让实验改进为探究助航

2019-07-15 03:32王永萍
课程教育研究·学法教法研究 2019年15期
关键词:实验设计

王永萍

【摘 要】实验设计的好坏直接关系到教学的效率与成败。通过教学实践发现,在教材编排中,有些实验在实际操作过程中存在着不够完善之处;有些实验需要根据学生前概念认知适时地进行微调;有些实验则需要在教学遇阻时重新设计和补充等情况。教师要根据教学的需要,结合学生的认知水平,因地制宜地进行实验的改进和创新,提高实验的可操作性、实用性、趣味性,将实验的价值发挥淋漓尽致,为有效地进行科学探究助航。

【关键词】实验设计;改进实验;科学实践

【中图分类号】G623.6       【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089(2019)15-0276-01

小学科学课是一门以实验为基础的课程,学生通过亲身经历的科学实践活动学习知识,促进他们科学态度的发展,让学生在实验中观察、实验和推理来获取正确的知识,培养学生的动手能力,并能够引用科学语言进行表达和交流,提高他们的思维能力和创新能力。因此,可操作性的、成功的实验才是科学课堂的基石。

但是在教学实践中,我们发现有些实验的设计和实验材料的选用不合理、不科学。因此科学教师在进行教学设计时,在用好教材的基础上应该进行实验研究和改进,从而提升科学实验教学的实效。通过设计简单、便于操作、有趣、符合孩子们年龄特点的实验来诠释不同的科学原理,把复杂的问题简单化,让学生体验实验的乐趣,使学生的科学素养得到培养和提升。

一、实验材料的改进

教材中的实验材料存在着一些先天不足,学生实验时缺乏可操作性,改进实验材料需要准备便于操作,能够替代教材中材料的功能,并能使实验效果明显。

案例1:四年级《食盐在水中溶解了吗》一课,食盐溶解后在水中是如何分布的,这一现象学生无法用肉眼直接观察到。很多学生甚至错误地认为“下面多上面少”,因为生活经验告诉他们,很多时候,喝汤时觉得下面会咸一些。怎么办?最好找一种溶解过程是可视的、溶解后分布情况是可以看得见的物质做类比。高锰酸钾是最好的选择。学生在观察高锰酸钾颗粒溶解的过程中,形象地观察到高锰酸钾从可见到不可见、扩散后均匀分布、水从无色到紫色的变化过程。这时,学生头脑中溶解的概念就丰富了:物质在水中溶解的过程是慢慢扩散的,溶解后是均匀分布在水中的。

二、实验方法的改进

实验的方法多种多样,但是方法不同实验的效果就不一样。在教学设计时,我们要采用方法简单、便于操作、效果明显的方法。在教学预设中,教师在实验方法研究时,可引导学生进行实验探讨,找到更合适的实验方法,提高实验的成功率,找到解决问题的最佳途径。

案例2:三年级《空气有重量》一课,如何设计一个实验来证明空气是否有重量?教材提供的做一个小天平:在一根细木棍上用尺子确定一个中心点,并作上记号;再在细木棍中心点的两个侧面按上图钉,拴上细线;在木棍的一侧拴上一个没充气的气球,另一侧拴上笔帽,再提起系在木棍中心点的细绳,想办法使木棍达到平衡;把小天平上的气球充气后,再拴在小天平上,观察小天平是否依旧平衡。

基于学生的实际情况,该实验的两次平衡环节,即自制小天平本身平衡和小天平两端分别挂上气球、笔帽后再次达到平衡。难度较大,学生操作和理解困难。同时用头提细绳,手的轻微抖动会导致小天平摇摆不定,不便于观察。

改进中为避免调平衡的难处,只要思考打破平衡,实验就成功了,那样方法的多种多样。在此我提供结构性的材料,挂在铁架台的杠杆尺、气球、回形针等,让学生讨论实验方案并画出来(如图一)。

三、实验设计的创新

实验设计往往是教学中的难点,不论是教师精心进行的实验设计还是小组合作进行的实验设计,都体现了智慧的力量。

案例3:五年级《浮力》一课中有测量泡沫塑料块受到的浮力,按课本的实验设计(如图二),是想利用弹簧测力计来测量浮力,但是在一个很浅的水槽里很难用弹簧测力计在水下直接测浮力。因此,在杯子的底部装上一个小滑轮,利用定滑轮不改变力的大小只改变方向的原理,来间接测浮力。

但教师在下水实验中会出现诸多困难,为此进行实验改进(如图三):用棉线将泡沫塑料块、钩码绑扎好,量筒内装400毫升的水。提起小号泡沫塑料块,慢慢往下移动,钩码浸没时,读出此时水面的刻度1和弹簧测力计的拉力读数1。继续往下移动,钩码和泡沫塑料块同时浸没时,读出此时水面对用刻度2和弹簧测力计的拉力读数2。测量发现,泡沫塑料块排开的水量为(刻度2-刻度1),受到的浮力为(读数2-读数1)。

以此方法,将中号、大号泡沫塑料块浸入水中测量,记录排开的水量和受到的浮力。还可以让泡沫塑料块逐渐浮出水面,观察弹簧测力计的变化并思考原因。

改进后的实验由于装置简单,操作便捷,可以反复测量,提高了数据的可信度;由于避免了摩擦带来的测量,实验数据的准确度大大提高,且因直接测量得到浮力值,省去了复杂的计算过程,因此,学生可以专注排开水量与浮力之间的关系。同时成功操作测量获得数据后,学生会产生愉快的情感体验。这样就能达到教师预设的目标,这也正是着眼于学生的最近发展区进行的教学。

四、实验记录的改进

实验记录是为分析、讨论、得出科学的结论服务的,不同年级的学生科学观察及记录的能力不同,这种能力的不同都可以在实验记录上有所体现。所以实验记录单上可以在方法上或工具上具有一定的指導意义。同时应该有层次性设计。

例如:二年级《磁极与方向》一课,在探究条形磁铁能否指示南北方向时,科学活动手册的实验记录形式是这样的(如表一)。

对于二年级学生的认知来说,他们对于这个记录表的解读是很有难度的,教师在设计时对其应该有一定的敏感度。所以在教学中我们可以将其简化成既简单又方便观察的表(如表二)。

有效的实验改进确实能为探究活动起到推波助澜的作用。教师在教学设计时,应该在教材实验的基础上,以教学重难点的突破、科学概念的建构、认知理解的疏导及动手操作的简便等作为改进的依据,结合学生的年龄特点和实际需要,有的放矢地进行。

科学教师是学生与实验的沟通者、引导者、解释者。我们有责任和义务结合教材实际,设计和改进符合学生认知发展的好实验,通过改进实验,不仅可以达到最佳的教学效果,加深学生对课堂中所学知识的理解,而且能激发他们在相关知识领域的探索兴趣,拓宽学生的思维,培养他们细致观察现象科学分析问题的能力。

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