【摘要】本文基于小學科學實驗教學在學科科學素養(yǎng)培養(yǎng)中的重要性，以《風的成因》一課為例，著重從厘清實驗內(nèi)容、創(chuàng)新設(shè)計實驗教具并精心設(shè)計實驗方法、基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求設(shè)計實驗教學過程三個方面，探討小學科學實驗教學說課的策略和方法。

【關(guān)鍵詞】小學科學 實驗教學 教具改進 說課

【中圖分類號】G62 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）01-0068-04

《義務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《2022年版科學課標》）明確指出：科學是人類在研究自然現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的基礎(chǔ)上形成的知識系統(tǒng)，以及獲得這些知識系統(tǒng)的認識過程和在此過程中所利用的方法。義務(wù)教育科學課程是一門體現(xiàn)科學本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，具有實踐性，需要“面向全體學生，立足素養(yǎng)發(fā)展”“聚焦核心概念，精選課程內(nèi)容”“科學安排進階，形成有序結(jié)構(gòu)”“激發(fā)學習動機，加強探究實踐”“重視綜合評價，促進學生發(fā)展”。科學課程要培養(yǎng)的學生核心素養(yǎng)，主要指學生在學習科學課程的過程中，逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，是科學課程育人價值的集中體現(xiàn)，包括科學觀念、科學思維、探究實踐、態(tài)度責任等方面。小學科學實驗教學作為小學科學課堂教學的重要組成部分，是落實學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求、提高學生科學探究能力的重要內(nèi)容。為了推動中小學實驗教學的廣泛開展，2013年起，教育部組織發(fā)起了全國中小學實驗教學說課活動，引導(dǎo)教師基于對教材和學情的分析，遵循本學科課程標準所提出的基本課程理念，從實驗內(nèi)容設(shè)計、實驗方法設(shè)計、實驗教學過程等方面展開系統(tǒng)的理論和實踐研究，不斷提高實驗教學的水平。下面筆者以教科版科學三年級上冊第二單元第7課《風的成因》為例，探討小學科學實驗教學說課的策略和方法。

一、厘清實驗內(nèi)容及其學科本質(zhì)是實驗教學說課的前提和基礎(chǔ)

義務(wù)教育科學課程共設(shè)置有13個學科核心概念，是所有學生必須掌握的科學課核心內(nèi)容。實驗教學作為課堂教學的重要組成部分，其實驗內(nèi)容設(shè)計必須按照《2022年版科學課標》的要求，“聚焦學科核心概念，精選與每個核心概念相關(guān)的學習內(nèi)容，設(shè)計相應(yīng)的系列學習活動，做到適合年齡特征、突出重點、明確要求，確保學生有充足的時間探究、實踐與思考”。

《風的成因》一課從屬于“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”核心概念。之前的學習，圍繞“物質(zhì)的性質(zhì)”展開，學生已經(jīng)學習了如下內(nèi)容：空氣是一種重要的物質(zhì)，是一種無色、無味的氣體；空氣有一定質(zhì)量并占有一定的空間，會充滿各處；空氣具有受熱上升的現(xiàn)象。本課學習，依然圍繞“物質(zhì)的性質(zhì)”展開，透過“風的成因”，讓學生了解風的本質(zhì)其實就是空氣流動的過程，冷空氣向熱空氣方向流動形成風；其背后的科學原理是熱空氣上升，引發(fā)冷空氣向熱空氣方向的流動。

基于以上學習內(nèi)容，實驗內(nèi)容設(shè)計需要提供冷、熱兩種空氣材料，讓學生通過實驗探究見證空氣因冷熱差異而自然流動的現(xiàn)實。核心素養(yǎng)導(dǎo)向的實驗教學內(nèi)容設(shè)計，需要關(guān)注學生在實驗探究過程中相關(guān)科學觀念的獲得，科學思維和探究實踐核心素養(yǎng)的發(fā)展，以及科學態(tài)度、社會責任的形成。

二、實驗方法設(shè)計是實驗教學說課的關(guān)鍵和亮點

實驗方法設(shè)計是實驗教學的關(guān)鍵，也是實驗教學說課的重要內(nèi)容。實驗方法設(shè)計包括實驗材料準備、實驗教具創(chuàng)新、實驗方法創(chuàng)新等內(nèi)容，其中實驗教具是否有新意、實驗操作是否安全、實驗現(xiàn)象是否明顯、實驗結(jié)果能否得出理想的科學結(jié)論等，是實驗教學說課的亮點所在。

教材是重要的課程資源，立足教材展開實驗教學是常規(guī)的做法。然而，教材中所提供的實驗方法未必是最理想的實驗方法。小學科學實驗教學，要求教師必須秉持科學態(tài)度，謹慎選擇科學實驗的材料、設(shè)計科學實驗的方法。針對《風的成因》一課，筆者在設(shè)計實驗方法之前，對教材所提供的實驗方法及之前的實驗教學情況進行了調(diào)查（2020年秋季學期，筆者任教5個教學班，有50個學生實驗小組參與了本次實驗教學的調(diào)查），其過程與結(jié)果如下。

（一）按照教材提供的實驗方法進行實驗教學的情況分析

教材提供了一個讓學生在課堂中做風的模擬實驗的探究活動方案（如圖1），要求教師給每個學習小組各準備蠟燭盒1個、透明塑料膜1張、紙盒1個、蚊香1段、雙面膠1卷、紙條一束，在紙盒的兩側(cè)各打一個圓洞，點燃蠟燭放進紙盒中，用透明塑料膜封住紙盒，最后借助蚊香的煙霧和紙條的擺動情況觀察空氣的流動。

教師照著教材的安排指導(dǎo)學生展開分組實驗，發(fā)現(xiàn)了不少問題：首先，學生在手持點燃的蚊香時容易發(fā)生手部抖動，一不小心便碰到了本組同學，造成同學不同程度的燙傷，存在一定的安全隱患。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，5個教學班的實驗教學中，有6個學習小組的手持蚊香組員因手部抖動碰到了書本或他人而被投訴。其次，實驗紙盒僅有一個面便于觀察煙霧的運動軌跡，坐在對面的同學則觀察不到煙霧的運動，因此，該實驗設(shè)計不利于小組合作。再次，采用蠟燭做熱源，一來不易放取，二來火苗容易點燃紙盒，存在安全隱患。5個教學班的實驗教學中，有3個學習小組因為取放蠟燭時蠟燭傾斜燒著了紙盒，導(dǎo)致課堂秩序混亂。最后，也是最關(guān)鍵的，該實驗用出風口處紙條的擺動來判斷風的形成，因紙條較硬、風力太小，導(dǎo)致擺動現(xiàn)象不明顯；而手拿紙條的實驗設(shè)計，因為客觀上存在手抖的情況，也不易分辨出紙條的擺動究竟是風的原因還是手抖的原因，從而干擾了學生對實驗現(xiàn)象的觀察，而這一步是觀察風的形成的關(guān)鍵。也就是說，哪怕排除萬難實驗得以順利進行，但“紙條擺動”的理想效果依然很難實現(xiàn)：調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有29個實驗小組（超過半數(shù)）無法通過紙條的擺動觀察到風的形成。

（二）聚焦實驗教學中容易出現(xiàn)的問題，創(chuàng)新實驗教具，在課堂實踐中檢驗并完善實驗教具和方法

為了讓學生更直觀地觀察到風的形成過程，有效克服以上實驗教學中的問題，筆者緊跟科技發(fā)展的步伐，通過從常見生活物品中尋找替代材料，對實驗教具進行了改進。為了解決學生手持蚊香不穩(wěn)定，容易碰到他人或引燃物品等問題，筆者采用三角錐形小艾炷替代了蚊香——艾炷穩(wěn)定放置，不僅解放了學生的雙手，而且觀察煙霧效果比蚊香更明顯。此外，相比于蚊香，艾炷不僅不會產(chǎn)生對人體有害的氣體，而且艾炷的煙霧有利于學生身體健康。為了解決實驗紙盒僅有一個面能夠觀察到煙霧運動軌跡的問題，筆者采用亞克力透明板材做實驗盒，方便學生在各個角度觀察，且亞克力板材比紙盒更耐高溫，一定程度上消除了紙盒易燃的安全隱患。為了解決蠟燭明火做熱源容易燒著盒子、引燃紙條等問題，筆者用一個電子熱源小型取暖器作為替代品——小型取暖器有安全罩、電源開關(guān)等保護措施，可以使實驗過程更安全。為了解決紙條較硬、擺動現(xiàn)象不明顯且易受手抖干擾的問題，筆者首先將出風口稍稍聚攏以改善出風效果，聯(lián)想到風的產(chǎn)生會帶動小風車轉(zhuǎn)動，于是在出風口上安裝了一個探風裝置——金屬小風車，排除了手持紙條抖動的人為干擾。這樣一來，所有實驗器材不僅耐高溫，且實驗現(xiàn)象將更加明顯。

解決了以上問題，聯(lián)想到實驗內(nèi)容是讓學生理解冷空氣會向熱空氣方向流動并因為這種流動而形成了風，其中的“冷”與“熱”需要實驗數(shù)據(jù)證實，于是筆者又在實驗裝置上加裝了一個雙顯溫度計，通過數(shù)字化實時呈現(xiàn)實驗盒內(nèi)外溫差，加上煙霧的運動軌跡，幫助學生科學直觀地感受風的形成過程及成因。改進后的實驗裝置如圖2所示。

運用以上實驗裝置改進實驗教學過程，筆者在試教過程中發(fā)現(xiàn)了新的安全問題，那便是電子熱源小型取暖器因持續(xù)不斷地提供熱量，導(dǎo)致空間有限的實驗盒內(nèi)溫度不斷升高，達到一定溫度后實驗盒發(fā)燙嚴重，學生在實驗過程中如果不小心碰到實驗盒，很容易燙傷。為了解決這個問題，筆者在小型取暖器上安裝了一個控溫器——控溫器連接小型取暖器并將探頭伸向?qū)嶒灪袃?nèi)，可以實時監(jiān)測實驗盒內(nèi)溫度并有效控制住了實驗盒內(nèi)的最高溫：當控溫器上的紐扣電池溫度計所測盒內(nèi)溫度達到所設(shè)定的最高溫時，電源會自動斷開；當溫度低于所設(shè)定的最高溫時，電源又會重新連通。第二次改進后的實驗裝置如圖3所示。

再次試教時發(fā)現(xiàn)，安全問題已有效解決，只是科學性上有待完善：首先，控溫器溫度用LED屏幕顯示，效果遠優(yōu)于紐扣電池溫度計；其次，透過四面透明的實驗盒觀察煙霧運動的軌跡不夠清晰，遠處同學觀察比較困難，不利于演示實驗時使用。于是，筆者再次改進了實驗裝置：取消原室溫溫度計，將連通控溫器的實驗盒外溫度計改用LED屏，分別標記實驗盒內(nèi)、外溫度，可以使實驗盒內(nèi)外溫差一目了然。對于煙霧運動軌跡不夠清晰的問題，筆者在實驗盒的一個面板上設(shè)計了深色背景板，使背景板的高度高于出風口，便于觀察煙霧從冷空氣向熱空氣方向流動的完整過程，從而科學、直觀、清晰地呈現(xiàn)了風的形成過程。第三次改進后的實驗裝置如圖4所示。

教師在實驗方法設(shè)計說課過程中針對以上實驗裝置改進，須突出講明新裝置創(chuàng)新的原因、過程及思想方法：一是三角錐形艾炷代替蚊香段，實驗更安全，且煙霧的釋放更穩(wěn)定；二是亞克力透明板材做實驗盒，有利于各個方位的學生觀察實驗現(xiàn)象，有助于小組合作，培養(yǎng)團隊意識；三是帶控溫器的電子熱源——小型取暖器代替蠟燭，可避免引燃其他物品，便于控制最高溫，減少了安全隱患；四是采用探風裝置——小風車的轉(zhuǎn)動代替紙條擺動判斷風的形成與否，同時設(shè)計深色背景板便于觀察煙霧，可以更直觀、清晰地呈現(xiàn)風的形成過程；五是安裝電子數(shù)顯控溫器與LED屏實驗盒外溫度計，數(shù)字化呈現(xiàn)實驗盒內(nèi)、外的溫度，可以科學、直觀地輔助展示空氣由冷的區(qū)域向熱的區(qū)域流動產(chǎn)生風的完整過程。

三、實驗教學過程設(shè)計是實驗教學說課的核心

實驗教學說課相對于完整的教學說課而言，切入點較小，其說課內(nèi)容一般是整課教學內(nèi)容的局部。雖然它的重點在實驗教學環(huán)節(jié)，但教師陳述過程設(shè)計依然應(yīng)當把它當作一堂完整的課例進行闡述。探索環(huán)節(jié)是實驗教學的重難點部分，也是實驗教學說課的核心部分，還是檢驗實驗教具是否有效改進的試金石。

以《風的成因》實驗教學說課為例，教師陳述該課教學過程設(shè)計，亦應(yīng)始于情境創(chuàng)設(shè)：先是讓學生在生活中感受風，并由此提出“如何制造風？風是怎樣形成的？”等科學問題，聚焦本課核心學習內(nèi)容，激發(fā)學生的探究欲望。然后讓學生帶著各種猜想進入實驗探索環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學生經(jīng)歷從提出問題、引發(fā)猜想，到提出假設(shè)、完善實驗方案，再到進行實驗探索、獲取證據(jù)、得出科學結(jié)論的猜想、實驗、研討的完整過程。通常情況下，學生的探索環(huán)節(jié)以小組為單位分工合作展開：首先鼓勵學生進行思維碰撞，大膽猜想風的成因；再引導(dǎo)學生以小組為單位嘗試設(shè)計實驗方案，閱讀課本并參考課本的實驗方法展開實驗探究，關(guān)注實驗注意事項；最后運用改進后的實驗裝置重新實驗，關(guān)注改進裝置中的關(guān)鍵物質(zhì)艾炷、蠟燭在實驗中所起到的關(guān)鍵作用，記錄下自己在實驗過程中的收獲或困惑。為了使學生學會關(guān)注實驗過程中的科學現(xiàn)象，教師可預(yù)先設(shè)計好如表1所示的“《風的成因》實驗探究記錄表”，引導(dǎo)學生特別注意觀察實驗盒內(nèi)外的溫度、煙霧運動軌跡、風車運動情況等，記錄下科學的實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，從中學會總結(jié)科學規(guī)律，培養(yǎng)團隊合作意識。如第6學習小組便據(jù)此記錄下了實驗盒外溫度為29.4度，實驗盒內(nèi)溫度分別在32、36、46度時的風車運動由不動到慢慢轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)動加快的過程，以及煙霧運動由部分煙飄進實驗盒、到很多煙飄進實驗盒、到很多煙飄進實驗盒并從出口飄出的完整實驗過程。

改進后的整個實驗過程，實驗現(xiàn)象非常明顯：數(shù)字化呈現(xiàn)了實驗盒內(nèi)外的溫度，輕松引出冷空氣、熱空氣等關(guān)鍵詞；煙霧飄動方向明顯；小風車轉(zhuǎn)動現(xiàn)象直觀。由實驗現(xiàn)象觀察、記錄，到引導(dǎo)學生圍繞現(xiàn)象的產(chǎn)生展開科學研討，教師通過層層追問，如“探風裝置——小風車為什么會轉(zhuǎn)動？”“模擬實驗中的風是怎樣形成的？”等，使學生可以輕松得出冷空氣會向熱空氣方向流動便形成了風這一科學結(jié)論，從而順利突破了本課的學習難點?；趧倓偭暤玫目茖W規(guī)律，教師再次設(shè)問：“大自然的風是怎樣形成的？”以此引導(dǎo)學生將所學科學知識運用于提升生活認知。學生通過舉出生活中類似的例子，逐漸意識到科學與技術(shù)對人類社會的影響，從而培養(yǎng)了學生愛科學、學科學、用科學的科學情懷。

總之，實驗教學說課根植于實驗教學課堂，是教學研究與教學交流的有效形式，是教師在實驗課程備課中理性思考和實踐探索的產(chǎn)物。實驗教學說課能較好地解決實驗教學理論與實踐研究脫節(jié)的問題，可大大提高實驗課堂教學的有效性。（注：本文所用案例曾獲自治區(qū)中小學實驗教學說課比賽一等獎第一名，其中的創(chuàng)新教具——“風的形成模擬裝置”已申請國家專利。）

參考文獻

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注：本文系南寧市教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度B類（自籌經(jīng)費重點）課題“小學科學實驗器材改進與創(chuàng)新的實踐研究”（2021B068）的階段研究成果。

作者簡介：林湲（1991— ），福建龍巖人，本科，二級教師，研究方向為小學科學教學。

（責編 白聰敏）