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2016
06

例谈小学科学教材中实验设计的改进与创新

  摘要:为探索小学科学实验教学的有效方法,提升实验教学实效,提升学生动手能力和创新能力,培养学生的科学素养,教师要从实验材料的改进,实验方法的改进、实验设计的创设等方面进行积极探索,从而提高科学实验课的效果。

  关键词:小学科学;实验设计;改进与创新

  小学科学是以实验为主的学科,精心设计实验,让学生通过实验操作,对实验现象进行分析与整理、得出结论,并进行运用和拓展,从而获取知识和技能,提升学生的科学素养。因此,可操作的、成功的实验才是科学课堂教学的基石。但在教学实践中,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。这就需要科学教师用好教材,进行实验研究和改进,从而促进科学学科的建设。教师对已有的实验做出有益的改进,并不断创新科学实验,从而提升科学实验教学的实效。通过设计简易、便于操作、有趣的、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,让学生体验实验的快乐,不知不觉地迈进科学的殿堂,使学生的科学素养得到培养和提升。

  一、实验材料的改进

  教材中学生实验材料存在着一些先天不足,学生实验时缺乏可操作性,那结果就是浪费教师学生的精力和宝贵的时间,更可怕的是挫伤学生的科学探究积极性。因此,对实验材料的改进是实验设计改进和创新的主要方法之一,改进实验材料要容易准备、便于操作、价格低廉、能够代替教材中材料的功能,并能使实验的效果更好。

  [案例1]教科版科学五年级下册《热》单元第6课《热是怎样传递的》有一个实验:热在金属条中的传递,给铁丝一端加热,观察铁丝上的火柴哪端先掉下来。通过实验让学生感知热是怎样传递的,让学生明白热是从温度高的一端向低的一端传递。

  不足之处:虽然日常生活中我们都知道蜡烛燃烧时流下的蜡会在桌上凝固。由于蜡先要熔化成液体,然后滴在铁丝上,再往上粘火柴。但蜡的凝固时间快(指冬天,夏天正好相反),且熔化后粘性不大,所以很难粘上去,改用黄油或其他的油脂粘贴,但油脂的多与少也会影响实验效果,远端的可能先掉下来。因此不易成功。

  改进方法:在这个探究活动中,我对实验装置进行了大胆改进,在铜棒表面涂上油墨或者变色指甲油,油墨或者变色指甲油遇热会改变颜色。用酒精灯在铜棒的一端加热,通过颜色的改变过程就能直观看到热的传递过程。实验解决了实验原型中粘火柴棒很不方便,并且容易掉,影响实验效果的问题。改进后的实验,便于操作、实用,而且减少了实验误差,实验结果很明了。

  [案例2]教科版五年级上册《光》单元第二课《怎样得到更多的光和热》的教学中,把不同颜色的纸对折做成袋状,分别插上温度计放到阳光下,验证物体的颜色与吸热的能力有关,深色物体比浅色物体吸热快。

  不足之处:受天气的影响,实验所需要的时间较长,学生在实验操作时难把握,不同颜色的纸对吸热的效果不明显,不利于学生理解。结合实际情况和实验需要,实验可以进行改进与创新:

  1.光源的改进。实验中使用电灯光取代太阳光,实验材料用学生身边熟悉的材料,让实验变得更可行、易懂。

  2.实验器材的选用。在试管外面涂上不同的颜色代表不同颜色的纸袋,试管口用橡胶塞密封,橡胶塞插一根塑料管,塑料管用一小段红色水柱密闭。用试管内空气的膨胀挤压塑料管里的水柱来观察它们的吸热效果,通过相同时间水柱的高低来表示它们的吸热情况。这样增强了实验的直观性,让实验操作变得更方便。

  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。在实验设计时,我们采用方法简单、便于操作、效果明显的方法。随着时代不断发展,教材更新速度一般要缓慢一些,教材中一些实验的方法和步骤不能满足教学的需要,不适合学生的发展,这就需要教师进行实验方法研究,也可以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,找出解决问题的最佳途径。

  [案例3]教科版小学科学三年级上册《水和空气》单元第6课《空气占据空间吗》一课中,要求把一团纸巾放在一个杯子的杯底,然后将杯子竖直倒扣入水中。预测一下,纸巾会被浸湿吗?

  存在的问题:纸巾容易浸湿,影响实验效果;后续实验即水进来把空气赶跑的现象不够直观,学生理解起来有难度;一堂课下来桌上堆满了纸巾,浪费严重。

  改进方法:用去底饮料瓶和乒乓球代替纸团和杯子做实验。实验时,瓶口套一个气球,先用手按住瓶口,再用饮料瓶把乒乓球垂直扣入水中,乒乓球就停留在水底,表明空气占据了饮料瓶的空间,水就进不去了。然后放开按住的瓶口,空气从瓶口逃出,进入气球,气球鼓了起来,并且乒乓球也浮上来,表明水就进来占据了原先空气占据的空间。

  这样实验材料可以循环使用,空气占据空间与空间被水替换的实验现象容易观察。通过观察乒乓球的位置变化和气球的鼓起,由静变动,感知空气的流动,理解空气占据空间更为直观、形象,更适合学生进行探究。

  [案例4]教科版五年级下册《热》单元第五课《金属的热胀冷缩》,探究钢条的受热后长度的增加。教材中用钢条受热后膨胀变长推动大头针倾斜来理解钢条的变化,但冷却后现象不明显。针对这种情况,我引用电路开关的知识,在电路中接入一根钢条和一块铜片,固定钢条和铜片,钢条和铜片之间留一个小的缝隙,使电路断开,然后用酒精灯给钢条加热,钢条受热膨胀后接触铜片,使电路闭合,小灯泡发光。停止加热,钢条收缩,离开铜片,电路又断开,小灯泡熄灭。通过小灯泡点亮和熄灭实验,能够清楚地观察到钢条的长度变化,理解钢条的热胀冷缩,现象直观明显,操作简单。

  三、实验设计的创新

  实验设计往往是教学中的难点,无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,无不体现智慧的力量。实验设计是经过深思熟虑比较成熟的想法,后续的工作都是以这个为纲,实验设计好了也就等于成功一半了。如果是对已有实验进行重新设计,就是一种创新,把以往实验的不足进行分析,找出原因,然后再找到新的方法去解决问题,就促进了实验设计最优化。这样,就能提升实验教学的实效,培养学生的动手能力和创新思维。

  [案例5]教科版科学五年级下册第一单元第五课《浮力》是以探究浮力和排开水的量之间的关系为主要内容的实验。按照教材中的规定的材料和配备的实验器材开展实验不易操作,实验误差大,实验效果不佳。主要体现在以下几点:

  1.实验室和市场上没有与之匹配的实验器材。

  2.按书中要求自制的设备做这个实验效果较差。比如,橡皮泥与容器底部粘贴的不紧,容易被拉掉。结果又要重新操作,浪费教学时间。容器也不易选择,容器大了水位上升不明显,不利于观察;容器小了便于读数,但橡皮泥又不太容易安放在瓶底,操作有困难。

  3.用来连接泡沫与测力计的线被水浸湿后与滑轮之间的摩擦力增大;泡沫塑料块浸入水中后有吸水现象,造成水位上升的体积会比泡沫浸入水中的体积小,这样就增加了实验的误差。

  4.用测力计上拉时,棉线的倾角的大小也会产生误差。

  结合本章节教材内容和自身对教材的理解,我重新设计了一个实验来代替这个实验,用一个塑料瓶代替泡沫塑料块,一个500毫升的烧杯代替水槽,通过改变给塑料瓶施加的压力的方法来探究它排开的水量和受到的浮力大小的关系,并顺利完成该部分教学任务,也达到了预定的目的和效果。

  实验步骤:第一步,用测力计测出小塑料空瓶和每个螺帽的重量。第二,在烧杯中装入一定量的水,记录水位。第三步,将一个螺帽放人塑料瓶并置于烧杯中,记录杯中的水位和塑料瓶与螺帽的总重量。第四步,计算塑料杯前后两次水位的刻度差,即为塑料瓶排开水的量,也是塑料瓶浸入水中的体积。这样依次在塑料瓶中加入第二个、第三个螺帽进行实验。每次记录总重量和水位的高度,进行分析总结后就不难发现塑料瓶受到的浮力大小与浸入水中的体积之间的关系,即物体排开水的体积越大,受到的浮力也越大的规律。

  重新设计这个实验,把教材内容化难为易,并增强了实验操作性,让学生在活动中轻松明白了物体排开水的体积越大,受到的浮力也越大的规律,从而提升了实验教学的实效。

  [案例6]学生在玩磁铁时,我首先提出:“磁铁性质演示仪有几种玩法?”在同一组内,有的用手指往下压上面的磁铁,感觉手受到力的作用,往下越用力,这种感觉越强烈。当松开手时,上面两块磁铁迅速弹起,但弹起的距离上大下小;为什么上面的两块磁铁悬起,而下面的三块磁铁紧贴在一起?有的把磁铁的一面翻过来,紧贴在一起的两块瞬间分开,原来分开的两块瞬间紧贴在一起;有的用磁条靠近上面的磁铁往上提,最上面的磁铁跟着走,跟着走的距离上大下小;有的用磁条放在两块磁铁之间,两块磁铁靠近,拿掉磁条上面的磁铁恢复原来的位置。

  要求学生进行实验设计做到自已发现、合理设计、反复操作,保证了实验的科学性、独创性。因此,在设计实验中,暴露缺陷各不相同,为同伴提供了质疑的外部条件。在探究活动中,要求学生给同伴的学具进行评价,找缺点、创新设计是其中重要的活动内容,通过活动帮助学生形成质疑习惯;实际上自己的学具也是经过多次修改,经历了不断地否定自己,不断地完善,不断地创新的过程。我们要求实验老师了解国内外实验的研究现状,提升实验设计的质量,激发了师生质疑的动力。在师生的共同努力下,实验班敢于大胆质疑,勇于大胆质疑,乐于大胆质疑的学风逐渐形成。

  总之,科学实验教学改进与创新的途径是多样的,只要实验设计符合学生的发展,能够解决教学中的问题,材料便于准备、操作方便,教师就要多研究、多思考、多创新。同时实验的设计要能激发学生的学习兴趣,培养学生的创新思维,能加深理解事物的基本原理和运行规律,让学生在快乐中学习,在实验中成长。

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