改进实验材料，创新科学教学

江苏省汾湖高新技术产业开发区实验小学 计黎洁

在常规的科学教学中，我们大多数教师会按照教材上的方法及现有器材循规蹈矩地进行实验教学。但是，教材中某些实验的材料还存在着不足，例如实验材料过于单一、不便于学生操作、有些材料甚至无法按照实验要求展开操作等。因此，对实验材料的改进是至关重要的一步，也是我们教师对科学实验进行改进和创新的主要方法之一。改进的实验材料要具备以下特点，如易于准备、便于操作、价格低廉、能够代替教材中材料等，并能使实验效果更加明显。以下是我对于实验材料改进与创新的一些个人观点。

一、优化实验材料，降低操作难度

根据教科书的实验方法，我发现有些实验采用教材所提供的材料会使得实验难度较大，学生实验时不容易操作，大部分学生会出现操作错误的现象。这就造成课堂时间和学生精力的浪费，也挫伤了学生的科学探究积极性。教师可以对材料进行优化创新，将复杂的问题简单化。

［案例］：教科版科学五年级上册《光》单元第1 课《光和影》有一个实验：探究影子的长短和方向与什么因素有关，教材中将物块放在桌面上，用手电筒从教材图示的几个位置分别进行照射，在物块下面的白纸上分别画出这几种情况照射下所得到物块的影子。通过实验让学生知道影子的方向与光源的方向始终相反。光源直射时，影子最短；光源斜射程度越大，影子就越长。

本实验的不足之处：在这个实验中要求做到控制变量，只改变手电筒的方向和照射角度，其余条件都不能变，例如手电筒与物块之间的距离。虽然在实验前学生都已明白这些要点，但在实际操作中还是难以控制其他的条件不变。在学生实验中，我发现了几个问题：（1）实验要求改变光源角度和方向，有部分小组在操作的时候只顾改变光源的方向，从前后左右各个方向进行照射，导致画出来的影子在白纸上呈现的杂乱无章，难以发现影子规律；（2）在改变角度和方向的同时，有学生总会不自觉地改变手电筒与物块之间的距离，导致实验的操作不科学；（3）学生在画的时候不做记号，以至于记不清哪个影子对应的是哪个角度和方向的光源；（4）学生在自己选择光源到物块的距离时，有些小组的距离选择不合适，导致画出来的影子太长，在一张白纸上画不下。以上这些问题都导致实验时间大量浪费，学生无法准确得出实验结果。

实验改进方法：为了使学生实验更加简便，减少以上所述的这些错误现象，针对这个实验我制作了一个小道具——标有角度的硬纸板。我选择了两块特定大小的瓦楞纸板，并且使两块瓦楞纸板呈相互的垂直状态。为了使学生方便操作，我还使用了两个T 字型包角，把两块瓦楞纸板以相互垂直的角度固定在一起，不至于在操作中东倒西歪。在竖直的那块板上还贴上印有量角器样式的白纸。因为量角器的图片有两个特点：（1）标有度数；（2）量角器是半圆，圆周上的每一个点到圆心的距离都相等。这样就巧妙地解决了以上提到的这些不足之处。此外，我还使用了小磁条贴在手电筒及需要固定的点上，方便实验时确定手电筒放置的位置。

后来，我又对此实验材料进行了再改进，我将胡萝卜丁改成了橡皮泥、超轻黏土以及棉花糖。这三样东西的重量是不同的，可以让学生在实验的过程中自行选择，从而发现橡皮泥最重，可以用在高塔的最下面，形成一个稳固的基底，而越到上面就应该选用越轻的物体，如棉花糖。这样一来，学生能更好地理解为了使高塔的稳定性好要做到上轻下重。

近年来，STEM 教学是非常热门的教学理念，那么STEM 是什么？它是指科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）这四门学科英文首字母的缩写。从中，我们发现生活中的大多数问题需要应用多种学科的知识来共同解决。因此，我们在科学的实验教学上要结合多个方面来进行，以此来培养学生的综合能力及素养。

［案例］：教科版科学六年级上册《形状与结构》单元第6 课《建高塔》有一个实验，要求建造不容易倒的高塔，让学生通过自己设计并制作高塔来探究物体在“上小下大”“上轻下重”且“风阻小”的情况下，稳定性会更好。教材上是要求使用塑料饮料瓶、沙子、水和吸管等作为材料来进行实验。

二、选择不同材料，展现STEM教学理念

计算机完成水厂生产设备的远程监视和控制、存储及显示生产信息、打印报表等工作。操作人员通过人机交互界面控制相关设备的工作状况。

通过使用这个小道具，一下子使实验简单化，学生的操作时间大大减少，而且也能明显得出实验结论，大大提高了科学课堂的效率。

我在上此课时希望学生能像工程建筑师一样经历设计并制作一座高塔的过程，而不仅仅是用饮料瓶等材料来让学生简单理解物体稳定性的原理。因此在上课时我对实验材料进行了改变。我为每组学生准备了大量切好的胡萝卜丁和牙签。先让学生想象自己是一位工程师，为自己要建造的高塔简单画一个设计图，并说明这样设计的原因。然后开展小组活动，用牙签模拟建造高塔用的钢材，胡萝卜作为连接点。各个小组进行比赛，看哪个小组塔建得越高越稳。模拟建塔的过程中，实际就是学生不断发现问题及解决问题的过程。这样学生不但对工程建筑有了一定的了解，也对科学原理有了较好的把握。而且比赛的形式可以很好地激发学生的兴趣。课堂效果相比之前的常规实验课堂要好更多。

此外，这个实验用牙签等材料来代替饮料瓶也能使学生更好地理解，为什么高塔都是空心的，因为这样可以减少风的阻力。这也是高塔可以屹立不倒的重要原因。

3.2.3 进样精密度与重复性 取“2.4.6”项下中间浓度对照品溶液，按“2.2”项下方法进行检测，连续进样6次，计算硫酸盐峰面积的RSD为0.4%（n=6），表明仪器精密度良好。取注射用硫酸核糖霉素适量，按“2.4.3”项下制备供试品溶液，共6份，同法检测，计算硫酸盐峰面积的RSD为1.1%（n=6），表明重复性良好。

第一，在实验时，学生只需要将小物块贴着瓦楞纸板放在量角器图片的圆心处。然后在量角器的图片上标出30 度、60 度、90 度、120 度和150度这五个点，以此表明学生在实验时只需要将手电筒的光源依次放在这五个点进行实验即可。这五个点既改变了光源的照射角度，也改变了光源的照射方向。第二，将这五个度数点用不同颜色的笔来做标记，光源从哪种颜色的点出发照射所得的影子，学生就用哪种颜色的笔来画，这样学生就一清二楚，不会搞混。第三，这些点到小物块的距离都是相等的，很好地控制了光源与物块之间的距离这个变量。第四，学生在实验时，只需要把手电筒贴着这块竖直的硬纸板，这样所得的影子就不会出现在前后左右各个方向而显得杂乱无章。

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这样的实验改进，我就将科学与工程、技术相互联系起来，让学生在探究和比赛的过程中学到各种知识。这与我国著名教育学家陶行知先生提出的“教学做合一”思想是一致的，让学生在“做中学”。

三、提供多种材料，发散学生思维

教材中一些实验为了让学生明白某种原理，只是用了一种材料来进行。但是我们都知道，科学原理是在反复多次的实验中不断总结而来的，而不能仅仅只是通过一个实验现象来得出结论。我们一直教导学生科学实验不能仅作一次，因为会存在实验的偶然性，那么同理，材料也不能太过于单一。

［案例］：教科版科学五年级下册《沉和浮》单元第7 课《马铃薯在液体中的沉浮》中有一个实验，学生通过不断往清水中加盐可以使马铃薯浮起来。在学生已经掌握了水中加入适量的盐可以改变物体的沉浮时，我抓住时机，启发学生推测还有没有其他的方法可以让马铃薯在水中浮起来？顿时教室热闹起来，学生说可以用味精水、白糖水、酱油、醋、肥皂水、洗衣水、洗洁精水，有的说还可以用酒、白开水等。于是我顺势拿出为学生准备好的材料，让学生用同样方法来制作一杯糖水、味精水等更多的溶液进行检验。实验后学生发现并不是只要在水中加入东西就可以让马铃薯浮起来。有些东西加进去可以，例如白糖和味精等，而有些东西加进去则不能使马铃薯浮起来，如酒精。这是为什么呢？这就激发了学生的学习兴趣，发散了学生思维，引发他们对科学研究的热情。学生为了寻找答案，课后会去查阅资料。这样，最大程度上给了学生参与探究活动的时间和空间，让他们在探究中获取新知识，增长能力。

总之，科学实验材料的改进和创新的途径是多种多样的，以上只是我的一些小思考。只要科学实验设计符合学生的发展，能够解决在教学中遇到的问题，材料易于准备且能使操作更加方便，我们教师就要多思考、多研究、多创新。同时实验的设计要能够激发学生的学习兴趣，培养学生的创新思维，能帮助学生加深理解事物的基本原理和运行规律，让学生在兴趣中学习，在探究中成长。做到这些，课堂实验教学的有效性就能得到真正提高，学生的才能和潜质才能得到更好发挥，从而达到教学的真正目的。