浅谈小学科学实验材料的优化处理

　　亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。如何成功地引导学生在短短四十分钟内“亲历科学、感悟科学、体验科学”，经历像科学家那样的科学探究过程?如何让学生在有限的教学时间内获得更多有价值的收获，并少走弯路?笔者认为首先应从优化实验材料做起。

　　学生实验离不开可供操作的材料，“材料引起学习，材料引起活动”，材料的选择与组织是上好实验课的首要条件，组织不同的材料或对相同的材料的不同组织，学生经历学习的过程就截然不同。在探究学习中，为学生提供合适的、有结构的材料是学生进行探究学习的基础和关键。学生只有通过对合适的材料的操作、摆弄和思考，才能使学生从中感悟获取科学知识的方法和过程，从而培养学生的科学创造性思维，提升学生的科学素养。

　　一、优化材料的选择，提高科学探究效率

　　(一)材料种类要有典型性

　　材料并不是越多越好，也不是越好玩越好，教师应该从学生的角度来审视与设计每一件材料，尽量选用与学生生活密切相关的、有普遍意义的、典型的材料，既能够使学生顺利通过对材料的探索获取对事物的正确认识，又避免材料准备工作的费时费力现象。

　　如《声音是怎样产生的》一课，笔者首先把容易准备的材料布置给学生，鼓励每个学生准备一把钢尺和一枚皮筋，然后准备了音叉与水盆、鼓与小泡沫块等组合材料，随机发给各小组做“声音是否由振动产生的”这一实验，实验中允许小组间互相交换材料。这样，各小组既可以通过这些典型的材料来设计不同实验验证假设，又可以依据自己的想法和意愿去实验：拨动钢尺或皮筋，学生直接观察到了它们的振动;敲击鼓面，学生通过观察鼓上小泡沫块的跳动感觉到了鼓面的振动;把振动的音叉放入水盆，学生通过观察水面的波纹感觉到了音叉的振动……学生的在积极的操作中验证了自己的假设，在探究与实践中获取知识并感受到了探究的快乐。

　　(二)材料设计要有科学性

　　科学实验作为一种探究活动，其本质之一就是“实证”。科学是要讲证据的，实验中的事实、数据就是有力的证据。教学中，教师要引导学生通过定量观察、测量、记录搜集科学事实和可靠证据来验证对问题的假说，但是，由于一些实验材料缺乏科学性的原因，无效探究的现象还经常存在，成为困扰一线科学教师的问题之一。

　　比如五下《热起来了》一课，里面有一个活动“衣服能给身体增加热量吗?”对于五年级的学生来说，用温度计持续测得不同时间段衣服里面的温度变化，这样的活动还是比较简单的，笔者根据教材的设计组织学生进行了实验，可是测出来的结果却让人大吃一惊，测出是恒温的小组只是个别(正确的)，很多小组测得结果是的是：温度慢慢升高了，他们的研究结论是：衣服能增加身体热量;衣服能给身体增加热量，只不过速度很慢;衣服的温度会随着时间的增长而缓慢上升;等等。这些结论显然是错误的，但为什么会这样呢?究其原因是材料选择的不科学!因为教材中忽视了对比实验中条件的控制，当学生用同一个温度计先测量衣服外的温度，再测量衣服内的温度时，外界的气温已经有所变化，笔者上课时正值午后，正在上升的气温影响了实验的结果。笔者后来就改用了两只同样的温度计，同时测量衣服外的温度和衣服内的温度，这样，即使外界的气温有变化，两只温度计上的读数就都会显示出来，对比后不难发现：衣服是不会给身体增加热量的。

　　又如六下《在星空中(一)》一课，里面有“建一个星座模型”的活动，教材这样设计的：用正方形纸板模拟天空，在上面打7个小孔，分别悬挂7颗的橡皮泥小球模拟星星，然后用投影从侧面照射小球，看其在屏幕上的影子，从而得到北斗七星的图像。笔者发现这个设计中存在着一个很大的问题：实际的北斗七星是自己发光的，教材中用橡皮泥小球来模拟星星，并用强光从侧面照射看橡皮泥小球的影子来得到北斗七星的图像，这是与实际情况不符的。因为人们平时看星座时，其平面图像是在星星的原位置上得到的，只不过因为这些星星离我们太远而没有三维空间的感觉而已，教材上的这种用投影的方式来得到平面图像的处理，是学生所不能不理解的。笔者对该实验进行了这样的改进：把模拟星星用的橡皮泥改成了小电灯(笔者用的是发光二极管灯)，用长短不同的电线把这些灯并联在电路中与两节干电池相连接。实验时，学生只要透过一张半透明的塑料片，从不同的角度观察这些“星星”并在塑料片上描画出看到的图像，就很容易得到不同形状的“北斗七星”平面图像了。学生也很容易从该活动中明白：星座是一些距离各不相同、彼此没有联系的恒星在天穹上的排列图像。材料的改进很快拉近了模拟实验与实际现象的距离，也提高了科学探究的效率。

　　(三)材料组合要有的启发性

　　不同的材料预示着不同的现象，优化材料的组合就是要给学生创设提出科学问题的情境，在教材内容和学生求知心理之间制造一种“不协调”，使学生原有认知与眼前现象发生强烈的冲突，造成学生意识中的矛盾激化，从而引导学生自己提出科学问题并积极地开展探究。

　　比如五下《摆的研究》一课，要让学生自己提出“摆的快慢与哪些因素有关”的科学问题并展开实验研究，得到“摆的摆动快慢与摆绳的长度有关、与摆锤重量和摆幅大小无关”的实验结果。笔者就在课开始时，只为每组随机准备了一个支架、一个不同材料制成的同体积的摆锤、一根不同长度的线。让学生先观察自己组上的材料后做一个摆，并让这个摆自由摆动15秒时间。当学生发现每个摆的次数是不一样的这一现象时，自然就联想到各组操作材料的不同，于是就在提出了“为什么有的摆要快有的摆要慢?”“摆的快慢与什么有关?”的科学问题后，很快提出“摆的快慢可能与摆锤重量有关。”“摆的快慢可能与摆绳长度有关”、“摆的快慢可能与摆幅大小有关”的猜测，并积极地设计实验进行研究，从而发现“摆的快慢只与摆绳长短有关，与摆锤的重量和摆幅的大小都没有关系。”可见，针对性和启发性强的材料能帮助学生提出合理的、高质量的科学问题了，有利于使学生更自然地提出假说，并在此基础上形成科学合理的探究方案，使实验目标更加明确，从而提高探究效率。

　　二、优化材料的呈现，提高科学探究效率

　　(一)材料的呈现要有趣味性

　　兴趣是探求新知时最重要的推动力，是构成自主探索的最活跃成分。美国心理学家布鲁纳说：“学习的最好刺激，乃是对所学材料的兴趣，要使学生上好课，就得千方百计点燃学生心灵上的兴趣之火。”

　　笔者在教学“观察水的特点”这一内容时，考虑到水是人们生活中常见的自然事物，如果教师直接把一杯水呈现给学生，让学生运用一定的科学观察方法来概括出水的特征，学生的学习兴趣肯定不浓，势必会影响探究的效率。于是，笔者就根据教学内容与学生的年龄特点，精心设计了课的导入环节，适度地设置了一点悬念：用干净的深色瓶子把要观察的水“包装”了起来，让学生对瓶中的液体感到神秘，激发他们的探究欲望。笔者的设计是：先依次出示酸奶、油、雪碧、可乐这些学生熟悉的液体，让他们很容易根据包装认出来，然后出示装在深色啤酒瓶里的纯净水(除去啤酒瓶的盖子和商标纸)，这时有的学生说是啤酒，但马上就引来了其他学生质疑，是酒?是醋?是酱油?是油?是水?学生们争论不休，注意力都集中在这一瓶不明物质上。“瓶子里装的到底是什么呢?”学生迫切地需要去研究它!这样就很快激发了学生的学习兴趣，自然地“卷入”到了科学探究中。在研究方法的讨论中，学生都认为要通过看、闻、摸等观察方法进行研究。有的学生一说到要尝一尝，马上就引来大家的反对，理由是可能对身体有害，教师则适时强调了平时很容易被学生忽略的“不认识的物体不能随便尝”这一实验常规。如果没有进行精心的“包装“处理，这样的教学效果是很难达到的。

　　(二)材料的提供要注意有序性

　　如果在确定科学探究问题后就把所有的材料都整齐划一地发放给学生，会很容易造成学生注意力的分散，从而降低实验的效率。因为科学课中需要研究的问题一般大多有层次、逐步提出的，所以实验材料的提供时机应该随教学进度依次出现，每组材料的呈现要有极强的先后逻辑顺序。

　　如教学科学三下《物体在水中是沉还是浮》时，教材在编排上就存在着严密的逻辑关系，使学生从模模糊糊感觉到物体的沉浮与轻重、体积有关，在后续活动中又感觉到沉浮与轻重、体积无关，最后又感觉到与轻重、体积还是有一定联系的，这一个从模糊到清晰，从肯定到否定又再次肯定的历程，都依赖于有结构的材料。这些“有结构的材料”只有随着学生思维的步步深入而依次提供才能引导学生体会到科学探究的过程与乐趣，使探究活动循序渐进。如果一开始就全部呈现，不仅无益于学生的探究活动，反而会因为学生随意摆弄而影响教学活动的开展。

　　如笔者在《马铃薯在水中是沉还是浮》一课的问题情境创设时，就只给学生准备了一小杯(250毫升)的清水和一个小马铃薯，把一个大的马铃薯和一大杯(500毫升)调制好的盐水放与讲台上，然后师生一起把马铃薯放入水中，当学生发现自己的马铃薯是沉而老师的马铃薯是浮时，就很容易从这两个完全不同的实验现象中去发现与提出“马铃薯的沉浮与什么有关?”的问题，也很容易作出“可能与马铃薯的大小有关。”“可能与马铃薯的轻重有关。”“可能与水的多少有关。”“可能与杯子的大小有关。”“可能与水的不同有关。”等假说，科学探究的秩序井然。但如果把上述的教师操作材料也同时提供给学生的话，很多学生就会忍不住偷尝盐水了，从而影响全体学生的思维与探究进程了。

　　分阶段、适时提供有结构的实验材料，不仅能有效地激发学生的科学探究兴趣，而且能循序渐进地增加问题的复杂性，使学生在逐渐复杂的问题中，思维活动步步深入，步步推进，在潜移默化中增强学生的探究欲望和动力，促使学生去进一步发现。从而在无形中调控课堂教学秩序，避免学生随意操作，有效地引导学生进行科学探究。

　　总之，教师只有精心的设计、选择、呈现相应的有利于学生探究的材料，利用材料调控学生的思维，使其沿着正确的方向发展，才能使他们比较容易发现问题、解决问题、获取新知，让学生在四十分钟分钟内经历人类的几个月、几年乃到几十年研究的探究历程，使学生在这一过程中得到身心健康发展，从而培养学生良好的科学素养。