小学科学实验教学说课探究

【摘要】本文基于小学科学实验教学在学科科学素养培养中的重要性，以《风的成因》一课为例，着重从厘清实验内容、创新设计实验教具并精心设计实验方法、基于核心素养培养要求设计实验教学过程三个方面，探讨小学科学实验教学说课的策略和方法。

【关键词】小学科学 实验教学 教具改进 说课

【中图分类号】G62 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2023）01-0068-04

《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《2022年版科学课标》）明确指出：科学是人类在研究自然现象、发现自然规律的基础上形成的知识系统，以及获得这些知识系统的认识过程和在此过程中所利用的方法。义务教育科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程，具有实践性，需要“面向全体学生，立足素养发展”“聚焦核心概念，精选课程内容”“科学安排进阶，形成有序结构”“激发学习动机，加强探究实践”“重视综合评价，促进学生发展”。科学课程要培养的学生核心素养，主要指学生在学习科学课程的过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力，是科学课程育人价值的集中体现，包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。小学科学实验教学作为小学科学课堂教学的重要组成部分，是落实学生核心素养培养要求、提高学生科学探究能力的重要内容。为了推动中小学实验教学的广泛开展，2013年起，教育部组织发起了全国中小学实验教学说课活动，引导教师基于对教材和学情的分析，遵循本学科课程标准所提出的基本课程理念，从实验内容设计、实验方法设计、实验教学过程等方面展开系统的理论和实践研究，不断提高实验教学的水平。下面笔者以教科版科学三年级上册第二单元第7课《风的成因》为例，探讨小学科学实验教学说课的策略和方法。

一、厘清实验内容及其学科本质是实验教学说课的前提和基础

义务教育科学课程共设置有13个学科核心概念，是所有学生必须掌握的科学课核心内容。实验教学作为课堂教学的重要组成部分，其实验内容设计必须按照《2022年版科学课标》的要求，“聚焦学科核心概念，精选与每个核心概念相关的学习内容，设计相应的系列学习活动，做到适合年龄特征、突出重点、明确要求，确保学生有充足的时间探究、实践与思考”。

《风的成因》一课从属于“物质的结构与性质”核心概念。之前的学习，围绕“物质的性质”展开，学生已经学习了如下内容：空气是一种重要的物质，是一种无色、无味的气体；空气有一定质量并占有一定的空间，会充满各处；空气具有受热上升的现象。本课学习，依然围绕“物质的性质”展开，透过“风的成因”，让学生了解风的本质其实就是空气流动的过程，冷空气向热空气方向流动形成风；其背后的科学原理是热空气上升，引发冷空气向热空气方向的流动。

基于以上学习内容，实验内容设计需要提供冷、热两种空气材料，让学生通过实验探究见证空气因冷热差异而自然流动的现实。核心素养导向的实验教学内容设计，需要关注学生在实验探究过程中相关科学观念的获得，科学思维和探究实践核心素养的发展，以及科学态度、社会责任的形成。

二、实验方法设计是实验教学说课的关键和亮点

实验方法设计是实验教学的关键，也是实验教学说课的重要内容。实验方法设计包括实验材料准备、实验教具创新、实验方法创新等内容，其中实验教具是否有新意、实验操作是否安全、实验现象是否明显、实验结果能否得出理想的科学结论等，是实验教学说课的亮点所在。

教材是重要的课程资源，立足教材展开实验教学是常规的做法。然而，教材中所提供的实验方法未必是最理想的实验方法。小学科学实验教学，要求教师必须秉持科学态度，谨慎选择科学实验的材料、设计科学实验的方法。针对《风的成因》一课，笔者在设计实验方法之前，对教材所提供的实验方法及之前的实验教学情况进行了调查（2020年秋季学期，笔者任教5个教学班，有50个学生实验小组参与了本次实验教学的调查），其过程与结果如下。

（一）按照教材提供的实验方法进行实验教学的情况分析

教材提供了一个让学生在课堂中做风的模拟实验的探究活动方案（如图1），要求教师给每个学习小组各准备蜡烛盒1个、透明塑料膜1张、纸盒1个、蚊香1段、双面胶1卷、纸条一束，在纸盒的两侧各打一个圆洞，点燃蜡烛放进纸盒中，用透明塑料膜封住纸盒，最后借助蚊香的烟雾和纸条的摆动情况观察空气的流动。

教师照着教材的安排指导学生展开分组实验，发现了不少问题：首先，学生在手持点燃的蚊香時容易发生手部抖动，一不小心便碰到了本组同学，造成同学不同程度的烫伤，存在一定的安全隐患。调查中发现，5个教学班的实验教学中，有6个学习小组的手持蚊香组员因手部抖动碰到了书本或他人而被投诉。其次，实验纸盒仅有一个面便于观察烟雾的运动轨迹，坐在对面的同学则观察不到烟雾的运动，因此，该实验设计不利于小组合作。再次，采用蜡烛做热源，一来不易放取，二来火苗容易点燃纸盒，存在安全隐患。5个教学班的实验教学中，有3个学习小组因为取放蜡烛时蜡烛倾斜烧着了纸盒，导致课堂秩序混乱。最后，也是最关键的，该实验用出风口处纸条的摆动来判断风的形成，因纸条较硬、风力太小，导致摆动现象不明显；而手拿纸条的实验设计，因为客观上存在手抖的情况，也不易分辨出纸条的摆动究竟是风的原因还是手抖的原因，从而干扰了学生对实验现象的观察，而这一步是观察风的形成的关键。也就是说，哪怕排除万难实验得以顺利进行，但“纸条摆动”的理想效果依然很难实现：调查中发现，有29个实验小组（超过半数）无法通过纸条的摆动观察到风的形成。

（二）聚焦实验教学中容易出现的问题，创新实验教具，在课堂实践中检验并完善实验教具和方法

为了让学生更直观地观察到风的形成过程，有效克服以上实验教学中的问题，笔者紧跟科技发展的步伐，通过从常见生活物品中寻找替代材料，对实验教具进行了改进。为了解决学生手持蚊香不稳定，容易碰到他人或引燃物品等问题，笔者采用三角锥形小艾炷替代了蚊香——艾炷稳定放置，不仅解放了学生的双手，而且观察烟雾效果比蚊香更明显。此外，相比于蚊香，艾炷不仅不会产生对人体有害的气体，而且艾炷的烟雾有利于学生身体健康。为了解决实验纸盒仅有一个面能够观察到烟雾运动轨迹的问题，笔者采用亚克力透明板材做实验盒，方便学生在各个角度观察，且亚克力板材比纸盒更耐高温，一定程度上消除了纸盒易燃的安全隐患。为了解决蜡烛明火做热源容易烧着盒子、引燃纸条等问题，笔者用一个电子热源小型取暖器作为替代品——小型取暖器有安全罩、电源开关等保护措施，可以使实验过程更安全。为了解决纸条较硬、摆动现象不明显且易受手抖干扰的问题，笔者首先将出风口稍稍聚拢以改善出风效果，联想到风的产生会带动小风车转动，于是在出风口上安装了一个探风装置——金属小风车，排除了手持纸条抖动的人为干扰。这样一来，所有实验器材不仅耐高温，且实验现象将更加明显。

解决了以上问题，联想到实验内容是让学生理解冷空气会向热空气方向流动并因为这种流动而形成了风，其中的“冷”与“热”需要实验数据证实，于是笔者又在实验装置上加装了一个双显温度计，通过数字化实时呈现实验盒内外温差，加上烟雾的运动轨迹，帮助学生科学直观地感受风的形成过程及成因。改进后的实验装置如图2所示。

运用以上实验装置改进实验教学过程，笔者在试教过程中发现了新的安全问题，那便是电子热源小型取暖器因持续不断地提供热量，导致空间有限的实验盒内温度不断升高，达到一定温度后实验盒发烫严重，学生在实验过程中如果不小心碰到实验盒，很容易烫伤。为了解决这个问题，笔者在小型取暖器上安装了一个控温器——控温器连接小型取暖器并将探头伸向实验盒内，可以实时监测实验盒内温度并有效控制住了实验盒内的最高温：当控温器上的纽扣电池温度计所测盒内温度达到所设定的最高温时，电源会自动断开；当温度低于所设定的最高温时，电源又会重新连通。第二次改进后的实验装置如图3所示。

再次试教时发现，安全问题已有效解决，只是科学性上有待完善：首先，控温器温度用LED屏幕显示，效果远优于纽扣电池温度计；其次，透过四面透明的实验盒观察烟雾运动的轨迹不够清晰，远处同学观察比较困难，不利于演示实验时使用。于是，笔者再次改进了实验装置：取消原室温温度计，将连通控温器的实验盒外温度计改用LED屏，分别标记实验盒内、外温度，可以使实验盒内外温差一目了然。对于烟雾运动轨迹不够清晰的问题，笔者在实验盒的一个面板上设计了深色背景板，使背景板的高度高于出风口，便于观察烟雾从冷空气向热空气方向流动的完整过程，从而科学、直观、清晰地呈现了风的形成过程。第三次改进后的实验装置如图4所示。

教師在实验方法设计说课过程中针对以上实验装置改进，须突出讲明新装置创新的原因、过程及思想方法：一是三角锥形艾炷代替蚊香段，实验更安全，且烟雾的释放更稳定；二是亚克力透明板材做实验盒，有利于各个方位的学生观察实验现象，有助于小组合作，培养团队意识；三是带控温器的电子热源——小型取暖器代替蜡烛，可避免引燃其他物品，便于控制最高温，减少了安全隐患；四是采用探风装置——小风车的转动代替纸条摆动判断风的形成与否，同时设计深色背景板便于观察烟雾，可以更直观、清晰地呈现风的形成过程；五是安装电子数显控温器与LED屏实验盒外温度计，数字化呈现实验盒内、外的温度，可以科学、直观地辅助展示空气由冷的区域向热的区域流动产生风的完整过程。

三、实验教学过程设计是实验教学说课的核心

实验教学说课相对于完整的教学说课而言，切入点较小，其说课内容一般是整课教学内容的局部。虽然它的重点在实验教学环节，但教师陈述过程设计依然应当把它当作一堂完整的课例进行阐述。探索环节是实验教学的重难点部分，也是实验教学说课的核心部分，还是检验实验教具是否有效改进的试金石。

以《风的成因》实验教学说课为例，教师陈述该课教学过程设计，亦应始于情境创设：先是让学生在生活中感受风，并由此提出“如何制造风？风是怎样形成的？”等科学问题，聚焦本课核心学习内容，激发学生的探究欲望。然后让学生带着各种猜想进入实验探索环节，引导学生经历从提出问题、引发猜想，到提出假设、完善实验方案，再到进行实验探索、获取证据、得出科学结论的猜想、实验、研讨的完整过程。通常情况下，学生的探索环节以小组为单位分工合作展开：首先鼓励学生进行思维碰撞，大胆猜想风的成因；再引导学生以小组为单位尝试设计实验方案，阅读课本并参考课本的实验方法展开实验探究，关注实验注意事项；最后运用改进后的实验装置重新实验，关注改进装置中的关键物质艾炷、蜡烛在实验中所起到的关键作用，记录下自己在实验过程中的收获或困惑。为了使学生学会关注实验过程中的科学现象，教师可预先设计好如表1所示的“《风的成因》实验探究记录表”，引导学生特别注意观察实验盒内外的温度、烟雾运动轨迹、风车运动情况等，记录下科学的实验数据和现象，从中学会总结科学规律，培养团队合作意识。如第6学习小组便据此记录下了实验盒外温度为29.4度，实验盒内温度分别在32、36、46度时的风车运动由不动到慢慢转动到转动加快的过程，以及烟雾运动由部分烟飘进实验盒、到很多烟飘进实验盒、到很多烟飘进实验盒并从出口飘出的完整实验过程。

改进后的整个实验过程，实验现象非常明显：数字化呈现了实验盒内外的温度，轻松引出冷空气、热空气等关键词；烟雾飘动方向明显；小风车转动现象直观。由实验现象观察、记录，到引导学生围绕现象的产生展开科学研讨，教师通过层层追问，如“探风装置——小风车为什么会转动？”“模拟实验中的风是怎样形成的？”等，使学生可以轻松得出冷空气会向热空气方向流动便形成了风这一科学结论，从而顺利突破了本课的学习难点。基于刚刚习得的科学规律，教师再次设问：“大自然的风是怎样形成的？”以此引导学生将所学科学知识运用于提升生活认知。学生通过举出生活中类似的例子，逐渐意识到科学与技术对人类社会的影响，从而培养了学生爱科学、学科学、用科学的科学情怀。

总之，实验教学说课根植于实验教学课堂，是教学研究与教学交流的有效形式，是教师在实验课程备课中理性思考和实践探索的产物。实验教学说课能较好地解决实验教学理论与实践研究脱节的问题，可大大提高实验课堂教学的有效性。（注：本文所用案例曾获自治区中小学实验教学说课比赛一等奖第一名，其中的创新教具——“风的形成模拟装置”已申请国家专利。）

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］杨峰.数字化实验教学引发的思考：以《化学反应中热能变化的新观察》说课为例［J］.中国现代教育装备，2021（6）：30-32.

［3］王玉梅.提高小学科学实验教学效率的策略研究［J］.天天爱科学（教学研究），2021（11）：183-184.

［4］高翔，叶彩红.实验教学说课的概念阐释与价值审视［J］.中小学教师培训，2017（8）：50-53.

注：本文系南宁市教育科学“十四五”规划2021年度B类（自筹经费重点）课题“小学科学实验器材改进与创新的实践研究”（2021B068）的阶段研究成果。

作者简介：林湲（1991— ），福建龙岩人，本科，二级教师，研究方向为小学科学教学。

（责编 白聪敏）