丁楊光

培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人是教育的根本問題，教育教學要發(fā)揮培根鑄魂、啟智增慧的作用?？茖W是嚴謹?shù)?，也是頗具趣味的一門學科，探究科學真理需要立足實驗陣地，在觀察、分析、推理、驗證中得出實驗結(jié)論，發(fā)現(xiàn)科學奧秘。同時，科學實驗融動手、動腦、合作、互動為一體，既能夠滿足當前小學生活潑好動的感性發(fā)展需求，提高學生科學探究興趣，也能夠促進科學知識的理實結(jié)合，為學生思維能力發(fā)展搭建更具層次的攀升支架。但基于研究發(fā)現(xiàn)，當前很多小學科學教師在開展實驗教學時還存在一些誤區(qū)，如過程固化，難以突出創(chuàng)意內(nèi)涵，以觀察為主，難以體現(xiàn)操作樂趣等。在立德樹人根本任務(wù)導向下，教師應立足學生發(fā)展規(guī)律和認知需求創(chuàng)新實驗教學設(shè)計，帶領(lǐng)學生在有趣、有序、有料的實驗課堂中發(fā)展思維能力，增強合作意識，最終實現(xiàn)核心素養(yǎng)的可視發(fā)展。

一、小學科學實驗教學的重要意義

科學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，教師在實際授課中恰逢其時地組織實驗教學，能夠幫助學生更為清晰地認識表征現(xiàn)象背后蘊含的科學真理，促進學生對科學知識產(chǎn)生深入理解，小學科學實驗教學對課程發(fā)展和學生發(fā)展都有裨益。具體而言：

首先，從課程發(fā)展而言，實驗教學有效對接科學課程標準，是課程高質(zhì)量進階發(fā)展的必要支架。新課標明確指出：小學科學實驗應立足學生成長規(guī)律分學段組織實施，逐步深化實驗要求，滿足不同年段學生的學習需要，保持學生的好奇心理和探究欲望。同時還強調(diào)，小學科學實驗并非按照某個模塊依參而教，而是教師將其貫穿至科學教學整體內(nèi)容當中，以貫通性實驗為支架促進學生對學習內(nèi)容的真實理解和深入掌握，享受實驗過程帶來的樂趣，直觀感受科學世界的神奇奧秘。從新課標關(guān)于實驗教學要求的界定中不難看出，實驗教學對課程發(fā)展具有不可或缺的作用，要想教好科學課程，先要做好實驗設(shè)計，這是對廣大一線科學教師提出的客觀要求。

其次，從學生發(fā)展而言，實驗教學能夠激發(fā)學生科學探究興趣，促進其多維素養(yǎng)發(fā)展。科學實驗最主要的表征特征是“動態(tài)”，其不同于常規(guī)教學的知識灌輸，主張引導學生在動腦觀察和動手操作的過程中產(chǎn)生學習興趣，感受科學知識神奇魅力。所以，科學實驗教學能夠直觀激發(fā)學生對科學課程的興趣和熱愛，促進其主動參與、主動學習、主動思考，逐漸形成長效的科學學習動機。

最后，科學實驗主要以理論遷移為目的，促使學生自主發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、得出結(jié)論，并于此過程中讓學生暴露不足，有益調(diào)節(jié)。整個實驗過程聚焦于對學生科學觀念、科學思維能力、探究實踐能力、科學態(tài)度等素養(yǎng)的培育，是幫助學生形成適應終身發(fā)展和社會發(fā)展必備品質(zhì)與關(guān)鍵能力的強力抓手。

二、影響小學科學實驗教學提質(zhì)增效的問題思考

小學科學課程開展實驗教學十分必要，在素質(zhì)教育背景下，多數(shù)科學教師也在積極踐行新課標要求，努力思考科學實驗活動的組織建構(gòu)，雖取得一定成效，但實踐中依然存在些許問題，影響了實驗教學的進一步提質(zhì)增效。教學問題主要體現(xiàn)在以下方面：

（一）實驗過程固化，創(chuàng)新力度不夠

實驗設(shè)置是影響實驗教學效果不容忽視的重要因素，現(xiàn)階段小學科學實驗教學在過程設(shè)置方面存在固化問題，即鑒于對小學生實驗操作能力局限性、實驗器材短缺性、教學時間緊迫性等綜合考慮，部分教師為保證教學效率和完成教學任務(wù)，通常照搬教材已有實驗模塊的設(shè)置方法，且在實驗教學中占據(jù)絕對主導地位，這意味著學生的實驗學習只是將課本內(nèi)容復制了一遍。這樣的實驗設(shè)置雖然在一定程度保證了實驗開展的規(guī)范性，但過于刻板的照本宣科，拿來主義的教學設(shè)計，無疑削減了學生實驗參與熱情，影響了創(chuàng)造性思維發(fā)散，影響了核心素養(yǎng)滲透，這顯然背離了實驗教學的本意。

（二）實驗觀察為主，學生操作過少

基于對各類因素的考慮，教師在教學時常常出現(xiàn)“教師做，學生看，教師講，學生聽”的現(xiàn)象。實驗觀察雖是實驗過程的重要環(huán)節(jié)，但并非全部內(nèi)容，只有讓學生親歷實驗操作才能激活其思維潛能，才能真正讓學生獲知更多科學真理。但在實驗關(guān)鍵操作環(huán)節(jié)，部分教師顯然低估了學生的能力，并未讓學生參與其中，這不僅影響了學生的實驗探究興趣，還難以借學生表現(xiàn)鑒定其學情水平，知識教授仍然趨于一種單向傳遞的樣態(tài)，背離了以生為本的理念。

（三）課堂結(jié)構(gòu)混亂，影響教學效率

新課標要求教師開展結(jié)構(gòu)化教學，有層有序地引導學生構(gòu)建完整的知識體系，最終實現(xiàn)對核心知識的真實理解和遷移應用。實驗教學同樣如此，只有課堂結(jié)構(gòu)清晰，步步反饋、層層提升，才能保證教學效率和教學效果。但目前很多教師開展小學科學實驗教學之前通常未進行嚴謹?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計，對先做什么、后做什么把握不清，隨性而為的情況屢見不鮮，看似熱鬧的課堂背后，學生真實所獲少之又少，缺乏結(jié)構(gòu)統(tǒng)領(lǐng)的課堂樣態(tài)讓實驗開展一度陷入高費低效的窘境。

三、新時期小學科學實驗教學創(chuàng)新的行動路徑

新時期小學科學實驗教學應聚焦實驗開展意義，審視教學現(xiàn)存問題，從“新”出發(fā)優(yōu)化調(diào)整實驗架構(gòu)流程，把握實驗目標歸宿，找準理論知識投放和實踐操作時機，關(guān)注學生自主學習和合作學習的交互，在步步反饋、層層提升中發(fā)展學生的思維能力，助推核心素養(yǎng)落地。下文以“解開人體耳朵暗箱”實驗課題設(shè)計為例，闡述新時期小學科學實驗教學的創(chuàng)新行動路徑。

（一）整合實驗課題，創(chuàng)新目標導向

統(tǒng)觀小學科學教材可以發(fā)現(xiàn)，教材每一章節(jié)都有相關(guān)實驗探索課題，充分踐行了“以實驗為基礎(chǔ)”的編訂原則，強調(diào)了實驗于科學學習的重要意義。教科版小學科學四年級《我們是怎樣聽到聽聲音的》章節(jié)中，主要給出了三個探索課題，一是觀察耳朵結(jié)構(gòu)，預測結(jié)構(gòu)功能，二是借助卷紙喇叭，體驗聲音強弱，三是模擬耳朵裝置，驗證預測結(jié)果。基于教材，教師可以將幾個探索課題整合成一個大實驗課題，即“解開人體耳朵暗箱”，聚焦“結(jié)構(gòu)與功能”跨學科概念，指導學生用更為清晰的思路、高階的思維去認識人體，了解人體耳朵結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系，以形成良好的知識結(jié)構(gòu)。依此創(chuàng)新設(shè)置實驗課題，既可以讓實驗教學變得更有結(jié)構(gòu)性和方向性，便于提高教學效率，還能夠激發(fā)學生深度探究興趣，便于學生更為順利地完成核心知識概念的系統(tǒng)建構(gòu)。

在整合探索課題后，教師要繼續(xù)統(tǒng)整教學目標，以目標為核心導向，有序搭建學習支架，促進學生多維素養(yǎng)發(fā)展。在創(chuàng)新設(shè)置目標體系時，教師尤要注意兩點，一是目標貼近核心素養(yǎng)概念，突出多元賦能價值，二是目標表述清晰易懂，不可泛泛而言。針對“解開人體耳朵暗箱”這一實驗課題，目標體系可按如下表述設(shè)置：1.認識耳朵是由哪幾個部分構(gòu)成，知道各結(jié)構(gòu)名稱分別是什么。2.掌握耳朵聽聲的整個流程，預測耳朵暗箱中各類結(jié)構(gòu)的功能。3.通過分層實驗創(chuàng)造推理平臺，有序驗證結(jié)構(gòu)與對應功能的預測結(jié)論。4.通過實驗操作過程發(fā)現(xiàn)更多問題，以對比驗證的方式分析問題、解決問題，提高辯證思維能力。5.聯(lián)系生活實際，借耳朵暗箱結(jié)構(gòu)與功能認識，解釋生活實際問題，同時遷移運用知識技能，衍生更多趣味小實驗，在知行合一中升華耳朵暗箱功能。上述目標聚焦科學素養(yǎng)，邏輯清晰，以此為導向帶領(lǐng)學生開展實驗學習，有趣、有序又有料。

（二）開啟結(jié)構(gòu)暗箱，組織功能預測

人體暗箱結(jié)構(gòu)在科學探究過程中不能被打開，也不能被直截了當?shù)赜^察，如耳朵暗箱的解密先是依托觀察和理論進行功能預測，再通過預測過程體現(xiàn)學生的認知偏差，測試原有認知模型的合理性，同時激發(fā)學生繼續(xù)探究的興趣，為新認知模型建立奠定良好基礎(chǔ)。具體言之：

1.互動導入，進行初次預測。

在拋出“解開人體耳朵暗箱”這一實驗課題后，首先，教師設(shè)置一個簡單的互動游戲——聽鼓聲，即用不同力度敲響小鼓，讓學生聽鼓聲，恰時拋出核心問題：“我們的耳朵是怎樣聽到聲音的？”以此促使學生發(fā)覺暗箱，引發(fā)質(zhì)疑。其次，讓學生互相觀察耳朵，即觀察暗箱的外部構(gòu)造，進一步思考耳朵是怎樣聽到聲音的，并簡單畫一畫耳朵收聲簡圖，大膽闡述預測結(jié)論。經(jīng)由互動鋪墊，教師可以發(fā)現(xiàn)很多學生對耳朵的認識主要集中在耳郭和鼓膜，只知道聲波由耳郭接收后再引起鼓膜振動，這樣就能聽到聲音。這種認知顯然比較籠統(tǒng)，體現(xiàn)了學生認知偏差，教師接下來需要通過深入開展實驗活動修正學生認知偏差，幫助他們迭代建立更為完整的耳結(jié)構(gòu)知識模型。

2.搭建支架，進行二次預測。

通過對耳結(jié)構(gòu)功能的初次預測檢驗，獲知學生對外耳、中耳、內(nèi)耳各部分結(jié)構(gòu)的分布認識是模糊的，對聽小骨、耳蝸等結(jié)構(gòu)認識是缺失的，這是其無法正確繪制聲音傳播圖譜的重要原因。基于學生的認知需求，教師繼續(xù)搭建學習支架，進行一輪的功能預測。首先，展示完整的耳結(jié)構(gòu)圖片，讓學生辨認各結(jié)構(gòu)名稱，教師依序在圖片上做出標注。其次，組建合作學習小組，讓學生合作組裝耳結(jié)構(gòu)模型，在更為動態(tài)和有趣的耳結(jié)構(gòu)模型拼裝過程中預測耳朵各結(jié)構(gòu)的功能，構(gòu)建有關(guān)耳朵暗箱新的知識模型。通過靜態(tài)學習支架和動態(tài)學習支架的結(jié)合，既讓耳結(jié)構(gòu)理論知識學習更為豐富有趣，還能夠引發(fā)學生對耳結(jié)構(gòu)功能進行更為深入的思考，比如耳郭形似喇叭，具有聲音收集作用，耳道形似洞穴，具有傳聲的作用。

（三）實驗任務(wù)驅(qū)動，驗證預測結(jié)果

通過前期引導和反復預測，學生大致可以說出聲音在耳朵中的傳播過程，能夠簡單解釋“耳朵是怎樣聽到聲音的”這一問題，但種種預測是建立在理論認識的基礎(chǔ)上，要想驗證預測結(jié)果，進一步解開耳朵暗箱之謎，教師還需要搭建更為具體的實驗支架，讓學生一步一步深入暗箱結(jié)構(gòu)，明確結(jié)構(gòu)功能。同時，基于觀察和提問，發(fā)現(xiàn)學生對耳郭和鼓膜的結(jié)構(gòu)功能關(guān)注度較高，學習需求比較迫切，這自然也是接下來實驗開展的重點。

1.實驗一：模擬體驗。

以模擬體驗為起點，引導學生初步探究耳郭的功能，在對比實驗中感知耳郭的重要性，并借感官體驗激發(fā)學生興趣，提高課堂溫度。首先，教師帶領(lǐng)學生每人做一個紙喇叭，并將紙喇叭戴到耳朵上，隨后持續(xù)播放一段聲調(diào)一致的鈴聲，學生通過反復戴喇叭、摘喇叭的過程，體會聽到鈴聲的變化，思考耳郭的作用。其次，讓學生戴著紙喇叭面朝不同方向聽鈴聲，繼續(xù)感受鈴聲有何變化。通過多種感官體驗方式感受鈴聲的變化，認識耳郭的功能是一種比較直接有趣的實驗方式。學生通過體驗可以知道：戴上紙喇叭比摘下紙喇叭所聽到的鈴聲明顯更大、更清晰一些。并且發(fā)現(xiàn)，耳郭正對聲源比側(cè)對或背對聲源所聽到的聲音也會更加響亮。通過實驗對比，學生進一步確定了耳郭結(jié)構(gòu)具有收集聲音的功能。最后，為培養(yǎng)學生嚴謹?shù)奶骄繎B(tài)度和高階思維能力，教師在實驗探究結(jié)束后拋出幾個問題讓學生思考“在這個實驗中為什么要播放聲調(diào)一致的鈴聲？影響實驗結(jié)論正確性的因素有哪些？生活中哪些現(xiàn)象利用了耳郭收集聲音的原理？”通過問題釋疑的過程，學生不僅知曉實驗推理需科學嚴謹，端正了學習態(tài)度，還在思維發(fā)散中與生活建立了聯(lián)系，對耳郭功能有了更深的理解。

2.實驗二：合作探究。

感官體驗雖然直接有趣，但這種實驗方式還是不夠嚴謹，因為活動中無法將耳郭去掉。因此，教師設(shè)置更為豐富的探究實驗，讓學生以小組合作的方式借助模擬實驗裝置，自主對耳郭和鼓膜結(jié)構(gòu)功能預測進行補充驗證，形成更為健全和嚴謹?shù)闹R體系。

首先，教師出示如圖1所示實驗裝置，讓各組集思廣益辨認實驗裝置各結(jié)構(gòu)分別對應了耳朵的哪些結(jié)構(gòu)，教師隨機指派學生回答，其他學生補充說明。

其次，教師設(shè)置對比實驗任務(wù)單，指導學生有方向、有深度地進行實驗學習，在任務(wù)落實中驗證耳郭和鼓膜結(jié)構(gòu)功能預測是否正確。具體任務(wù)如下：1.指派學生上前用不同力度敲擊小鼓，全體觀察泡沫小球的變化，對實驗現(xiàn)象做出解釋。2.指導學生拆裝喇叭，對比敲響小鼓，觀察泡沫球的振動情況，對實驗現(xiàn)象做出解釋。3.變換小鼓位置用相同力度分別敲擊小鼓，對比觀察泡沫小球的振動變化，對實驗現(xiàn)象做出解釋。4.讓學生依次更換橡皮膜（鼓膜）材料，再次敲擊小鼓，對比觀察泡沫小球振動情況，對實驗現(xiàn)象做出解釋。5.你認為實驗還有哪些需要優(yōu)化的地方？說出你的想法。教師引導各組有序落實實驗任務(wù)，在觀察、分析、操作、驗證中記錄實驗數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)實驗匯總報告，組內(nèi)、組間圍繞實驗報告交流討論，針對不同意見展開有益思辨，直至結(jié)論統(tǒng)一。在整個實驗過程設(shè)計中，教師負責搭建任務(wù)支架，學生負責主要操作，力保讓每名學生都有表現(xiàn)的機會，體驗實驗樂趣的同時一步步驗證耳朵暗箱結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系，同時借組內(nèi)互動、組間互動促使學生思維碰撞，讓實驗學習迸發(fā)出更多智慧火花。

（四）實驗現(xiàn)象遷移，踐行知行合一

耳朵暗箱結(jié)構(gòu)比較復雜，除了耳郭和鼓膜外，聽小骨、耳蝸、聽覺神經(jīng)等結(jié)構(gòu)均在人體接收聲音信號過程中發(fā)揮著作用，但驗證這部分結(jié)構(gòu)與功能對實驗設(shè)備要求較高，因此難以實施。所以，教師可以呈現(xiàn)補充資料，先讓學生知曉各結(jié)構(gòu)功能，再讓學生繪制完整的聲波在耳中的傳播圖譜，建立完整的知識模型。此外，由耳郭和鼓膜實驗現(xiàn)象遷移，還可以衍生出更多富有探討價值的生活問題，例如，出示耳朵鼓膜損傷和穿孔的現(xiàn)實圖片，讓學生回顧“實驗二”中泡沫球小球的振動現(xiàn)象，思考哪些情況會導致鼓膜受損，在實際生活中如何健康用耳？通過實驗現(xiàn)象遷移衍生出健康用耳概念，并讓學生制定護耳計劃，將知識模型遷移踐行至健康生活當中，加強科學知識與生活的聯(lián)系，這是進一步提升耳朵暗箱結(jié)構(gòu)功能的重要體現(xiàn)。又如，教師還可以圍繞“聽診器”組織探討話題，讓學生解釋聽診器的工作原理，并以小組合作的方式在課后自制一個聽診器，由此完成知識模型遷移，踐行知行合一。

四、結(jié)語

綜上所述，小學科學實驗是一種“思維體操”，學生通過思與行探究表征現(xiàn)象，掌握知識真理，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、總結(jié)問題，最終實現(xiàn)科學素養(yǎng)的可視發(fā)展。教師應聚焦實驗開展意義，審視教學現(xiàn)存問題，從課題設(shè)置、目標完善、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、活動組織等層面創(chuàng)新實驗學習支架，引導學生在自主學習與合作探究中發(fā)展思維能力，深化核心概念，成長為具有科學鉆研精神的時代好少年。