开发和选用实验器材助力学生科学探究

名师简介

刘爱静  小学科学特级教师”。荣获山东省课题研究先进个人、山东省优秀科技辅导员、威海市教学能手等荣誉称号。执教的优质课获省级一等奖、实验说课省级一等奖、课程资源省级一等奖。开发的教具荣获山东省科技教育创新成果一等奖，撰写的20余篇论文发表于国家、省、市级杂志，参与编写的《生态视野 绿色情怀》一书被《光明日报》出版社出版。

《义务教育小学科学课程标准》指出：实验教学是培养学生学习兴趣、动手操作能力、观察能力、思维能力和表达能力的重要途径是培养和提高学生科学素养的重要载体。只有在实验教学中，恰当地选择、使用、开发实验器材，才能有效激发学生学习的积极性，提高教学效率，丰厚学生的科学素养。为此，笔者进行了以下探索。

一、选用“常见”的实验器材

“学起于思，思源于疑。”疑问是激发学生科学探索欲望的原始动力。一个人一旦对某件事情产生了兴趣，就会主动去求知、探索和实践，并在这个过程中始终保持愉悦的心情。所以，在实验教学中，我们要充分利用学生身边常见的实验材料，呈现“迥异”的实验现象，以有效引导学生在具体情境中发现感兴趣的问题，真正激发学生的学习兴趣。例如，青岛版小学科学一年级上册《走进科学课》一课的教学，导入部分我们可以这样设计：

1.展示一个圆柱形的空玻璃杯，把杯子放在纸上的小鱼前面，让学生仔细观察小鱼有没有发生变化。

2.往杯中加大半杯水，再次把杯子放在纸上的小鱼前面，让学生观察小鱼的变化（如图1）。

3.在学生惊呼“小鱼游动的方向变了！哇！太神奇了！”之后，教师为每一个小组提供同样的实验器材，让学生近距离观察体验。通过亲自动手实验，学生会发现：当装满水的杯子贴近小鱼时，小鱼会被放大;在特定的距离和角度才能看到小鱼发生方向的变化……

其实，学生对于“玻璃杯”和“水”都不陌生，但它们能让小鱼产生这么多的变化，这是许多学生都没有想到的。这会让学生感到不解，他们的问题层出不穷：“加入水的玻璃杯为什么能把小鱼变大？”“为什么它还能改变小鱼的游动方向？”……就这样，“变化的小鱼”成功地调动了学生的学习积极性，拉近了学生和科学课之间的距离，激发了他们参与科学探究的兴趣。而对实验原理的了解，则让学生感觉到科学并不神秘，就在他们身边。通过学习科学知识，还可以解释生活中很多他们以前觉得很神奇的事情，让学生意识到学习科学的重要性。

二、开发“显性”的实验器材

科学实验的成功与否，直接关系到一节课实验教学的效果，而实验器材则是决定一个实验成功与否的重要因素之一。例如，青岛版小学科学四年级上册《凝结》一课的教学，我在实验环节用冰镇可乐“替换”了常规的实验仪器烧杯和玻璃片，借助“显性”的实验器材冰镇可乐，帮助学生直观感受“凝结”现象，让学生在“会”学科学的过程中，体验了科学来源于生活的乐趣，取得了意想不到的效果。

【常规实验】

1.在两个一模一样的烧杯里，同时加入热水。

2.取两块一样的玻璃片，一块放置在一边，不做任何处理;另一块用酒精灯均匀加热，制造出热玻璃片。

3.将这两块不同温度的玻璃片，同时盖在盛有热水的烧杯上面。仔细观察，学生会发现：水蒸气遇到冷的物体（玻璃片）会形成小水珠。

【改进实验】

1.给每一个小组发放一瓶冰镇可乐，并提问：“仔细观察这瓶冰镇可乐，你发现了什么实验现象？”“瓶子外面的这些小水珠是怎样形成的？”学生会猜测：瓶盖漏、瓶子外面有冰等等。

2. 教师发放抹布，让各小组拧紧瓶盖、擦干瓶身，再次观察并思考：“瓶子外面的这些小水珠究竟是怎样形成的？”

3. 最终，经过实验观察和交流，学生会发现：水蒸气遇到冷的物体（冰镇可乐）会形成小水珠。

相对于改进实验来说，常规实验不仅操作步骤烦琐，而且实验中经常会出现因加热不均匀玻璃片破碎、因放置时间过长热玻璃片上也会出现小水珠等意外状况，影响整堂课的实验效果。而在改进实验中“替换”出现的冰镇可乐，就有效地解决了这些问题。在分组实验过程中，冰镇可乐的瓶壁上出现的小水珠非常多，用抹布擦拭后，不一会儿小水珠又会出现了，“水蒸气遇冷（冰镇可乐）会凝结成小水珠”实验现象明显。这个“显性”实验器材的开发，不仅有效地帮助学生探究了凝结现象，解决了常规实验仪器操作难的问题，而且在实验探究的过程中，还发散了学生的探究思维，提升了他们“会”学科学的能力，帮助他们理解并掌握了相关的科学知识，一举多得。

三、自制“实用”的实验教具

探究式学习是学生学习科学的重要方式。在探究的过程中，学生可以亲身感悟动手探究的快乐，体会快乐获取知识的过程，从而激发学生学科学、爱科学的兴趣。这就要求我们科学教师，开动脑筋，利用自制教具为学生亲历科学探究过程提供必要的材料支撑。例如，青岛版小学科学三年级上册《太阳和影子》一课的教学，为了探究“太阳位置变化和影子的关系”，我利用了KT板、钢尺、手电筒等材料，制作了“模拟天空”，有效地帮助学生认识到太阳与影子的变化规律，实验效果凸显。

【常规实验】

1.一个学生利用手电筒，在模拟的早、中、晚三个时间点，照射桌面上竖直放置的物体（牙签）。

2.小组的另一个学生在实验记录单上，分别画出三个时间段影子的长短，以此来了解太阳位置变化和影子变化的关系。

实验弊端：因为每个小组学生手持手电筒的高度不同，所以实验记录单上画出的物体影子长短也不同，影响了实验结论的顺利得出。

【自制教具后的实验】

实验一：“一天中，太阳的位置变化和影子的关系”实验

1.给每一个小组配备一个模拟天空，模拟太阳可以沿着轨道东升西落。

2.将模拟天空的方向和实际方向保持一致。

3.分别将模拟太阳移动到上午7：00、中午12：00、下午17：00的位置。每移动一个位置，就在实验记录单上画一次观测物体的影子（如图2）。

4.最后，取下实验记录单，观察实验记录单上7：00，12：00，17：00物体的影子，得出实验结论：一天中，早晚影子长，中午影子短;太阳的位置和影子的方向相反。

实验二：“一年中，四季太阳位置变化和影子的关系”实验

以北纬40°地区“二分二至”日正午太阳下的物体影子为观测对象（“二分二至”是指春分、秋分、夏至、冬至）。

1.实验时，将模拟太阳移动至中午12：00的位置。分别将太阳高度直射角调整至：冬至26.5°、春分和秋分50°、夏至73.5°。每调整一次，就在实验记录单上画一次观测物体的影子（如图3）。

2.实验结束，取下实验记录单。观察实验记录单上冬至、春分和秋分、夏至时物体的影子，得出实验结论：一年中，同一地点物体的影子，冬至最长，夏至最短，春分和秋分影子长短居中。

就这样，自制“模拟天空”实验教具的开发，不仅帮助學生轻松地掌握了一天中、一年中太阳位置变化和影子变化的关系，而且还在小组合作的过程中培养了他们的合作意识，有助于学生形成尊重事实的科学态度，养成求实的科学精神。

总之，实验是科学教学中必不可少的环节。在实验教学过程中，我们要想办法借助“常见”的、“显性”的、“实用”的实验器材，上好科学实验课，重视实验课上实验器材的有效开发和高效利用，吸引学生主动地参与探究活动的全过程。学生的求知欲望强了，参与的积极性高了，他们的学习自主性才能得以真正体现，这样的科学课堂才有利于学生科学素养的全面提升。