改进实验材料，提升科学实验价值

□姚燕玉

小学科学教学的目标是培养学生科学素养，故特别倡导以探究性学习为主要学习方式。实验是帮助学生从现象观察走向本质理解的有效途径。但在部分实验中，由于材料设置不到位，实验效果不明显，实验原理无法清晰呈现。对此，教师应对实验材料进行改进，提升实验实效，帮助学生突破学习难点，填充思维空白，让学生在实验中收获科学知识，提升科学素养。

一、改进材料，提升实验实效

学生是课堂的主人。学生通过自主学习、自主操作、自主分析等手段构建科学概念，发展科学能力，提升核心素养。但在探究过程中，如果教材预设的实验材料不够合理，或取材不太容易，就会出现实验效果不明显、结论不科学等问题，直接影响学习的深度和效果。对于不同类型的问题，教师应尝试不同的策略，提升实验实效。

（一）重设实验器材，使学生便于观察

课堂是属于每个学生的，但学生的个体差异性较大，学习能力、动手能力也不均衡。教师不能盲目指导，一概而论，应该发挥学生的主观能动性，化难为易，对学生进行有效引导，帮助学生树立信心。

学习教科版四年级下册《比较不同的土壤》一课时，学生的实验过程一般为先通过肉眼观察，发现三种土壤的颗粒大小不同，再借助实验材料比较三种土壤的黏性、渗水性。然而，按教材中的实验材料要求，实验中的对比控制条件很难落实。学生经常出现倒水位置控制不好，达不到同时倒水的要求，又或者滤纸的大小不合适，导致每次实验的结果都不同等问题。这让学生很难通过实验比较三种土壤的渗水性。

针对探究实验遇阻的问题，教师可以自己设计一组易操作的材料，解决原有实验中存在的重要细节问题。图1是教师设计的实验材料。该实验材料用一根木条将三个接水的小烧杯固定连接起来，解决了前文提到的学生操作中遇到的问题。首先，用一根木条固定连接三个倒水的小烧杯，这样既能统一倒水的量，又能实现同时、同一位置、同一高度、同一速度倒水。其次，用丝袜代替滤纸，避免滤纸本身的渗水速度对实验产生影响。最后，增大出水孔的孔径，让学生的操作与观察变得更加方便。学生利用改进后的材料完成了实验，在观察的基础上对三种土壤的渗水性、保水性、透气性等有了真切的体验与感受，为后续学习打下了基础。

图1

（二）补足实验材料，增强实验对比度

科学探究是学生通过收集分析归纳一个个实验现象，走向科学本质的必经之路。小学生的归纳思维能力较弱，当证据不足时，其学习就成了被动学习。针对这一问题，教师可创设丰富的实验情境，助力学生归纳总结，引领学生习得科学概念。

如教科版四年级下册第二单元《电路中的开关》一课，继上一节课认识导体和绝缘体的特征，本课继续深化对导体和绝缘体的理解与运用——设计制作开关。教材安排的材料简单易取、代表性强，学生能很快地组装简易开关，但对于开关设计的原理却是模糊的。如开关的哪个部件要用导体材料，哪个部件要用绝缘体材料，大多数学生只停留在一句口诀上：需要电流通过的地方用导体材料，不需要电流通过的地方用绝缘体材料。至于电流为什么会通过，如果把两种材料换个位置组装又会出现什么情况等问题，学生较为模糊。学生对开关的底座等材料的选择同样缺乏认知，其思维是单一的、浅层的、混乱的。为解决上述问题，教师引入了学生熟悉且容易判断优劣的材料，如纸板、锡纸、图钉三种材料。学生任选材料进行组装，有的用纸板、图钉组装开关，有的用图钉、锡纸组装开关，有的用纸板、锡纸、图钉三样材料组装开关，组装情况如图2。当把自制开关一一连接到电路中进行检测时，不同材料的组合产生了直观鲜明的对比。如此，学生深入地理解了开关材料组装的要求与要领：手接触的部位、开关底座用绝缘体材料；开关接柱、连接两个接柱的部分用导体材料。

图2

（三）利用视频材料，放大实验效果

学生的认知须经历从模糊到清晰的过程，实验能为这个过程助力。然而，部分实验的动态效果并不明显，且实验过程进行得较快，学生难以观察到明显的实验现象。对此，教师可以利用多媒体技术，如拍照片、拍视频等，记录下实验过程，在课堂上回放，放大、放慢实验效果，帮助学生观察科学效果。

教学教科版三年级下册《直线运动和曲线运动》一课时，学生要先借助直观的直线轨道和曲线轨道，观察小球的运动路线，初步了解直线运动与曲线运动两种形式，再观察分析小球在桌面滚动至掉落的运动路线以及小球冲出桌面后的运动路线。教材的编写思路从扶到放，从直观描述到抽象理解，完全符合学生的身心特点。可在实际的教学中，学生对小球滚落桌面的运动路线与冲出桌面的运动路线始终不明晰。经过了解，教师发现学生对横向有轨道运动的理解是建立在思维支架——运动路线的基础上的，因此能清晰辨认，但对纵向运动且没有轨道辅助时的路线始终不敢判断。针对这个问题，教师借助手机的延时摄像功能，拍摄了乒乓球运动过程，并将两次视频做成动图（如图3），将一个力与多个力对物体运动方式的影响效果放大。由此，学生明确了物体运动的特点，其认知从模糊变得清晰。

图3

二、改进材料，突破学习难点

每课内容都有难点，教师应紧扣教学目标，结合学情，合理设计教学环节，引导学生突破难点。但在实际教学中，会出现难点突破力度不够，难点把握不准等问题，导致学生脱离学科本质，错失靠近事实的机会。教师在深刻研读教材与学情的前提下，可改进实验材料，帮助学生突破学习难点。

（一）化无为有，使学习过程形象化

大千世界，无奇不有。有的物质能被看见，有的物质却不可见。且小学阶段，学生的直观形象思维能力较强，抽象逻辑思维能力薄弱。这为学生理解并建构科学概念带来了一定的难度。

教科版五年级上册《光是怎样传播的》一课中，教材用三张带孔卡纸、手电筒、燕尾夹来设计实验，让学生根据光斑到达的位置，明确光是沿直线传播的。该实验看似合情合理，但学生的心中仍有一些怀疑。他们会固执地认为光是沿曲线传播的，只是弯曲程度小，且恰好能通过卡纸上的孔洞。若想真正消除学生心中的疑问，教师需要引入新的材料，让光的传播路径变得清晰可见。比如教师为学生准备了如下实验材料：果冻、肥皂水、喷雾器、激光笔等，引导学生观察光在液体、气体、固体中的传播情况，或借助丁达尔效应，让光真正被看见。学生通过一系列的实验与观察，自主构建起光是沿直线传播的概念。

（二）放大器材，使科学原理具体化

学习教科版五年级上册《制作一个潜望镜》前，学生已经通过第一单元的学习了解了有关光的知识，对光的传播特点以及折射、反射等概念也有了一定的理解。在此基础上，教材以设计制作潜望镜来综合考查学生的学习情况。教师带领学生借助学具袋里的材料组装潜望镜，让学生在组装时认识潜望镜的构造，在使用时学习潜望镜的工作原理。然而，简易的半成品装置并不能帮助学生深刻理解潜望镜各部分设计的本质原理。比如为什么要用两块平面镜，为什么两块平面镜的放置角度是45度，等等。而且利用学具制作的潜望镜较小，观察事物并不方便、清晰。

对此，教师可以组织学生设计制作可升可调的放大版潜望镜，以项目化学习的形式设计教学环节。学生在取材、选材的过程中，重新解读潜望镜的结构；在制作的过程中，充分理解潜望镜的镜片要用平面镜，而不用透镜，也理解了两片镜片的放置位置以及倾斜角度为45度的原因——为了实现光的两次反射。

三、改进材料，填充思维空白

教材的设计具有科学性、普遍性、连续性，但学生的知识储备、理解能力各有差异。在探究过程中，部分学生的科学思维会出现断层的情况，直接影响知识的构建。教师要预测学生可能出现的思维空白，对症下药，为学生清除理解障碍。

（一）引入实验板贴，助力学生思维进阶

教科版三年级上册的《加快溶解》一课设计了实验，让学生探究影响溶解的因素。教材提出了对比实验的要求，明确了对比实验中应保持一致的条件与可以改变的条件。学生通过小组讨论，先确定实验方案，再进行实验，观察现象，收集数据，最后分析得出结论。但在整个方案的设计过程中，学生只是停留在记录单的填写层面，至于为什么要改变某个条件，为什么要保持其他条件的一致性，学生并不理解。

对此，教师可利用实验板贴来解决问题，把呆滞的文字换成一个个可移可换的实验板贴。学生通过小组讨论，用摆、贴的方式直观呈现各组的设计过程。整个活动中，每个学生主动参与，通过讨论初步了解对比实验的要求。在实验板贴的帮助下，学生深入思考，思维不断进阶。

（二）聚焦关键材料，促进思维模型建构

对比实验中，教师要引导学生探究哪个因素的改变导致实验结果的变化，为学生的深入学习奠定基础。

教科版五年级下册《用沉的材料造船》一课中，教材安排学生分别用沉的材料，如橡皮泥、铝箔来造船，改变它们在水中的沉浮状态。这个实验比较简单，学生一般都能轻松完成，但对于实验的本质——改变物体的形状，可以改变物体在水中的沉浮状态，也就是改变物体在水中受到的浮力大小，学生并不理解。且按教材的设计，学生实验时追求的是让船多载几个垫圈，至于为什么有的船载重量大，有的船载重量小，是什么因素影响船的载重量，学生容易忽视。实验中，学生用同一份材料依次制作不同形状的船，留下的往往只有数据，能助力数据分析和思维建模的材料容易被忽视。

针对这一思维空白，教师可以重设实验要求，完善细节，让学生分别用大小相同的铝箔纸做形状不同的铝箔船，再分别测出每艘船的载重量，使学生的注意力转移到铝箔纸这一材料上来。接着让学生结合船的载重量，比较每艘船的造型，分析载重量不同的原因。此时，学生已初步建立船的形状与载重量之间的关系模型。有了这样的前提，学生的思维直接聚焦于船的底面积甚至是体积，为下节课分析影响船载重量的本质因素打下基础。

著名教育家苏霍姆林斯基曾说：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，那就是希望自己是一个发现者、研究者和探索者。而在儿童的精神世界中，这种需要则特别强烈。”只有在探索活动中帮助学生成为发现者，才能带给学生学习的乐趣。实验材料的重组方法多种多样，科学教师要结合学生的特点，寻找最利于学生科学思维发展、科学能力提高的方法，从无到有，化繁为简，变难为易，有效帮助学生突破学习的难点，建构科学概念，提升科学素养。