实验“再设计”：推进学生的深度学习

江美华

摘要现行《科学》教材中设计的科学实验往往是示例性的，不仅要考虑科学性，还要考虑普适性，以方便开展科学实践活动。如果科学教师能顺应学生的认知兴趣和认知需要，依据教学实际，对实验进行“再设计”，更为合理地安排课堂时间，将40分钟的效用最大化，就能有效地推进学生的深度学习，为他们后续的深度研讨奠定基础。

关键词 实验再设计 深度学习

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.30.019

Experiment "Redesign"： Promoting Students’ in-depth Learning

JIANG Meihua

（Jinhua Beiyuan Primary School， Jinhua， Zhejiang 321001）

Abstract： The scientific experiments designed in the current science textbook are often exemplary. We should not only consider the scientificity， but also consider the universality， so as to facilitate the development of scientific practice activities. If science teachers can adapt to students’ cognitive interests and needs， redesign the experiment according to teaching practice， arrange classroom time more reasonably and maximize the utility of 40 minutes， they can effectively promote students’ in-depth learning and lay the foundation for their subse？ quent in-depth discussion.

Keywords：experiment redesign； in-depth learning

现行《科学》教材中设计的科学实验往往是示例性的，不仅要考虑科学性，还要考虑普适性，以方便开展科学实践活动。如果科学教师能顺应学生的认知兴趣和认知需要，依据教学实际，对实验进行“再设计”，就能有效地推进学生的深度学习。那么，如何开展实验的“再设计”呢？

组一组：“组”出新功能

《食物在身体中的旅行》一课中，学生要认识人的消化系统，不但需要观察人的消化系统各器官的特点，还要设计实验研究它们的功能。消化系统主要有口腔、食道、胃、小肠和大肠这五种器官，由于学生每餐都在进行着真实的“口腔实验”，可观察性强，他们很容易发现口腔的功能——磨碎食物，因此课堂中无须重复此实验。食道、胃、小肠和大肠不容易观察，想要了解这四种器官的功能，需要设计相应的模拟实验。为此，教材以图片的形式指明食道和胃可以借助塑料管和塑料袋模拟其功能，而小肠和大肠之所以教材没有介绍实验方法，是因为很难在课堂上实施其“功能”的模拟实验。基于这些分析，教师可以更为合理地安排课堂时间，将40分钟的效用最大化，促进学生的深度学习。

在教学中，笔者用透明塑料管和气球分别模拟食道和胃，巧妙地把气球套在塑料管上，这样一个看似不起眼的组合，却“组”出了实验的新功能，让学生的学习活动上升到一个新的层面。一是学生可以亲眼观察到“食道”和“胃”是如何“结合”的，以及食物从食道进入胃的全过程；二是由于气球的容量所限，避免了实验中食物的浪费，特别是气球皮具有较强的韧性和弹力，避免了实验中“胃”容易挤破裂而导致实验失败，让学生较为真实地体验到“胃的收缩和舒张功能”，提升了实验的真实性。

笔者还为学生提供了实验用的“有结构的食物”——大且硬的板栗、大且软的面包、小且硬的豆子、小且软的米饭等。学生发现，大且硬的板栗无法直接通过“食道”，必须切碎才可以顺利通过“食道”；小且硬的豆子虽然可以顺利通过“食道”，但学生借助手捏发现单靠“胃”无法“消化”它，从而形象地反证了口腔的功能——磨碎食物有助于消化。

换一换：“换”出新思路

在《用水測量时间》一课中，为了探究水为什么可以用来测量时间，教材设计的实验是让学生测量装有300毫升水的容器漏出100毫升水所用的时间，再根据100毫升水漏出的时间预测漏出25毫升、50毫升、75毫升水所用的时间。做此实验，学生计算（预测）时不但费时间，很多学生还出现了计算上的困难。有一部分学生不会计算，特别是预测75毫升水所用的时间更显复杂。怎么办？

笔者认真分析，发现该实验的目的是让学生发现预测的时间和实测的时间会出现不一致的情况，从而意识到不能简单地用水来测量时间，必须发明一种能够保持水匀速流出的装置，这样才能用水来测量时间（计时），并把学生的思维引到古人是怎么解决保持水位不变的问题上来。如果把这个实验换成“根据300毫升水漏出25毫升水所用的时间，预测漏出50毫升、75毫升和100毫升水所用的时间”，学生实测时照样可以发现用水测量时间会出现的问题，也可以把这个问题推向同一个活动——古人智解水流匀速的问题。学生计算时由于用的是乘法，不会出现小数点，既方便又节约时间。事实证明，确如预设的那样，换一换，换出了新思路——翻转实验，也换出了宝贵的时间，学生既快又有条理地完成了这个实验。

再如“测量水温变化”实验，教材呈现的是学生手持温度计测量水的温变，教师创造性地用“双连夹”夹住温度计并固定在杯沿测量水的温变，或者把温度计插进打有小孔的瓶盖并固定在易拉罐上测量水的温变，不但解放了学生的双手，让他们更加关注实验现象、温度的变化及可能出现的“意外”，而且温度计更加稳定，使学生测得的数据更精确、有效，为他们后续的深度研讨奠定了基础。

加一加：“加”出新发现

《物体在斜面上运动》一课中，为了让学生探究不同形状的物体在斜面上是怎样运动的，教材设计的实验是先让学生搭建一个斜面，测试小立方体木块在斜面上的运动情况，然后进一步测试小六棱柱和小球在斜面上的运动情况。学生观察后发现，不同形状的物体在斜面上运动可以是滑动，也可以是滚动，还可能是静止不动。接着让学生测试自己准备好的更多的物体，这样开放性的活动虽然容易出现“意外”，但对学生科学概念的建构是有益的。通过实验，学生认识到物体在斜面上的运动方式和物体的形状有关，如小球是滚动的，而小六棱柱、小立方体是滑动的。接下来，教材安排了一个拓展性实验——如果将斜面一端垫高，再把小立方体、小六棱体、小球等物体分别放在斜面上端，它们会怎样运动？

拓展性实验一般属于“加餐”活动，甚至可以安排学生在课外自主完成。在教学中笔者发现，仅做教材实验会出现课堂容量不足、时间有剩余的情况，而且活动过于简单，缺乏挑战性，学生的学习活动难以深度推进，影响他们的思维发展。于是，笔者决定“精减”教材中实验的时间，把拓展性实验设计成课堂中的第二个探究活动。实践证明，随着斜面坡度的升高，预设中的“意外”出现了，问题也变得更为复杂，小立方体和小球运动的速度明显加快，甚至出现了原本在斜面上滑动的小六棱柱居然滚动着向下运动，连运动方式也改变了。测试更多的物体时，学生随之发现了更多的“意外”，有些物体的运动形式还和摆放方式有关，如圆柱体横着放是滚动，而竖着放变成了滑动，等等。学生在后续研讨中，进一步认识到物体在斜面上的运动，不但和物体的形状有关，还和摆放方式以及斜面坡度有关。这样“加一加”，不但“加”出了学生思考的新高度，而且“加”出了学生认识的新深度。

减一减：“减”出新天地

在教學《让小车运动起来》一课时，为了引导学生探究“小车刚好运动起来需要多少个垫圈”，笔者给他们提供了小车模型、绳子、10个垫圈等材料。教学时，笔者发现四年级学生给绳子打结有困难，而且由于提供的垫圈数量过多，学生的关注点会集中到“能否让小车运动得更快”“谁的小车运动得快”等问题上。很多小组纷纷往缆绳上挂垫圈，没有意识到只有一个一个地增加垫圈的数量，才能测试出“让小车刚好运动起来需要多少垫圈”。

针对这一问题，笔者把“10个垫圈”减少为只提供“4个垫圈”，目的在于引导学生把关注的重点放到“小车刚好运动起来需要多少个垫圈”这一问题上。因为没有更多的垫圈供学生任意摆弄，他们的注意力集中到实验本身，一个一个地增加垫圈，从而顺利地测试出能让小车刚好运动起来的垫圈数。有的小组只用一个垫圈就能让小车运动起来，有的小组则需要2～3个垫圈才能让小车运动起来，这是由于不同小组的小车重量不同，小车和桌面的摩擦力也不同造成的。学生在测试中发现垫圈数和小车速度有关，笔者在此基础上稍加引导，就让接下来的探究活动聚焦到本课的核心问题——重力（拉力）的大小和小车运动快慢之间的关系。减一减，“减”出了实验的有序性，“减”出了思维的条理性。