科学课的“下水实验”

周梅芳 徐园园

科学实验是学生认识自然现象、理解自然规律的基础，同时也是科学教学重要的教学方法。在小学科学教学中，实验教学对培养学生的科学素养有着不可替代的作用。然而现在小学科学实验教学却存在以下几个问题：1.实验室配备实验器材存在质量不佳、不足或是失修的现象;2.书本提供的部分实验方法，存在操作漏洞，可行性有待创新提高;3.纸上实验盛行。因为以上问题的存在，教师组织实验教学时，学生往往出现盲目操作，效率低下，在实验中缺乏思考等现象，教师则感觉力不从心，威信不在，课堂效果和课堂预设截然不同。为了降低实验难度，激发学生学习兴趣，提高实验教学的有效性，本文结合作者自身和一些优秀教师的教学经验，从“下水先行，深度摸清“和“积累素材，促进创新”“本山取土，就地取材”“关注细微，聚焦可行性”四个方面，阐述了下水实验的妙处。以下水实验为“支点”，可以撬动小学科学实验教学，使实验教学开展得到发展和深化。

教科版小学科学教材中，每册教材都设计了丰富的实验探究活动，特别是三上的第三、第四单元;三下的第三、第四单元;四上的第二、第三单元;四下的第一、第四单元;五上的第二、第三、第四单元;五下的第一、第二、第三单元;六上的第一、第二、第三单元;六下的第一、第二、第三单元。在这些单元的教学中，实验基本上是贯穿始末的，从而也证明了实验的教学在我们小学科学课堂中举足轻重的地位。教师可以通过实验教学，适时引导学生及时记录实验现象，进行分析整理，转化为证据，用科学探究活动帮助学生建构科学概念，还可以顺势发展学生识别和控制变量的能力，运用对比实验进行探索技能等。

综上所述，科学实验是学生认识自然现象、理解自然规律的基础，既是学生的重要学习内容，也是学生重要的学习途径之一。学生可以通过科学实验进行研究、分析，既可获得生动具体的表象，又可领略科学研究的乐趣和体验科学的精神、思想和方法。教师实验教学开展得成功与否直接影响科学教学的质量。然而在小学，科学是副科的观念仍旧深入人心，家长和学校对小学科学重视程度不够;有些学校常年不检修、更新实验器具，导致实验器具失修、不足，加上有些实验器具本身质量不佳，在实验过程会出现突然“掉链子”的情况，此其一。其二，书本提供的部分实验方法，存在操作漏洞，可行性有待创新提高。其三，小学科学教师守旧者居多，实验教学往往还是走老路：先把实验原理、实验步骤讲一下，然后简单分组进行实验;还有一些教师本身实验意识不强，只考虑怎样提高学生的分数，从而忽视学生的实验操作学习，只进行学习“纸上实验”。 大家都知道实踐是检验真理的唯一标准，理论和实践永远是有着不可逾越的一步，所以“纸上实验”堪称是科学教学中最大的弊端。教师若是想让实验教学在科学课堂中扎根、开花、结果，只能选择像“下水作业”这样接地气的方式，脚踏实地实施“下水实验”。下面本人将从“下水先行，深度摸清”和“积累素材，促进创新”“本山取土，就地取材”“关注细微，聚焦可行性”四个方面，阐述了下水实验的妙处。

一、下水先行，深度摸清

五下第二章“传热比赛”的教学中，学生在比较了木条、塑料条、钢条的传热性能后，很容易提出钢、铜、铝谁的传热性能最好的问题。提出这样的问题后，很多老师可能就直接运用课本中的实验器具进行课堂实验教学。但是事实上，运用实验室配套的实验器具进行课堂实验教学时，有的老师就发现铝的传热性能比铜的要好。当然课堂中，众目睽睽之下，学生们肯定也发现了。那么，碰到这样尴尬的局面，我们再如何进行下面的教学呢？如果我们像对待学生作业一样，在课堂实验之前先进行下水实验，那么我们就会提早发现这一现象，然后进行反思，分析造成这种现象的原因。最后在反复研究和观察中会发现铜棒反复加热后会失去原来铜的光泽。原来我们实验室提供的铜棒并不是纯铜，只是镀铜的，所以才会观察到这样的现象。这样我们就可以针对这一现象设置新的预设，在众多学生面前，出现这个与我们的假设截然不同的现象，也能够给出合理解释，应变自如，让学生对金属的传热性能有更深刻的认识。在此基础上，还可以让学生试着用自己的各种方法去检测一下，不同的方法检测获得的结果可能不尽相同，这可以让他们意识到，实验要想获得比较精确的数据（结果），实验方法的设计、选择、改进是十分重要的。

在五年级上册教科书中，教材设计了许多探究活动，这对学生科学探究能力的培养是很有帮助的。教师要发展学生识别和控制变量的能力，继续学习运用对比实验进行探索技能，要引导学生及时记录实验现象，进行分析整理，转化为证据，用实验探究活动帮助学生建构科学概念。从以上实验教学案例可以看出教师要想设计有深度的实验探究活动，适时引领学生达成我们以上的实验教学目标，顺利开展实验探究活动，在课堂实验教学开展前先行下水实验尤为重要。

二、积累素材，促进创新

2016年3月，针对我们科学教材中实验设置的不足之处，教研室举行了全市的实验创新比赛，进行教具改进大比拼。当时很多科学老师都想抓住比赛的机会，可惜由于平时不注重“下水实验”，缺乏实验改进的素材积累，导致最后巧妇难为无米之炊。作为参赛选手之一，本人格外欣赏一位老师关于六年级下册第四单元《污水的净化》一课的实验改进。该教师针对原装置存在的问题：原装置采用的是两个裁剪过的矿泉水瓶，上面一个瓶子瓶盖上打个孔，用来过滤污水，此装置过滤水的效果不明显。孔过大，完全无净化水的效果;孔过小，污水中的赃物易堵住孔，无法达成净化水的目的，该教师则对实验装置进行了一系列改进。方案如下：用矿泉水瓶做容器，采用泡沫海绵、干净的河沙、木屑为实验装置填充物，利用泡沫海绵具有过滤污水中大颗粒沉淀物和吸附的作用，干净河沙对污水起渗透作用，木屑起再次吸附的作用，通过它们共同吸附和过滤，将污水进行净化，转化为二次生活可用水。实验装置对比图如下：

此实验改进装置不仅净化水的效果非常明显，而且所用材料简单易得，成本低价，可以转化为学生亲自动手探究制作的实验，有利于培养学生的实验动手能力。

赛后和这位教师交流，才得知实验改进的过程并不是一帆风顺。最早她想过用实验室的漏斗和滤纸也可以达到过滤污水的效果，但是该装置较复杂，而且容量小，耗时长，操作要求高，并不适合本课生活中污水的处理。而她一开始改进的思路是找生活中易得的，又操作简便的，农村孩子能回家自己制作的净化装置，所以她想到了用生活中常见的矿泉水瓶做容器，泡沫海绵、干净的河沙、木屑为实验装置填充物，照样也能达到净化水的目的。本来一开始想的是用活性炭作吸附剂的，但考虑到活性炭得买，农村孩子不一定舍得买，而木炭虽有吸附效果，但是本身也会污染水。苦思冥想，终于想到活性炭和木炭本身就来源于木头，所以她就想到了用家里易得的木屑也能吸附水中杂质。第一次改进的时候没有用隔层就把填充物放进去了，结果填充物混在一块，实验失败了。后来她又反复进行“下水实验”，用纱布作隔层，纱布太软，一种填充物还是会塌到另一种上，净化水的效果不明显。她就继续思考：什么东西有小孔又比较硬呢？纱窗材料！然后就用了它。从下往上分别填充的是海绵、木屑、海绵、河沙和海绵。她从反复的“下水实验”操作中叶总结出了实验注意点：每一层填充物要填平压实，边上不留缝隙，不然污水会从边上流下去，没有经过填充物就达不到净化水的目的了。最后，为了演示方便，把装置固定在铁架台上，用一个水流控制阀控制水的流速，这样就实现装置一体化。

这位教师脚踏实地进行反复“下水实验”，最终改进的实验创新裝置获得了市实验创新比赛一等奖。以上案例说明通过反复的下水实验，才会发现现有配套实验器材的弊端，积累素材，促进实验创新的契机。

三、本山取土，就地取材

在进行科学实验时，实验材料的选择对整个科学实验来说，占着重要的地位。合适的实验材料可以帮助训练学生的思路，让学生乐于做实验，便于通过实验操作巩固科学认知，达到预设的教学目标。当然要想收获良好的效果，教师必须留心学生的生活，养成多观察的习惯，善于搜集实验材料，反复进行课前实验。要想本山取土，就地取材，下水实验是关键。

比如六上内容中的做框架，建高塔。一般老师局限于让学生拿着学具袋里的小木棒进行搭建。由于小木棒的数量有限，实验的效果不是很好。笔者经过多番观察，发现学生经常在课余时间玩神奇宝贝卡片。有些班主任看到这种现象后，对于一些学生沉迷于此项游戏，玩物丧志，非常头痛。笔者拿着神奇宝贝卡研究为什么这么吸引学生们的兴趣时，就发现了改变它的弧度，它就可以像立体书一样立起来，完全可以用来作为搭建高塔原材料。本人在此节内容的课堂教学中就让学生带上风靡校园的神奇宝贝卡，让学生在课堂上用他们最喜欢的神奇宝贝卡进行创意搭建。这样在实验材料上学生都不会短缺，做这个实验时也是兴致勃勃，不甘落于人下，课堂积极性被充分调动了起来，课堂实验效果非常好。当时市区学校举行过胡萝卜高塔，直冲云霄的活动。考虑到胡萝卜价格不便宜，当时市场价也需要六元一斤，让农村学生购买，家长不会全面支持。本人灵机一动，想到具有同样实验效果的农村土特产——“番薯”。在此节课堂教学结束后布置学生回家利用农村土特产“番薯”，进行番薯高塔搭建，学生们的实验兴趣又被推上了新的高潮。很多学生回家也是全神贯注去执行这个任务，保质保量完成。第二天，学生们把番薯带到学校，进行了番薯高塔搭建大比拼。

四、关注细微，聚焦可行性

在小学阶段，学生的思维由形象思维向抽象思维发展。五年级学生的抽象思维，仍然需要直观形象的支撑，因此在思维发展的过程中，我们要从现象和事实出发，帮助学生进行概括总结，得出结论，发展学生的科学探究能力。为此，教师就需要提供足够的材料让学生在动脑动手中完成探究任务，帮助学生把现象、数据转化为证据，利用证据得出结论。教师在实验教学中若达到以上的教学目标，就需要更为关注教材中设置的实验，挖掘每个实验的细微之处，明了按照教材的安排在课堂上进行实验教学是否可行？

例如按照五下教材中介绍浮沉子的制作方法，它就存在以下问题1：橡皮泥浸水后会化开，重量改变，影响实验效果，无法实现像潜水艇般沉浮，导致实验不可行，而且橡皮泥第二次无法使用，会导致材料的浪费。存在问题2：该实验材料易得，但由于塑料笔帽是不透明的，学生不能直观观察到笔帽内的空气被压缩，笔帽内进入了更多的水才导致笔帽下沉。学生很难想到这就是“潜艇”的工作原理，下沉是由笔帽内的空气被压缩，笔帽内进入了更多的水，使笔帽的重量增加造成的。为了能让学生可以直观地观察到笔帽的下沉原因是体积变化和重量变化导致。为了提高学生小组实验的可行性，本人对这套实验装置进行了小改动。用实验室常用的器具滴管做简易方便的透明浮沉子。为了便于观察，在滴管内可滴红墨水。然后拿滴管戳下苹果（或土豆、雪梨之类果肉比较蓬松，不密集的水果蔬菜）放入装满水的矿泉水瓶中，使它垂直悬浮于水中，拧好盖子即可。此套实验材料简单，操作方法简单，完全适合五年级学生进行小组实验。而且学生在实验过程中能清楚地观察到滴管上端的橡胶头，在滴管下端被苹果封住的情况下，用手握紧水瓶，滴管的橡胶头就会明显收缩，现象明显。由于封管的苹果比较蓬松，笔帽经过数次上浮下沉，会导致细小的苹果被冲出，此时红墨水在滴管下沉时会由于被水压入，红墨水会有明显上升的现象。此处可用彩色橡皮筋在红墨水原有的位置进行标志，这样学生观察到更为明显的实验现象。这种实验材料的小改动，可以直接提高学生小组实验可行性，也更容易让学生从直观的实验现象中理解现象形成的本质。

综上所述，教师“下水实验”的实质就是一种实验操作备课，就是从学生的角度去思考问题，实践操作，体验探究活动，进行课堂实验的预演，从而感知、预测课堂实验中可能会出现的问题，并做出针对性调整。教师通过“下水实验”可以对课堂实验的教学的深度了然于胸，对一些实验意外提前有所预知，提高课堂的应变能力。同时通过日常不间断地实验操作，也能提高教师自身实验的技能，以及积累第一手素材，促进实验创新研究等。总之，“下水实验”确实是好处多多。当然，如何让“下水实验”在实验教学中发挥更大的作用，值得我们进一步深入研究，以后我们会更加专注于“下水实验”的开展，争取以“下水实验”为支点，撬动小学科学实验教学。

【作者单位：衢州江山城东实验学校 衢州江山中山小学  浙江】