创新实验教学的“简”“严”“趣”“实”

毛礼园

《声音的传播》一课实验设计和装置在实际教学中存在实验装置笨重、不易携带、设计不严谨、现象对比不明显等问题。为此，我们对教材中的实验进行创新与改进：将发声的蜂鸣器放入注射器中，通过拉动活塞形成近似真空，让学生体会真空不能传播声音;用扩音器的麦克风接收空气和水传播过来的声音，在现象对比中让学生知道声音可以在液体中传播，并且液体传播声音的能力比气体强。创新和改进后的实验，材料和操作更简单、设计更严谨、过程更有趣、效果更明显，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的科学核心素养。

小学科学课程注重培养学生的科学素养，实验教学作为小学科学教学的重要组成部分，在培养和提高学生科学素养中发挥着重要的作用。教师只有抓好小学科学实验活动，才有利于培养小学生的科学素养，有利于科学课程的有效教学。

《声音的传播》是教科版四年级《科学》上册“声音”单元的重要一课。随着课程改革的深入，虽然本课在内容设计上已有很大的改进，但在教学实践中，教师发现有些实验设计和装置依然存在一些不够完善的地方。新的《义务教育小学科学课程标准》建议教师要创造性地使用教材，切实可行地处理与加工教材，以此激发学生学习和探究的兴趣，提高学生的科学素养。因此，笔者以科学素养为导向，进行新教科版《声音的传播》一课实验的创新与改进研究，通过探索与实践，让《声音的传播》实验课始终围绕“简”“严”“趣”“实”四个维度展开，激发学生的学习兴趣，提高学生的科学核心素养。

一、实验分析

（一）声音不能在真空中传播的实验分析

声音不能在真空中传播的实验，教材中的设计是将正在响铃的闹钟放在玻璃罩内，然后逐渐抽出玻璃罩内的空气，观察声音的变化，从而推断出声音不能在真空中传播。该实验在实际教学中存在以下两个问题：一是有些学校没有配套的抽真空装置，无法完成该实验，只能用视频代替现场演示进行教学;二是实验设计只适合演示，学生不能参与操作，同时需要花较长的时间抽气，抽气声会干扰学生对实验现象的观察。不管是看视频还是看教师演示，在整个实验过程中学生都没有参与操作，没有独立思考，只记住了实验结论，并没有真正理解和内化什么是真空、为什么真空不能传播声音。

（二）声音在液体中传播的实验分析

声音在液体中的传播，教材中的设计是安排一位学生把击打后的音叉浸入水中，另外一位学生耳朵贴着水槽听声音，由此得出声音可以在液体中传播。因为有一部分振动的音叉是在水面以上的，耳朵贴着水槽听到的声音也可能是通过空气传播过来的，通过这样一个实验来说明声音能在液体中传播并不严谨。同时，用这套装置来比较液体和气体传播声音的能力时，没有控制其他因素完全相同。两次实验中击打音叉的力度，速度可能不同。声音在气体中传播路径：音叉→空气→耳朵;声音在液体中传播路径：音叉→水→水槽→耳朵，声音在水中的传播还经过了水槽这一固体介质。另外，声音在液体中传播实验，音叉击打后再浸入水中，有部分声音是通过空气传播出去的。在多种因素的干扰下，往往会出现耳朵贴着水槽听到的声音和站在水槽边上听到的声音现象对比不明显，甚至出现站在水槽边上听到的声音比耳朵贴着水槽听到的声音更明显的情况，使学生得出空气传播声音的能力比液体强的错误结论。在该实验中，虽然学生有体验、有感知，但因教材实验设计不够严谨，实验干扰因素较多，而使学生观察到的是反常的实验现象，得出的是错误的实验结论。

这样的一堂学生体验少、设计不严谨、效果不明显的科学实验课，无法激发学生的兴趣，也无法很好地将科学素养落实到位。

二、实验创新与改进

针对上述实验在实际教学中存在的不足，笔者对《声音的传播》一课的实验进行了创新与改进，利用一套装置完成了声音在空气、液体、固体中的传播实验。

（一）声音不能在真空中传播的实验创新与改进

笔者所用的实验器材是一个蜂鸣器用于产生声音、一个纽扣电池用于给蜂鸣器供电、一只注射器和一个橡胶帽用于创设一个相对密闭的环境。实验器材及组装如图1。

当把活塞往外拉时声音逐渐减弱，这是因为注射器内的空气量是一定的，活塞往外拉时注射器内的空气体积增大，空气变稀，蜂鸣器周围的空氣减少;当活塞往里推时声音逐渐增强，这是因为活塞往里推时注射器内的空气体积减小，空气变浓，蜂鸣器周围的空气增多，实验演示如图2。

通过对上述现象的分析和比较，让学生明白蜂鸣器周围的空气多时，听到的声音强，蜂鸣器周围的空气少时，听到的声音弱，从而推断出随着蜂鸣器周围的空气减少声音也将减弱，进而得出声音不能在真空中传播的结论。

（二）声音在液体中传播的实验创新与改进

笔者在实验装置的基础上新增了一个水槽和一个扩音器，用扩音器的麦克风接收空气和水传播过来的声音，实验装置如图3所示。

实验发现，当装置浸入水中时声音明显增强。根据实验现象，可以得出声音能在液体中传播，并且液体传播声音的能力比气体强的结论。笔者也尝试用实验室配备的听诊器来代替扩音器接收声音，同样有很明显的效果。这两者相比，扩音器更适用于演示实验，听诊器更适用于学生小组实验。

（三）声音在固体中传播的实验创新与改进

探究声音在固体中的传播，笔者选了橡皮泥作为传声的固体。在实验装置的基础上将水槽替换成装满橡皮泥的容器，用扩音器的麦克风接收空气和橡皮泥传播过来的声音，实验装置如图4所示。

实验发现，当装置插入橡皮泥时，声音明显增强。根据实验现象，我们可以得出声音能在固体中传播，并且固体传播声音的能力比气体强的实验结论。

三、创新实验教学的“简”“严”“趣”“实”

笔者设计的创新实验与教材实验相比，材料更简单、设计更严谨、过程更有趣、实验效果更明显更实用，能更好地为实际教学服务。

“简”体现在取材和操作更简单。创新实验中所用的注射器、蜂鸣器和扩音器等都是实验室和生活中常见的材料，与教材实验中的玻璃罩、真空泵相比，材料更方便易得，成本更低，这一方面有利于农村学校，尤其是基础设施薄弱的学校开展实验教学，另一方面也适合学生开展家庭实验。将教材中繁杂的抽真空实验设计改进为将发声的蜂鸣器放入注射器中，通过拉动活塞形成近似真空来探究真空不能传播声音，操作简单、更安全，效果明显、用时少，有利于开展学生小组实验活动，提高课堂效率。

“严”体现在实验设计更严谨。在对比实验中只有介质是不同的，其他因素都相同，排除了其他因素对实验现象的干扰。严谨的科学思维是科学探究的灵魂，对于小学生的科学素养形成和发展起着至关重要的作用。科学实验，不仅要让学生“自己动手，多活动”“去感受，去体验”，还要让学生严谨的科学思维弥散在实际探究的过程中，培养学生严谨的科学态度、严谨的科学思维，使他们真正掌握科学技能，从而逐步形成良好的科学素养，让他们在科学探究的道路上，稳步前进，为他们终身的学习和生活打好基础。

“趣”体现在实验过程更有趣。把只适合演示的实验改进成适合小组合作的实验，学生从旁观者的身份转变成了参与者和实践者，学生参与课堂的积极性更高，无趣的课堂变得有趣，课堂氛围更浓厚。而且，当学生见到生活中的常见材料通过改装或设计变成实验的有效器材时，更能激发其探索兴趣。在每一节科学实验课上，教师都应把激发学生学习科学的兴趣、培养学生探究能力作为主要目的和教学重点，要改变过去单纯用说教的方式告诉学生“科学是有趣的”，要让学生参与实验活动，在实践中感受科学探究的乐趣。

“实”体现在实验效果更好、更实用。与教材实验相比，改进后的实验现象对比更明显，实验结论更可靠，能让学生更深刻地理解实验的原理，突破实验教学的难点，有效提高教学效率。同时，该实验共用一套核心装置，实现了实验装置的“一具多用”，在实际教学中有很强的可推广性。改进后的实验设计能让学生在简单的实验活动中充分观察、充分思考，从而达到提高科学素养的目的。实用有效的实验教学可以帮助学生提高科学思维能力，掌握科学探究的正确方法，并能受到良好的实验习惯的教育。

总之，一个成功的实验可以使教学更加形象直观，可以让学生的思维在实验过程中得到启发，轻松建立科学概念，使课堂效率大大提高。因此，教师在开展科学实验教学时，要对已有的实验做出有益的改进，并不断创新科学实验，从而促进科学实验教学的发展。实验所需要的材料可以用现有的器材和生活中常见的物品替代。通过自制简易、有趣、适合操作、符合学生年龄特点的实验仪器来诠释不同的科学原理，把复杂的科学实验简单化，能让学生在愉快的实验过程中，不知不觉地迈进科学的殿堂，得到更多的素质培养。