深度学习视野下科学实验教学的优化

［摘 要］实验教学是科学课堂教学的重要组成部分，是落实科学课程目标、全面提高学生科学素养和促进学生深度学习的重要途径之一。教师基于深度学习理念，优化实验教学设计，改进和创新使用实验器材，可有效突破教学的重难点，提高科学教学效果，发展学生高阶科学思维，促进学生深度学习。

［关键词］小学科学；实验教学；深度学习

［中图分类号］ G623.6 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-9068（2024）36-0092-04

科学是一门以实验为基础的学科，科学实验的教学对促进学生深度学习、灵活运用科学知识有着重要作用。当前，在小学科学实验教学中，各个学校的硬件设施和学情仍存在较大差异。因此，为确保科学实验教学的效果，教师在教学过程中要善于改进实验器材，创造性使用实验教具，优化实验设计流程，以提高科学实验教学的效率。下面，笔者以教科版科学教材三年级上册《混合与分离》中的实验教学为例，探讨如何对实验教学进行优化，以促进学生深度学习。

一、教材分析

《混合与分离》选自教科版科学教材三年级上册的“水”单元。三年级的学生已经对生活中的分离案例有了一定了解，在之前的学习中也掌握了水和食盐的一些性质，如“水蒸发变成水蒸气”“持续加热，水会沸腾并且大量蒸发”“水能溶解一定量的食盐”“搅拌能加快食盐溶解”等。本节课，教师要引导学生运用这些性质解决实际问题——分离混合物，即根据物质的不同特性选择合适的方法进行分离。教材在“聚焦”板块创设了生活情境“食盐洒落在沙里了。怎样把它们分离呢？”，以引起学生的注意，由此将本节课的主题确定为“混合与分离”。在“探索”板块，教材设计了四个探索活动，并确定了本节课的教学重难点，分别为“观察食盐和沙的混合物，区分哪些是食盐，哪些是沙”“思考怎样将食盐和沙分离”“用水分离食盐和沙”“分离食盐和水”。在“研讨”板块，教材让学生对“探究”板块中的实验现象进行分析。教师可与学生一起交流：“沙和食盐、食盐和水是怎么分离的？水在分离过程中起到了什么作用？”学生将实践和理论相结合，借助实验现象探究科学的本质。此外，教材还设置了分离木屑和铁屑混合物的拓展活动，让学生迁移运用本节课习得的科学思维和知识，以实现深度学习。

二、教材实验设计

1.观察食盐和沙的混合物，制订分离方案

在教学过程中，教师要引导学生观察食盐和沙子的混合物，从颗粒大小、颜色、溶解性等物质特点区分食盐和沙子，并进行归纳汇总；引导学生依据沙子不溶于水、食盐溶于水的特点，制订出分离方案：溶解—过滤—蒸发。

2.先用水溶解食盐和沙子，再分离食盐和沙子

（1）实验器材与材料：水杯、搅拌棒、水、滤纸、漏斗、烧杯、食盐和沙子混合物。

（2）实验操作：首先，将滤纸和漏斗组成过滤装置；其次，把食盐和沙子混合物放入烧杯中；再次，往装有食盐和沙子混合物的烧杯中加水，边加边搅拌，直到食盐完全溶解；最后，将溶解后的食盐水通过过滤装置进行过滤，把沙子分离出来。

3.将食盐和水分离

（1）实验器材与材料：蒸发皿、火柴、三脚架、酒精灯、搅拌棒、装有食盐水的烧杯。

（2）实验操作：第一步，将蒸发皿、三脚架和酒精灯组成蒸发装置；第二步，把食盐水溶液倒入蒸发皿，放在三脚架上；第三步，用酒精灯加热，边加热边搅拌，当有白色颗粒出现时熄灭火焰，用余温将白色颗粒慢慢烘干，收集蒸发皿中的白色颗粒。

4.实验记录

5.实验注意事项

（1）沙子要提前用水清洗干净并晒干。

（2）熟练使用过滤装置，严格按照过滤操作流程执行。

（3）熟练使用蒸发装置，严格按照酒精灯点火、灭火、加热等操作流程执行。

（4）蒸发实验中，当蒸发皿中有白色颗粒出现时，熄灭酒精灯。

（5）加热后的蒸发皿很烫，请勿直接接触。

三、教材实验设计存在的不足

通过对教材实验进行分析和实践操作，我们发现三年级的学生在进行混合和分离实验时存在以下问题。

1.思维跨度大

教材内容旨在引导学生在观察食盐和沙子的特点后，根据其特点设计分离方案。然而在实际操作过程中，学生首先想到的方法是用筛子进行筛分，而不是先用水溶解食盐再过滤、蒸发。教材中的原实验设计越过了常规分离方法——筛分法，直接引导学生使用溶解和蒸发方法来分离食盐和沙子。教学实践证明，该实验设计对于三年级学生而言思维跨度大，不符合大多数学生的思维认知。

2.操作难度高

在该实验设计中，学生需要操作过滤和蒸发装置。三年级学生是第一次使用过滤和蒸发装置，并且在这一实验操作中学生需要使用的实验仪器较多，操作复杂，耗时较长，会直接影响实验教学效果。具体体现在以下两个方面：一是需要学生在课前耗费大量时间学习规范操作，确保实验的成功；二是学生在实际操作过程中会花费大量时间、精力去记忆繁复的操作要点，从而缩减了培养科学思维的时间。

3.实验时间长

在教学过程中，笔者发现学生使用滤纸和酒精灯成功分离出食盐的时间普遍在20分钟以上。为了确保教学进度，不少教师会采取先将过滤装置放置在一旁以继续推进课堂的策略，或者减少蒸发皿中食盐水容量的方法以节约时间，但也仍需十几分钟才能完成实验。

4.安全隐患大

考虑到三年级学生的学习特点，尽管教师会课前围绕实验仪器的使用方法和注意事项对学生进行反复讲解和训练，但是学生在使用蒸发皿和酒精灯等仪器的过程中还是会存在安全隐患，如打破玻璃漏斗、酒精灯操作不规范导致安全事故发生等。因此，很多教师在这节课中通常会选择演示实验或观看微课视频的方式来进行实验教学，但这一做法在确保安全的同时，也使学生失去了宝贵的实践体验机会。

四、针对教材实验的优化设计思路

笔者针对教材原实验设计存在的不足，结合教学经验，通过不断地探索和实践，认为可从教学情境、实验物质、实验仪器三个方面对该实验进行优化设计。

1.优化教学情境，符合学生认知

教材中的情境是“食盐洒落在沙里了。怎样把它们分离呢？”。在大部分学生的认知中，食盐洒落在沙里的情境很牵强，甚至会对该情境产生疑问，如“食盐为什么会洒落在沙里”等。因此，在优化实验过程中，笔者创设了“在制取海盐的过程中，如何进行海盐提纯”的学习情境，更符合三年级学生的认知水平。

2.增加实验物质，增设筛分实验

教材中要求分离食盐和沙的混合物，教师可以将贝壳混入其中，使科学实验更具有挑战性。此外，由于贝壳和沙子、食盐存在明显的区别，所以学生能在实验操作过程中发现大小不同的物体可以用筛分法分离。学生通过筛分后能得到食盐和沙子的混合物。此时，课堂就自然过渡到对本单元知识的教学——水的溶解性，通过加热水溶解食盐、过滤蒸发等操作分离食盐和沙子。

3.更换实验仪器，提高实验效率

在本次实验中，针对使用玻璃漏斗和酒精灯会导致实验操作过程耗时较长且存在安全隐患等问题，笔者选择使用更便捷、安全系数更高的高目数滤网来替代玻璃漏斗进行过滤操作，使用高效、环保、安全的微型电炉来替代酒精灯进行加热操作，这样就省去了三脚架和石棉网等实验器材。同时，笔者将白色圆底蒸发皿改成了透明平底蒸发皿。透明的材质更有利于观察食盐晶体的析出，并且平底相较圆底受热面积更大、蒸发速度更快，可以减少实验时间，提升实验效率。

五、优化实验设计

教师可结合深度学习理论，依据教材实验优化设计思路。笔者对该实验进行了以下优化设计。一是观察贝壳、沙子和食盐的混合物，并根据三者特征确定分离方法。二是依据分离方法逐步进行分离。先用筛分法将贝壳分离出来；再往沙子和食盐的混合物中加入适量清水，在食盐溶解后使用过滤装置进行过滤，分离出沙子；最后将食盐水进行蒸发，得到食盐。三是按照分离方法逐步进行实验，并及时记录实验现象。具体操作步骤如下。

1.观察贝壳、食盐和沙子的特征，确定实验方案

教师可引导学生猜想并讨论混合物中三种物质的特质（见表2），并根据其特质的不同设计实验方案。

教师引导学生从颜色、大小、溶解性三个维度，将贝壳、食盐和沙子进行对比，并依据三者不同的特质，确定了本实验需要用到的四种实验方法，即筛分（物质大小不同）、溶解（溶解性不同）、过滤（物质大小不同）、蒸发（水易蒸发），实验流程为筛分（分离出贝壳）—溶解和过滤（分离出沙子）—蒸发（分离出盐）。

2.用筛分法分离贝壳

（1）实验器材与材料：装有混合物（贝壳、沙子和食盐）的杯子、筛子、大烧杯。

（2）实验操作：将筛子放在大烧杯上，将混合物（贝壳、沙子和食盐）倒入筛子中，轻轻左右摇动筛子，直到沙子和食盐完全掉入大烧杯中。此时留在筛子上的为贝壳，烧杯内装的是沙子和食盐混合物，贝壳被分离出来。

3.用溶解法和过滤法分离沙子

（1）实验器材与材料：装有沙子和食盐混合物的大烧杯、搅拌棒、水、高目数滤网、大烧杯

（2）实验操作：先将滤网固定在大烧杯上组成过滤装置，往装有沙子和食盐混合物的大烧杯中加入适量的水，边加边搅拌，直到食盐完全溶解；再将溶解后的食盐水倒入过滤装置，把沙分离出来，得到食盐水。

4.用蒸发法分离食盐

（1）实验器材与材料：搅拌棒、装有食盐水的大烧杯、平底蒸发皿、微型电炉。

（2）实验操作：将平底蒸发皿放在微型电炉上组成蒸发装置，将大烧杯中的食盐水倒入平底蒸发皿，用微型电炉加热，边加热边搅拌。当有白色颗粒出现时，关闭微型电磁炉，用余温将白色颗粒慢慢烘干，收集平底蒸发皿中的白色颗粒。

5.实验记录

6.实验注意事项

（1）沙子和贝壳要提前清洗干净并晒干。

（2）正确使用微型电炉，加热前做好相关培训，注意操作安全。

（3）蒸发实验中，当蒸发皿中有白色颗粒出现时，立即关闭微型电炉。

（4）加热后的蒸发皿和微型电炉很烫，请勿直接用手接触。

六、实验创新点

笔者通过优化教材实验设计得到了很好的效果反馈：在整个实验过程中，学生思维连贯，积极参与探究和讨论。以下是实验的创新点。

1.探究问题有情境

科学实验教学中的情境创设，对学生的探索欲望有重要影响。原教材中的实验情境是“食盐洒落在沙里了。怎样把它们分离呢？”，不符合大部分学生的生活认知，导致学生对此情境的真实性产生疑问，从而影响他们探索的积极性。通过教学实践可以发现，学生普遍对物质制取类的情境充满好奇心，具有很强的探索欲。因此，在新的教学设计中，笔者创设从海水中制取食盐的情境，以激发学生的探索欲。

2.实验材料有结构

实验材料的选取会直接影响实验效果的呈现。教材重点探究了沙子和食盐的分离实验，选取沙子和食盐这两种材料进行混合和分离。在探索环节，先让学生观察沙子和食盐并进行区分，再让学生思考并设计分离沙子和食盐的方案。在实际教学过程中，很多学生潜意识里想到的就是通过筛子进行筛分，而不是用水溶解。为了让实验更具探究性和连贯性，笔者在设计新的实验时，在混合物中增加了贝壳，形成了一组物质大小不同、溶解情况不同、有结构的材料。这样能够更有效地引发学生思考，并根据实验材料的特点制订出完整的分离方案：筛分（分离出贝壳）—溶解和过滤（分离出沙子）—蒸发（分离出盐）。

3.实验器材有创新

实验操作是学生完成实验的必要步骤，而复杂的操作过程和较低的器材效率不仅会占用宝贵的课堂时间，还会消耗学生的专注力。教材中的混合和分离实验涉及溶解、过滤和蒸发等步骤，操作时间长、步骤多、过程复杂。此外，教材的实验设计需要用到过滤和蒸发仪器，对于三年级学生而言，操作这些实验仪器存在较大难度。在新的实验设计中，通过使用高目数滤网和微型电炉替代玻璃漏斗和酒精灯，简化了过滤和蒸发的实验装置，降低了实验操作难度，更加符合三年级学生的实验操作水平，同时节约了课堂时间，让学生能够更充分地开展科学思维活动。

总之，教师在进行实验教学优化设计时，一方面需要研读教材和课标，根据学生实际和现有教学资源，积极开发、创新和优化科学实验教学，并不断进行实践、反思和完善；另一方面，在教学过程中要扮演好主导角色，积极发挥学生的主体作用，将课堂交给学生，引导学生在真实情境中进行探索，鼓励学生勇于表达、善于发现和总结。教师对实验设计进行创新和优化，将理论与实践相结合，能够有效突破教学重难点，提高科学课堂的教学效率，真正实现学科育人的课程目标。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 施燕.基于深度学习的小学科学实验教学策略[J].求知导刊，2024（14）：53-55，70.

[2] 赵丕显.小学科学实验教学创新[J].天津教育，2024（18）：59-62.

[3] 杨冬艳.小学科学探究式实验教学策略[J].宁夏教育，2024（5）：53-54.

[4] 焦颖.小学科学实验教学的优化策略探究[J].小学教学研究，2024（8）：45-46，49.

（责编 廖婷婷 杜 华）