刍议科学实验材料的优化

周伟军

科学学习以探究为中心，学生亲身经历像科学家那样的科学探究过程，是培养科学素养的主要途径。而科学探究实验离不开实验材料。准备不同的材料或对相同材料的不同选择和利用，学生经历的探究过程就完全不同。学生只有通过对合适的材料的操作、摆弄和思考，才能使学生从中感悟获取科学知识的方法和过程，从而培养学生的科学创造性思维，提升学生的科学素养。笔者认为，优化科学材料应从材料的准备、选择与运用等方面着手，切实完善科学材料的结构，为学生的科学探究提供有力保障。

一、优化准备策略——任务菜单人人参与

优化实验材料，应从准备环节入手。凡事预则立，不预则废。所以，真正有效的准备材料应根据材料的特点，让教师、学生和家长进行菜单式的选择准备。

1.常规菜单——教师精心准备

在每学期期末，教师就应该对下学期的科学实验材料进行整理、汇总，并列出学期材料菜单。然后开出单元材料单。一般提前一周开出单元材料清单，并把清单张贴在学期材料清单的下面。最后在每节课的导学单中进行有效规划，明确哪些是教师可以自己准备的，哪些是需要学生收集的，哪些又是需要家长参与筹备的。对于常规性实验材料（如烧杯、温度计、量筒、试管等）、专业性实验材料（如天平秤、显微镜、音叉等），教师应努力做好准备，为实验正常开展提供保障。另外，对于教材中的有缺陷材料，教师应充分发挥聪明才智进行材料的再创作，自制适合学生探究的材料。

2. 生活菜单——学生人人收集

学生是科学学习的主体，也是实验材料准备的主要力量。对于生活中比较常见的、容易寻获的材料，教师可以放手让学生自己准备。因此，教师在导学单设计中应注意体现学生的主体地位和小组的合作作用，让学生共同参与材料的准备。导学单中要有具体的分工，责任明确到人。小组材料准备时要树立 “组荣我荣，组差我差”的观念。同时，对小组评价可以定期进行，选出“优秀科学小组”，以提高他们准备材料的积极性。比如教学《做一个生态瓶》一课，课前让学生分开准备材料，而且明确到人：一人准备5升装塑料油桶；一人准备水草；一人准备鱼类、螺蛳等；一人准备鱼饲料。

3. 特色菜单——家长参与筹备

学校有一千名学生，就来自于近一千个家庭，每个家庭都有不同的背景，有的家庭父母是开小杂货店的，有的家庭父母是双双打工的，也有的家庭是开厂的，等等，每个家庭具有不同的特色和优势。教师在让学生准备某些材料时，可以充分利用学生的家庭特色，发挥家庭优势，个别准备材料。如垫圈这种特有的材料，在教科版科学五上《运动和力》单元、六上《形状与结构》都有使用，在我们科学仪器室中又没有，如果去买价格还高。而笔者了解到学生家长中从事这一行业的有很多。于是，选择一两个从事这方面生意不错的家庭，发挥他们的家庭优势，让学生从家中带一些垫圈来，个别准备这方面的材料。

二、优化选择策略——典型科学容易操作

材料的特性决定了实验结果的好坏，教师应优化材料的选择，因地制宜地进行改进，尽量体现出材料的典型性、科学性和易操作性。

1. 材料种类要有典型性

材料并不是越多越好，也不是越新奇越好，教师应该从学生的角度来审视与设计每一件材料，尽量选用与学生生活密切相关的、有普遍意义的、典型的材料，既能够使学生顺利通过对材料的探索获取对事物的正确认识，又避免材料准备工作的费时费力。如教科版科学三下《溶解》这个单元，让学生通过观察实验，认识水的溶解现象，了解容易溶解在水中的物质和不易溶解的物质，知道水有一定的溶解能力等。这些实验就需要准备几种较为典型的材料，如容易溶解的物质（食盐、高锰酸钾等）和不溶解的物质（沙子）。笔者首先把容易准备的材料布置给学生，鼓励每个学生都去准备，然后由教师准备高锰酸钾、水银等。如教科版科学五下《热》单元中，为了更加明显地观察到水、空气和金属的热胀冷缩，教材编写时都考虑到了实验材料的典型性。但第二课《给冷水加热》一课，教材中展现的是封口袋装热水在冷水中上浮，然而这种实验结果并不太清晰，所以笔者改进了实验材料，在热水中加入了红墨水，使实验现象显而易见。

2. 材料设计要有科学性

科学实验作为探究活动，其本质之一就是“实证”。科学是要讲证据的，实验中的事实、数据就是有力的证据。教学中，教师要引导学生通过定量观察、测量、记录搜集科学事实和可靠证据来验证对问题的假说，但是，由于一些实验材料缺乏科学性的原因，无效探究的现象还经常存在，成为困扰一线科学教师的问题之一。如教科版科学四下《金属能热胀冷缩吗》一课，教材中的实验所展示的都是金属受热后膨胀的结果，学生并没有真正看到金属热胀冷缩的过程。为了弥补不足，笔者用视频直播的形式真实再现金属热胀冷缩的清晰过程，让学生眼见为实，体现科学的真实性。首先利用高清微距摄像头，在保证图像的清晰度的同时，将铜条之间的缝隙尽量放大。这样就可以非常清楚地看见受热的铜条与另一根铜条之间的距离逐渐靠近，直至碰到一起。其次利用连通电路的原理，将两根铜条连入一个完整的电路中。并配上集成电路报警器和扬声器，尽量将电路连通后的信息以声音的方式传递给每一位学生。最后，给铜棒加热后会变长，在视频中清晰地展现了这个现象。当然，铜条可以替换成其他材质的金属，可以更多地再现其他金属的热胀冷缩过程，从而证明很多金属有这一特性，体现了科学的严谨性。

3. 材料选择要有操作性

教师选择实验材料时，首先应该考虑学生已有水平，针对小学生动手操作能力相对较弱，实验技能尚未熟练的现状，应选择便于学生操作的实验材料，设计切实可行的实验方案，避免繁杂的实验材料和过难的实验设计占据大量的课堂时间，让学生在“具有适度挑战性”的实验操作中开展探究活动，在较短的时间内掌握知识，形成技能，提高课堂整体效率。如教科版科学六上《做框架》一课中的制作正方体框架的实验，要求学生准备大量的竹筷，现场制作正方体框架。每次活动前，捆绑的方法都要经过精心指导，但这是比较费时的。上过这节课的教师也普遍反映存在这样的问题。可见，竹筷子的选择对于这个实验的操作有一定的局限性，应加以改进。为此，笔者尝试了多种材料，如塑料吸管、铁丝等，最后发现五年级数学学具中的正方体塑料棒非常适合。不仅组装方便，而且加固斜杆时也容易捆扎，大大提高了实验效率，让学生有充分的时间进行多次捆扎实验、实验数据的分析、捆扎方法的对比等后续研究。

三、优化运用策略——趣味有序及时入库

筹备了有结构的材料，只是完成了实验材料处理的前期工作，关键是在于做到课堂上的巧妙运用，这样才能起到事半功倍、锦上添花的效果。

1. 材料的呈现要有趣味性

兴趣是探求新知时最重要的推动力，是构成自主探索的最活跃成分。实验材料的呈现富有吸引力，能很好地激起学生探究的兴趣。如上例提过的《给冷水加热》，为了让学生了解“冷水在热水中会下沉，热水在冷水中会上浮”的特点，我为每组准备了红、蓝两种不同颜色的水，两个塑料袋，让学生自己在水槽中探究冷热水的不同。学生在五彩缤纷的水世界中探究，效果非同一般。又如《液体的热胀冷缩》一课以“自制喷泉”的实验导入，有趣、神奇，学生兴趣浓厚。不言而喻，这些有结构、有创意的材料，既充分调动了学生的探究兴趣，又让学生在比较轻松的学习中突破了难点。

2. 材料的提供注意有序性

分阶段、适时提供有结构的实验材料，不仅能有效地激发学生的科学探究兴趣，而且能循序渐进地增加问题的复杂性，使学生在逐渐复杂的问题中，思维活动步步深入，步步推进，在潜移默化中增强学生的探究欲望和动力，促使学生去进一步发现。从而在无形中调控课堂教学秩序，避免学生随意操作，有效地引导学生进行科学探究。如教学教科版科学四下《油菜花开了》时，教材在编排上就存在着严密的逻辑关系，首先让学生从整体感知油菜花植株的结构，然后到重点观察一朵油菜花的结构，最后到观察一株油菜上的花的变化，这是一个从整体到局部，从观察到推测，从直观到抽象的过程。笔者在教学中先出示整株油菜，让学生观察实物，找出绿色开花植物的六部分结构。然后，为每小组提供一朵油菜花（事先放在各小组托盘上），最后以奖励的形式把一株油菜花分发给各个组再次观察。有序地出示油菜花植株，学生不会被其他无关的信息所吸引，注意力得到集中，学习效果有明显提高。

3. 材料的整理讲究长效性

笔者认为材料整理主要包括两个方面：一是学生实验后的材料整理科学规范。实验材料的整理是对学生进行科学素质培养的一个重要内容。一个有着良好素质的学生必须要学会合理地整理实验材料。而这种习惯的养成不是一朝一夕就能完成的，需要教师对学生进行不断重复的指导与训练。二是教师将每次实验的材料进行归整，保留“入库”。教师应保留有用的材料，为下个班或下个学段的学生使用，为教师和学生节省了很多的时间与精力。把学生准备的实验材料当成“宝”，学生今后准备材料的兴趣就更浓了，从而就更喜欢科学课了。最后把这些材料整理入“库”，专门放置在空旷、通风的室内分类整理。对于科学材料库，教师可以根据需要列出各年级所需的材料，然后把科学材料库里的材料进行分类保存，这样有利于检索使用。既然小学科学课几乎每节课都有科学实验，而且很多活动的实验器材都比较多，笔者建议将材料按照“一单元一类”的形式存放，即同一单元的实验器材放在同一个位置，在该位置贴上该单元的标题，而存放位置的设计统一按年级、章节次序。当教师上完某课内容后，将所开发整合的器材存放到相应的位置，这样当以后再上到这节课时，可直接找到该课所需的器材，无须再从其他位置一一查找组合，从而让实验器材的准备更省力、简便，节省器材准备时间。

总之，科学实验材料需要通过多方筹备、精心选择、有效应用，才能真正体现其价值，发挥其作用，启发学生的思维，使他们更容易发现问题、解决问题、获取新知，使他们身心得到健康发展，从而培养学生良好的科学素养。

（浙江省衢州市龙游县桥下小学 324400）