教师课前“下水实验”的五个关注点

陈志强 程伟锋

实验是科学探究活动的重要组成部分，教师的“下水实验”指科学教师在指导学生实验前，对课堂上学生要做的实验进行多次的预演或试验，从而为有效指导学生开展实验（科学探究活动）做好准备的行为。教师课前的“下水实验”对于提高整个探究活动的有效性能起到积极的作用。在《浙江省小学学科教学建议·科学》中就有如下建议：“教材上的观察、实验活动，教师在上课前要亲自做一遍，保证课堂教学顺利实施。”那么如何做好“下水实验”以提高课堂科学探究活动的有效性呢？

一、优化实验材料

科学探究离不开材料，材料选用合理与否，直接关系到教学的成败。因此课前教师亲自去当一回学生，“下水实验”一番，检验材料的有效性，进行合理的改进，从而选择结构合理的探究材料，为提高探究活动的有效性打好基础。

如笔者教学《空气的热胀冷缩》一课，课前通过“下水实验”，对教师用书中建议提供给学生的材料进行了多次优化改进，并对实验材料进行了一定的增减与替换。教参上提供的材料是：烧瓶、L形玻璃管、热水、常温水、冰水、锥形瓶，气球、红墨水。课前实验发现，要将红墨水装入L形玻璃管还需要滴管，而且红墨水滴入L形玻璃管里需要一定的技巧，学生较难操作；其次，用常温水使空气受冷现象已很明显，可将冰水去掉，降低准备材料的难度；再次，锥形瓶瓶口大，容积小，里面容纳的空气量较少，套在瓶口的气球较大，效果不够明显，改用500毫升的烧瓶后效果较好；最后，材料的结构性和层次性还不够强。综合上述“下水实验”的体会，笔者对材料进行了如下的调整，每组材料为：烧瓶、烧杯（两个）、带吸管的小玻璃瓶、滴管、红墨水、肥皂水、气球、热水、常温水、细绳。改进后的材料在实际的教学中效果更好，且可以引导学生设计多种实验验证空气具有热胀冷缩的性质，培养其发散思维。

下水实验往往还可以及时发现仪器本身的质量问题，将“问题”消除在课前。在下水实验中，笔者曾经检查出了不能准确指示温度的玻棒式温度计；指南一端颜色不同的指南针；两端是两小片强力的磁铁，中间一大部分是铁。

二、预设实验过程

实验中该给学生多少时间？该怎样调控实验教学的进度？这是我们教师在备课时应该考虑的问题。教师的课前“下水实验”，是课中预设实验活动的重要依据。

如《空气的热胀冷缩》实验，笔者在“下水实验”中发现，在没有外界干扰下有序完成实验，需6～8分钟时间，而学生做实验时会受到很多的干扰，实验熟练程度也不如教师，因此笔者预计需要12～15分钟。再加上前面课题的提出，实验方案设计的讨论，以及后面实验结论的探讨与课外拓展，整节课可能要超时，于是笔者对一些环节进行了取舍与浓缩，最终设计了一个长时探究活动。既以学生为主体，又合理调控了时间与进度，整个实验活动持续18分钟，有序又高效。

再如教学《冰融化了》一课，要求记录冰在融化过程中温度的变化。一方面要让学生测得冰水混合物一直保持在0摄氏度；另一方面要让学生测得冰在全部化成水后温度在不断上升，且一直到与室温一致。在“下水实验”时发现冰块融化的整个过程所需时间受多个方面因素的影响，如：冰块的大小，冰块的多少，实验室的温度，冰块拿离冰箱时间的长短，实验室中人员的多少等，都会导致实验时间的变化与实验效果的好坏。因此笔者在不影响实验效果的情况下对如下方面进行了改进：冰块的大小要控制在直径两厘米以内；体积控制在300毫升左右；事先根据天气情况与室温调整放冰时间，以及冰水混合物冰与水的比例等。

三、检验实验方法

正确的实验操作方法是实验规范高效的基础之一。需要教师课前“下水”，及时发现和检验实验方法恰当与否，为实验教学顺利开展保驾护航。

如笔者教学《冰融化了》一课，要求学生记录冰融化过程中温度的变化与时间的关系，还要求记录冰上方、旁边、远处的空气温度变化。笔者事先进行了“下水实验”，发现要在间隔一分钟读出温度时间有点紧，而且时间不够长温度变化不明显。若时间延长到两分钟，连续测量5次需要10分钟，感觉手有点疲劳，易抖动，温度计易碰到玻璃杯的底与壁。另外，记录四组数据至少要四根温度计和四个人，易产生误差。于是笔者便想，可用什么装置来替代人手拿温度计避免误差呢？铁架台是不错的选择，于是在“下水”一番后，在铁架台上设计了一个可在不同位置悬挂温度计的杠子（如图1），解决了上述的多个问题，优化了我们的操作方法，让学生的探究过程轻松又规范。

图1 悬挂温度计的简易装置

正是通过课前的“下水”，及时检验了探究活动中方法的正确与否，让笔者有时间重新设计更加合理有效的实验方法，避免了实际教学中可能会遇到的困难，保证了探究活动的顺利开展。

四、控制实验难度

科学课中的实验，既要基于学生已有的能力，同时也要有利于学生实验能力的进一步发展，要让他们“跳一跳，摘到桃子”。因此教师要准确把握学生当前的能力水平，合理有效的设计实验，控制实验的难度。

如《空气的热胀冷缩》一课，整节课采取探究式学习法。教学思路是：创设情境，产生问题，大胆猜想；引导学生设计实验，通过实验收集证据；基于证据，进行交流研讨，证实猜想。整个学习过程对学生而言是有难度的。那么如何合理搭建脚手架，提升学生的实验能力呢？通过“下水”后笔者设计了如下环节：

设计实验，收集证据（收集有关空气发生热胀冷缩的现象）

1.设计实验方案，让学生谈设想

引导学生如何抓空气—如何密封空气—如何加热和冷却空气—通过什么现象看到空气的变化—证明空气有热胀冷缩的现象。

（1）激发学生展开思考，想出办法让其他同学看得见或是摸得着空气受热、受冷后体积的变化。

（2）让学生说一说方法，教师提供材料（烧瓶和气球）让学生试一试，并做好学生操作的指导，让学生获得最初设计实验思考的方向。

提供材料，给学生的是脚手架，降低了学生设计实验的难度。引导学生如何抓空气、密封空气、加热和冷却空气，思考通过怎样的现象能证明空气具有热胀冷缩的性质，最终让学生领会到的是看不见的物体体积的变化情况往往可以借助观察看得见的物体体积的变化情况来验证的思想。

2.出示课件，依次提供材料，让学生实验

教师提供更多有结构的材料，让学生想出多种方法来验证空气具有热胀冷缩的性质。通过实验学生在进行验证猜想时，证据越多，猜想越可能上升为科学结论。

五、优化小组合作

科学课的大多数探究实验需要小组合作完成，而且要求全员参与，并避免一人操作多人围观的现象发生。这便要求教师课前进行“下水实验”，并在学生实验前做好调查，考虑在探究过程中学生们喜欢怎样的合作？哪些活动需要别人帮助？哪些可独立完成？根据调查，大部分学生喜欢自己动手操作参与活动；对于需要别人帮助的活动，事先要安排好每个学生的任务，最大限度发挥小组合作的优势，提高效率，节约时间；对于可独立完成的活动，我们应给足实验探究的材料，让每个学生都有动手的机会。

如《空气的热胀冷缩》一课，有这样一个环节，在烧瓶口套上气球，由于考虑到气密性瓶口要紧，所以选择的气球较小。在“下水实验”时笔者发现，要将小气球套到烧瓶口上，一个人完成有一定难度，一不小心烧瓶易从手上滑离，极易导致烧瓶摔坏，因而需要一个人握住烧瓶，一个人套气球才易完成。通过“下水实验”，我们会发现很多细节问题需要我们去思考，并处理和协调好这些问题，进而优化小组的合作过程，优化我们的实验教学。

此外，做好“下水实验”还能让我们事先获得实验时会有些什么现象，可能会遇到什么问题，可以获得哪些数据或证据，可以推断出什么结论；在学生进行探究时，清楚学生可能需要得到哪些帮助，什么时候教师介入是适时必要的；等等。从而让我们在实际的课堂教学中了然于胸，游刃有余。

总之，“下水实验”能让教师从学生的学出发，反思教师的教，从而使教师在课堂中能更加合理有效地进行指导，让学生探究得更主动、更有效！

（浙江省缙云县紫薇小学 321400 浙江省云和县江滨实验小学 323600）