周偉軍

[摘 要]

科學(xué)學(xué)習(xí)以探究為中心，科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)離不開實(shí)驗(yàn)材料。學(xué)生只有通過對有結(jié)構(gòu)材料的操作、擺弄和思考，才能從中感悟獲取科學(xué)知識的方法和過程，從而培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)造性思維，提升科學(xué)素養(yǎng)。優(yōu)化科學(xué)材料應(yīng)從材料的準(zhǔn)備、選擇與運(yùn)用等方面著手，切實(shí)完善科學(xué)材料的結(jié)構(gòu)。

[關(guān)鍵詞]

實(shí)驗(yàn)材料;準(zhǔn)備策略;選擇策略;運(yùn)用策略

科學(xué)學(xué)習(xí)以探究為中心，學(xué)生親身經(jīng)歷像科學(xué)家那樣的科學(xué)探究過程，是培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的主要途徑。而科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)離不開實(shí)驗(yàn)材料。準(zhǔn)備不同的材料或?qū)ο嗤牟牧系牟煌倪x擇和利用，學(xué)生經(jīng)歷的探究過程就完全不同。學(xué)生只有通過對合適的材料的操作、擺弄和思考，才能使學(xué)生從中感悟獲取科學(xué)知識的方法和過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造性思維，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。筆者認(rèn)為，優(yōu)化科學(xué)材料應(yīng)從材料的準(zhǔn)備、選擇與運(yùn)用等方面著手，切實(shí)完善科學(xué)材料的結(jié)構(gòu)，為學(xué)生的科學(xué)探究提供有力保障。

一、優(yōu)化準(zhǔn)備策略——任務(wù)菜單人人參與

優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料，應(yīng)從準(zhǔn)備環(huán)節(jié)入手。凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。所以，真正有效地準(zhǔn)備材料應(yīng)根據(jù)材料的特點(diǎn)，讓教師、學(xué)生和家長進(jìn)行菜單式的選擇準(zhǔn)備。

（一）常規(guī)菜單——教師精心準(zhǔn)備

每學(xué)期期末教師就應(yīng)該對下學(xué)期的科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行整理、匯總，并列出學(xué)期材料菜單，然后開出單元材料單。一般提前一周開出單元材料清單，并把清單張貼在學(xué)期材料清單的下面，最后在每節(jié)課的導(dǎo)學(xué)單中進(jìn)行有效規(guī)劃，明確哪些是教師可以自己準(zhǔn)備的，哪些是需要學(xué)生收集的，哪些又是需要家長參與籌備的。對于常規(guī)性實(shí)驗(yàn)材料（如燒杯、溫度計(jì)、量筒、試管等）、專業(yè)性實(shí)驗(yàn)材料（如天平秤、顯微鏡、音叉等），教師應(yīng)努力做好準(zhǔn)備，為實(shí)驗(yàn)正常開展提供保障。另外，對于教材中的有缺陷材料，教師應(yīng)充分發(fā)揮聰明才智進(jìn)行材料的再創(chuàng)作，自制適合學(xué)生探究的材料。

（二）生活菜單——學(xué)生人人收集

學(xué)生是科學(xué)學(xué)習(xí)的主體，也是實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備的主要力量。而對于生活中比較常見的、容易尋獲的材料，教師可以放手讓學(xué)生自己準(zhǔn)備。因此，教師在導(dǎo)學(xué)單設(shè)計(jì)中應(yīng)注意體現(xiàn)學(xué)生的主體地位和小組的合作作用，讓學(xué)生共同參與材料的準(zhǔn)備。導(dǎo)學(xué)單中要有具體的分工，責(zé)任明確到人。小組材料準(zhǔn)備時(shí)要樹立 “組榮我榮，組差我差”的觀念。同時(shí)，可以定期選出“優(yōu)秀科學(xué)小組”，以提高他們準(zhǔn)備材料的積極性。比如，教學(xué)《做一個生態(tài)瓶》一課，課前讓學(xué)生分頭準(zhǔn)備材料，而且明確到人：一人準(zhǔn)備5升裝塑料油桶，一人準(zhǔn)備水草，一人準(zhǔn)備魚類、螺螄等，一人準(zhǔn)備魚飼料。

二、優(yōu)化選擇策略——典型、科學(xué)、易操作

材料的特性決定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞，教師應(yīng)優(yōu)化材料的選擇，因地制宜地進(jìn)行改進(jìn)，盡量體現(xiàn)出材料的典型性、科學(xué)性和易操作性。

（一）材料種類要有典型性

材料并不是越多越好，也不是越新奇越好，教師應(yīng)該從學(xué)生的角度來審視與設(shè)計(jì)每一件材料，盡量選用與學(xué)生生活密切相關(guān)的、有普遍意義的、典型的材料，既能夠使學(xué)生順利通過對材料的探索獲取對事物的正確認(rèn)識，又避免材料準(zhǔn)備工作的費(fèi)時(shí)費(fèi)力現(xiàn)象。如教科版科學(xué)三下《溶解》這個單元，讓學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識水的溶解現(xiàn)象，了解容易溶解在水中的物質(zhì)和不易溶解的物質(zhì)，知道水有一定的溶解能力等。這些實(shí)驗(yàn)就需要準(zhǔn)備幾種較為典型的材料，如容易溶解的物質(zhì)（食鹽、高錳酸鉀等）和不溶解的物質(zhì)（沙子）。筆者首先把容易準(zhǔn)備的材料布置給學(xué)生，鼓勵每個學(xué)生都去準(zhǔn)備，然后由教師準(zhǔn)備高錳酸鉀、水銀等。如教科版科學(xué)五下《熱》單元中，為了更加明顯地觀察到水、空氣和金屬的熱脹冷縮，教材編寫時(shí)都考慮到了實(shí)驗(yàn)材料的典型性。但第二課《給冷水加熱》一課，教材中展現(xiàn)的是封口袋裝熱水在冷水中上浮，然而這種實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不太清晰，所以筆者改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)材料，在熱水中加入了紅墨水，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯而易見。

（二）材料設(shè)計(jì)要有科學(xué)性

科學(xué)實(shí)驗(yàn)作為探究活動，其本質(zhì)之一就是“實(shí)證”。科學(xué)是要講證據(jù)的，實(shí)驗(yàn)中的事實(shí)、數(shù)據(jù)就是有力的證據(jù)。教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過定量觀察、測量、記錄、搜集科學(xué)事實(shí)和可靠證據(jù)來驗(yàn)證對問題的假說。但是，由于一些實(shí)驗(yàn)材料缺乏科學(xué)性的原因，無效探究的現(xiàn)象還經(jīng)常存在，成為困擾一線科學(xué)教師的問題之一。如教科版科學(xué)四下《金屬能熱脹冷縮嗎》一課，教材中的實(shí)驗(yàn)所展示的都是金屬受熱后膨脹的結(jié)果，學(xué)生并沒有真正看到金屬熱脹冷縮的過程。為了彌補(bǔ)不足，筆者用視頻直播的形式真實(shí)再現(xiàn)金屬熱脹冷縮的清晰過程，讓學(xué)生眼見為實(shí)，體現(xiàn)科學(xué)的真實(shí)性。首先，利用高清微距攝像頭，在保證圖像的清晰度的同時(shí)，將銅條之間的縫隙盡量放大，這樣就可以非常清楚地看見受熱的銅條與另一根銅條之間的距離逐漸靠近，直至碰到一起;其次，利用連通電路的原理，將兩根銅條連入一個完整的電路中，并配上集成電路報(bào)警器和揚(yáng)聲器，盡量將電路連通后的信息以聲音的方式傳遞給每一位學(xué)生，最后，給銅棒加熱后會變長，視頻清晰地展現(xiàn)了這個現(xiàn)象。當(dāng)然，銅條可以替換成其他材質(zhì)的金屬，可以更多地再現(xiàn)其他金屬的熱脹冷縮過程，從而證明很多金屬有這一特性，體現(xiàn)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。

（三）材料選擇要有操作性

教師選擇實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，首先應(yīng)該考慮學(xué)生已有水平，針對小學(xué)生動手操作能力相對較弱、實(shí)驗(yàn)技能尚未熟練的現(xiàn)狀，應(yīng)選擇便于學(xué)生操作的實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案，避免煩雜的實(shí)驗(yàn)材料和過難的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)占據(jù)大量的課堂時(shí)間，讓學(xué)生在“具有適度挑戰(zhàn)性”的實(shí)驗(yàn)操作中開展探究活動，在較短的時(shí)間內(nèi)掌握知識，形成技能，提高課堂整體效率。如教科版科學(xué)六上《做框架》一課中的制作正方體框架的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生準(zhǔn)備大量的竹筷，現(xiàn)場制作正方體框架。每次活動前，捆綁的方法都要經(jīng)過精心指導(dǎo)，但還是比較浪費(fèi)時(shí)間。上過這節(jié)課的教師也普遍反映存在這樣的問題?？梢?，竹筷子的選擇對于這個實(shí)驗(yàn)的操作有一定的局限性，應(yīng)加以改進(jìn)。為此，筆者嘗試了多種材料，如塑料吸管、鐵絲等，最后發(fā)現(xiàn)五年級數(shù)學(xué)學(xué)具中的正方體塑料棒非常適合，不僅組裝方便，而且加固斜桿時(shí)也容易捆扎，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率，讓學(xué)生有充分的時(shí)間進(jìn)行多次捆扎實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、捆扎方法的對比等后續(xù)研究。

三、優(yōu)化運(yùn)用策略——趣味、有序、長效

籌備了有結(jié)構(gòu)的材料，只是完成了實(shí)驗(yàn)材料處理的前期工作，關(guān)鍵要做到課堂上的巧妙運(yùn)用，這樣，才能達(dá)到事半功倍、錦上添花的效果。

（一）材料的呈現(xiàn)要有趣味性

興趣是探求新知時(shí)最重要的推動力，是構(gòu)成自主探索的最活躍成分。實(shí)驗(yàn)材料的呈現(xiàn)富有吸引力，能很好地激起學(xué)生探究的興趣。如上例提過的《給冷水加熱》，為了讓學(xué)生了解“冷水在熱水中會下沉，熱水在冷水中會上浮”的特點(diǎn)，我為每組準(zhǔn)備了紅、藍(lán)兩種不同顏色的水、兩個塑料袋，讓學(xué)生自己在水槽中探究冷熱水的不同。學(xué)生在五彩繽紛的水世界中探究，效果非同一般。又如，《液體的熱脹冷縮》一課以“自制噴泉”的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入，有趣、神奇，學(xué)生興趣濃厚。不言而喻，這些有結(jié)構(gòu)、有創(chuàng)意的材料，既充分調(diào)動了學(xué)生的探究興趣，又讓學(xué)生在比較輕松的學(xué)習(xí)中突破了難點(diǎn)。

（二）材料的提供注意有序性

分階段、適時(shí)提供有結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)材料，不僅能有效地激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣，而且能循序漸進(jìn)地增加問題的復(fù)雜性，使學(xué)生在逐漸復(fù)雜的問題中，思維活動步步深入，步步推進(jìn)，在潛移默化中增強(qiáng)學(xué)生的探究欲望和動力，促使學(xué)生去進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，從而在無形中調(diào)控課堂教學(xué)秩序，避免學(xué)生隨意操作，有效地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究。如教學(xué)教科版科學(xué)四下《油菜花開了》時(shí)，教材在編排上就存在著嚴(yán)密的邏輯關(guān)系，使學(xué)生從整體感知油菜花植株的結(jié)構(gòu)，然后到重點(diǎn)觀察一朵油菜花的結(jié)構(gòu)，最后到觀察一株油菜上的花的變化，這是一個從整體到局部、從觀察到推測、從直觀到抽象的過程。筆者在教學(xué)中先出示整株油菜，讓學(xué)生觀察實(shí)物，找出綠色開花植物的六部分結(jié)構(gòu)。然后，為每小組提供一朵油菜花（事先放在各小組托盤上），最后以獎勵的形式把一株油菜花分發(fā)給各個組再次觀察。有序地出示油菜花植物，學(xué)生不會被其他無關(guān)的信息所吸引，注意力得到集中，學(xué)習(xí)效果有明顯提高。

（三）材料的整理講究長效性

筆者認(rèn)為，材料整理主要包括兩個方面：一是學(xué)生實(shí)驗(yàn)后的材料整理要科學(xué)規(guī)范。實(shí)驗(yàn)材料的整理是對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的一個重要內(nèi)容。一個有良好素質(zhì)的學(xué)生必須學(xué)會合理地整理實(shí)驗(yàn)材料，而這種習(xí)慣的養(yǎng)成不是一朝一夕就能完成的，需要教師對學(xué)生進(jìn)行不斷重復(fù)的指導(dǎo)與訓(xùn)練;二是教師將每次實(shí)驗(yàn)的材料進(jìn)行歸整，保留“入庫”。教師應(yīng)保留有用的材料，為下個班或下個學(xué)段的孩子使用，這樣，作為教師和學(xué)生都能節(jié)省很多的時(shí)間與精力。把學(xué)生準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)材料當(dāng)成“寶”，學(xué)生準(zhǔn)備材料的興趣就更濃了，從而就更喜歡科學(xué)課了。最后把這些材料整理入“庫”，專門放置在空曠、通風(fēng)的室內(nèi)分類整理。對于科學(xué)材料庫，教師可以根據(jù)需要列出各年級所需的材料，然后把科學(xué)材料庫里的材料進(jìn)行分類保存，這樣，有利于檢索使用。既然小學(xué)科學(xué)課幾乎每節(jié)課都有科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而且很多活動的實(shí)驗(yàn)器材都比較多，筆者建議將材料按照“一單元一類”的形式存放，即同一單元的實(shí)驗(yàn)器材放在同一個位置，在該位置貼上該單元的標(biāo)題，而存放位置的設(shè)計(jì)統(tǒng)一按年級、章節(jié)次序。當(dāng)教師上完某課內(nèi)容后，將所開發(fā)整合的器材存放到相應(yīng)的位置，這樣，當(dāng)以后再上到這節(jié)課時(shí)，可直接找到該課所需的器材，無需再從其他位置一一查找組合，從而讓實(shí)驗(yàn)器材的準(zhǔn)備更省力、簡便，節(jié)約器材準(zhǔn)備時(shí)間。

總之，科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料需要通過多方籌備、精心選擇、有效應(yīng)用，才能真正體現(xiàn)其價(jià)值，發(fā)揮其作用，啟發(fā)學(xué)生的思維，使他們更容易發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、獲取新知，使他們的身心得到健康發(fā)展，從而培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]張紅霞.科學(xué)究竟是什么[M].北京：教育科學(xué)出版社，2003.

[2]喻伯軍.小學(xué)科學(xué)教學(xué)案例專題研究[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2005.

（責(zé)任編輯：符 潔）