小学科学探究实验设计策略与实践
何丽娟
摘? 要 从材料的选择、实验教具的创新以及技术的多元融合三个角度阐述小学科学探究实验的设计策略，以期为小学科学实验教学提供借鉴和参考。
关键词 小学科学;探究实验;科学素养;智慧教育
中图分类号：G623.6? ? 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）09-0117-03
1 前言
怀特海曾经说过，当一个人把在学校学到的知识忘掉，剩下的就是教育。对于小学科学课堂而言，应该给学生留下些什么呢？小学阶段是学生手脑协调发育以及脑功能形成的关键期。手和脑之间有着千丝万缕的联系，手使脑得到发展，使它更明智;脑使手得到发展，使它变成思维的工具和镜子。
学生学科学离不开实验，在实验中他们能检验猜想、构建概念、发现规律，还能加深对新知的理解，发展动手、动脑能力，培养实事求是的科学精神。教师应认真选择实验材料，创新实验教具，融合多元技术，提升科学实验教学的有效性。
2 小学科学探究实验设计策略与实践
有效选择材料，巧解课堂疑惑? 有效的材料选择能体现出实验探究的“色”“香”“味”。实验材料作为学生解决科学问题、获得科学知识和提高探索能力的基本载体，是学生感受科学与生活的联系，体验科学价值的重要资源[1]。
因此，一定要精心选择和准备材料。
“空气有质量吗”一课是新教科版小学科学三年级上册的内容，教材设计使用杠杆尺对空气的质量进行测量。笔者在试水课前实验时发现，无论是自制还是配套的杠杆尺，都会出现一个通病，即由于中间旋转点的摩擦力过大而导致装置不能灵敏摆动，这也就意味着无法精确测量空气的质量。
笔者想到了用天平代替杠杆尺，解决了灵敏度的问题。第一次试教，班内学生讨论完实验方案后开始动手探究（材料：已调平的托盘天平、气球、打气筒、绿豆、小夹子）。经过十几分钟的探究，大部分小组得出的结论是空气没有质量。学生观察到的现象是无论气球充气与否，放在天平上的状态都不变。怎么会这样？笔者课后进行多次验证，发现结果确实如此，左侧托盘放置充气量不同的气球，天平指针未偏转（图1），哪里出了问题？
经过反复思考，笔者终于发现问题出在气球上：充气越多，气球越重，但气球的体积也越大，所受的浮力也越大。由阿基米德浮力定律F浮=ρ空气gV排，G空气=mg=
ρ空气Vg，且V排=V，得F浮=G空气，也就是气球所增加的空气重力与其所增加的浮力是相同的。所以，空气重力增加了多少，浮力也随之增加多少。天平显示的示数是气球受到的支持力，即F支=G-F浮（如图2所示），而已证明气球增加的空气重力与之增加的浮力是相同的，所以它们的差值不变，也就是F支的大小是不变的。
天平指针确实不会发生改变，实验结果没有错！那错在了哪里？再次斟酌实验材料，气球皮的大小会随其中空气体积的变化而发生改变，实验需要的是能装入空气且随着它的量的变化而容器自身容积不发生明显变化的材料。
第二次试教，笔者调整了相关实验材料（材料：已调平的托盘天平、皮球、打气筒、绿豆）。此次实验后，班级内大部分学生都能得出空气是有质量的这一结论，但仍有个别组出现不同结果。笔者再次反思，发现问题仍然是出在材料上：问题组实验材料中的皮球外皮非常薄，也就是与气球的实验效果较相似。所以在使用皮球作为实验材料时还要仔细检查球皮的厚度，当厚度足够时，才能保证良好的实验效果。
笔者在试教“橡皮泥在水中的沉浮”一课时，当使用普通橡皮泥放入烧杯中进行实验时，过不多久橡皮泥就会变稀，导致烧杯里的水变得非常浑浊，这样的实验效果显然是不理想的。后来笔者反复查阅相关资料，发现一种油性橡皮泥，于是对课堂实验材料进行了更换。改进后的实验效果明显，并且在排水量的测量实验中可以清晰准确地得出实验数据，保证了课堂实验的高效性。
实验材料千万种，课堂有效第一种。只有不断对材料进行针对性选择，才能提升科学课堂教学的有效性。
创新实验教具，提升课堂效率? “工欲善其事，必先利其器。”小学科学实验课堂教学也应如此。所谓善其事，指較好地完成小学科学实验探究;必先利其器，是指必须准备合适的实验器材，才能够高效完成科学实验教学[2]。虽然大部分小学科学实验室已经配备比较完备的教学器材，但随着教师教学设计和学生主体的不断变化，有些仪器并不能完全解决课堂所面临的问题。这就需要教师根据实际情况创新实验器材，为科学实验的成功提供保障，为科学课堂增添生机。
磁是小学科学课程物质科学领域比较重要的一部分内容。“磁铁有磁性，总是同时存在着两个不同的磁极。磁极是磁铁磁性最强的部分。”[3]在日常教学中对于磁铁磁性的感知更多是基于平面实验观察，无论是基于铁粉盒显示磁铁磁性的强弱和分布，还是借助小钢珠或回形针探究磁铁两极磁性的强弱分布，都与磁性的立体作用范围的事实不相吻合。这样的平面观察与实验只能让学生片面地感知客观事实，不利于科学素养的形成。
笔者尝试自制磁体两极的磁性显示仪，使其能清晰地展现两极磁性的立体分布（图3），有效解决了在平面塑料盒外观察的片面性问题，且能动态地显示出磁铁由端点到中点的磁性变化规律（图4）。
多元技术融合，培养科学素养? 在疫情防控的特殊时期，技术成为当下尤为重要的课堂支撑。停课不停学，教师通过微课、在线直播、空中课堂等方式进行教学，教育的脚步一刻也没有停歇。即使在没有疫情时期，智慧教育对课堂实验的助力作用也不容小觑。随着信息技术的飞速发展，教育理念的更新和教育信息化水平的发展引发了教育方式的变革。信息化背景下的科学课堂电子化教具和信息化教具可以打破实物教具的局限性，弥补实物化教具的不足，在视觉和听觉上为学生提供教学的多元刺激，促进师生之间的互动交流，有效提升课堂教学率。
某教师在上“空气占据空间”一课时，以乌鸦喝水故事作为课堂引入，当进行科学原理分析时，讲台上适时地出现四维全息投影场景;随着科学分析的逐渐深入，借助信息技术呈现相应的场景，理性分析与场景展示相得益彰。信息技术让学生在沉浸式的教学氛围中思考，更利于激发其学习的主动性，发挥主体作用。
对小学科学教师而言，教学中比较有挑战性的教学模块当属地球与宇宙单元，主要有两方面的原因：一是实验无法实地操作，只能通过模拟实验来进行;二是某些实验观察时间线比较长，短则需要几周，长则需要一个月之久，导致教师很难在一个课时内完成教学实验。而有了先进技术的加入，时间线就可以发生改变，使课堂更高效。
如在进行“月相的变化”一课教学时，某教师尝试运用自动追踪摄像头，摄像头的视角代表地球上的观察者并投影在大屏幕上;一盏投影灯照射在代表月球的乒乓球上，形成明暗两种状态;移动乒乓球模拟围绕地球（摄像头）自转，学生可以清晰地观察到月相的变化及其规律。这样的动态呈现让原本需要一月之久的观察浓缩在短短的几分钟内，大大提高了课堂教学效率。
智慧化软件的加入也让课堂发生巨大变化，使课堂的互动性更强，现象呈现得更细致。笔者在进行“物质是怎样溶解的”一课教学时，由于溶解过程较快且无法再现，学生交流汇报时难以展示其实验过程，交流效果不理想。有了智慧软件的加入，教师可以在学生实验期间用手机进行拍摄，在后续交流时就可以清晰再现实验过程，且可利用慢速播放功能有效突破课堂重难点——观察物质的溶解过程。课堂上，师生间互动沟通的顺畅性、便捷性、及时性是保证教学质量的关键因素，这既是每一位教育工作者不断追求的目标，也是信息化科学课堂的生命力所在。
3 结语
“问渠那得清如许，为有源头活水来。”直接经验是一切真知最重要的发源地。小学阶段是学生手脑协调发育以及脑功能形成的关键期。小学科学是一门以实验为基础的学科，探究离不开实验，成功的实验教学离不开有效的课堂实验。有效地选择材料，创新实验教具，并且融合使用多元技术，可以提高课堂实验教学质量，全面提升学生的科学素养。
参考文献
[1]曹银玲.提高实验效率初探[J].湖北教育：科学课，2017（1）：62-63.
[2]劉建国.小学科学实验器材改进方法：以钟摆制作为例[J].中国教育技术装备，2016（15）：138-139.
[3]中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2017.
