小学科学实验材料改进和创新的实践与研究

小学科学实验材料改进和创新的实践与研究实施科学新课程以来，我们看到我们的科学课堂上呈现这样的景象：学生通过操作实验器材，运用实验材料进行科学探究活动，经历科学探究过程，体验科学探究带来的乐趣。实验材料成了小学科学课中一个相当重要的组成部分，它是学生开展科学探究的基础，也是科学探究有效性的一个基本保证。但是，在实际的教学中，科学实验材料准备起来存在很大的问题，解决不好直接影响科学探究的有效性。问题一：旧材料满足不了新需要科学课的前身是常识课，原来的常识仪器室和实验室很自然就成了现在的科学仪器室和实验室。在仪器室中，以前配备的许多常识仪器，有酒精灯、铁架台、机械实验盒、静电实验盒、物体沉浮实验盒等等，很自然成了科学课的实验材料。但是作为科学老师都知道，虽然有的仪器在新课程教学中还是可以用的，比如酒精灯、铁架台之类的。但是还有一些利用起来的问题却很多，像物体沉浮实验盒，虽然科学五年级下册沉和浮单元也有探究有关物体沉浮方面的知识，但是新教材的内容和原来常识课有一定的区别，提出了新要求，如“物体的沉浮和它的轻重有关系吗？”、“物体的沉浮和它的大小有关系吗？”，原来的实验材料显然满足不了新的探究活动。问题二：新材料无法配备齐全新课程实施后，上级要求学校为每册的科学教材配备一套新的实验材料——科学工具箱，在这个工具箱中，有一些相应的实验材料，比如塑料量杯、温度计、小车、地球仪等一些可以长期重复使用的材料和高锰酸钾等一些化学物品。除此以外，每学期每位学生还征订了一份科学配套学具，有绿豆种子、绿豆发芽实验盒、电池等等。这些材料为科学仪器室注入了新的活力，充实了科学实验材料的队伍。但是，尽管如此，在科学教学中，依然碰到了许多来自材料方面的问题，主要是那些不能长期保存的材料，像油菜花、发芽的蚕豆、做生态瓶需要的鱼、水草等，必须由教师或学生本人适时、及时准备，有关部门很难在学期初统一配备。还有部分材料代价很大，如果有关部分统一配备，必然会造成学生学费的加重，给一部分经济困难学生带来麻烦，这与义务教育阶段让人人都读得起书的政策又是相违背的，所以只好忍痛割爱，不把这些材料配备进去，那教学时势必又要由教师或学生本人准备，这又增加了实验材料准备的难度。问题三：教师、学生自己准备材料情况不乐观小学科学教师工作量大，专职教科学的，一般课都在15节—20节左右，不仅要花时间备课、上课和批改外，还可能教着好几个年级的科学课程，在准备实验材料可想而知；常常上完一节实验课材料还没收拾好，下一节课铃声已经响了，学生已经来了，可材料还没准备好。所以有时就会出现教师只准备本人的实验材料，在课堂上作一下演示实验的现象。兼职老师更是不用说了，一般已经在教学语文或者数学等，这些课本身就需要花大量的时间。而且还有的科学老师还担任着班主任等职位，科学课的准备材料更是不言而遇了。而科学材料的准备又需要很多的时间和精力，兼职教师就很难再有功夫去完成了，常常会感到心有余而力不足。科学材料除了教师准备外，还有许多时候我们教师会让学生自己准备。但是实际情况与我们的想象有一定的距离，让学生准备材料的情况不太乐观。有的学生总是忘带材料了，有的学生准备的材料不符合实验要求了，总之，问题很多，情况不太乐观。由此，我们更深刻认识到：对于教学一线尤其是地处农村的小学科学教师而言，能有意识关注、积极地参与活动材料的改进工作，整理形成一套符合地域特点、适合教学实际的实验材料和一份实验准备指导方案，将会大大方便一线科学教师课前的工作量，同样会更精细地满足学生实验探究的需要。无锡市天一实验小学潘利峰《服务探究，选择有价值的实验材料》中指出：探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式，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。科学探究活动依赖于科学研究的材料，材料引起学习，材料引起活动。教育学原理认为，从材料本身出发来组织教学，既符合儿童的认知特点，又符合世界物质性的基本观点。在探究学习中，教师能否为学生提供生活化、典型、合适、丰富、有结构的探究材料，是学生进行探究学习的基础和关键。学生只有对材料加以观察、操作和思考，才能形成合理的科学概念，产生正确的科学认知，领会科学的过程和方法，感悟科学精神，因此教师选择合适的实验材料，往往影响到课堂教学的效果，怎样选择合适的、具有探究生命活动周期的实验材料，对于教师组织的科学探究活动尤为重要。江苏省名教师、自然学科特级教师、苏州市叶圣陶实验小学校长张洪鸣作《科学探究需要有结构的材料》报告中指出“搞科学”——“有结构的材料”“巧妇难为无米之炊”，课堂教学要让学生经历、体验，要活动。怎么才能活动呢？空口说白话，黑板上种田，不是胡扯嘛，要有点东西才行。这东西就是材料，材料是死的，怎样使死的材料活起来呢？这就必须加上老师的智慧，根据一堂课的教学目标，精心选择，精心设计，为学生的探究活动提供典型的教学材料，这样的有机组合，便称为“有结构的材料”。七、课题研究总结实验是科学课教学中一种重要的教学活动类型，它能很好地培养学生的观察、动手、思维、合作、创造等能力。在实验教学活动中，应以科学课程标准的目标为准则，运用一定的创新技术，创造性地选择和使用实验材料，让学生感受到实验材料在探究活动中的重大作用和意义，真正培养学生的动手能力、探究欲望和创造精神。实验材料的创新，一定要避免过去那种“一张实验桌，材料就几样”的实验模式，要求教师提供大量丰富的实验材料供学生选择；要根据实际情况创造性地寻找和使用材料；实验材料的摆放不要只局限于实验桌，要充分利用广阔的空间。科学教材中实验材料的提供大多是具有普遍性的，不一定能满足每一个实验的要求，或者在实验操作的过程中会有一些不方便之处。因此，很有必要创造性地选择和使用实验材料，更多地根据实验教学活动的需要和本地实际选择和使用材料：对同一个实验，材料的确定可以不同，不要求全体学生千篇一律地使用同一类型的材料进行实验，而应力争做到多种多样，各取所需；同样，同一种实验材料，在不同的实验中也能发挥不同的作用，解释不同的科学道理；材料的选择还要从教学成本考虑，尽量使用身边易得的材料，使用学生感兴趣的材料；实验材料的创新还包括对原有材料的改进、替代和更新。因此，课前准备好合适的、有结构的实验材料是学生爱上科学课、进行有效探究学习的基础和关键。但是，较多实验材料不好准备是科学教师的共识。经过我们课题组的讨论，我们可以从以下几方面进行改进和创新：（一）积极学习其他教师的实验材料改进科学课作为新课程下的一门新的学科，担负着培养和提高学生科学素养的重任，它的学科地位不容忽视。有些老师可能对它还不是非常了解，以为和以前的常识课差不多，还是一门副科。尤其是兼课老师，认为只有自己另外教的语文、数学才是主课，这样的认识我们会阻碍我们的行为。所以我们要在思想上认识这门学科的重要性，正确认识科学课教学的特点，有必要对所有科学教师进行科学课程的系统培训，加强理论的学习，无论是专职还是兼课教师都应该多外出听课学习，开开眼界，看看别的教师是如何准备实验材料的，从而做好学生科学课学习的引领，让学生都有机会参与到科学探究活动中来，亲身体会探究活动的乐趣。如教学五下单摆的内容时，根据书上插图准备材料是不理想的，铁架台上的横杆太短，摆锤摆动时很快就会碰上铁架台的竖杆。摆线如何固定才能既让它自如地晃动又便于调节长短也是问题。在网上视频中观摩了李家绪老师教学的《摆的研究》后，通过加长横杆，借助夹子，很快解决了这些难题，增强了教学效果。（二）整理实验室中已有材料，合理利用现有材料学校仪器室中有着许多原常识课教学时留下来的材料。这些实验材料虽然不能满足现在科学课教学的实验需要，但是它们却还后很大的价值，完全可以好好利用。有许多的实验器材不管是以前的常识课还是今天的科学课都用得上的。如酒精灯、烧杯、铁架台、放大镜、水槽、弹簧秤、温度计啊等等，只要我们对它们进行充分的筛选、整理、修复、归类，用得着的时候多着哪。所以我们要好好的保管，发挥他们的应有功能。再如原来常识教学中的杠杆实验盒、冷热实验盒，光学实验等等，虽然盒里的材料不全能用得上，但通过整理，里边我们还是会发现许多科学课上用得着的好材料的如杠杆实验盒中的杠杆尺、简单机械盒中的滑轮等器材，质量还是很不错的，经久耐用，效果不见得比科学材料箱中的差。科学工具箱中的科学材料都是经过专家们研究制造的，又与科学教材配套，可以说为科学教师的材料准备节省了不少时间和精力，箱中的材料虽还不能说是尽善尽美但总体还是不错的。如六下的小电动机、拱形桥等，我们要用好它。在备课的过程中对工具箱中的实验材料做到心中有数。而对于箱中的一些易耗品，我们用好后要及时添置，以备下次的使用。（三）教师应该积累以往材料一些科学材料的准备是不能一朝一夕就能完成得到的，所以科学老师要做个有心人。平时注意材料的收集整理，变废为宝，积少成多。不要等到今天要上这个内容要用到这种材料才想到当初那个材料可以用上而没留下。有些材料如可乐瓶，对于其它学科的老师来讲可能是垃圾要扔掉的，但对于我们科学课来讲却是宝贝，许多时候要用到它，再如硬纸板、坏了的乒乓球等它们是研究抗弯曲能力的好材料；还有生活中的一些石头，可能很少有人去关心研究它，但在我们的科学课上就有这样的内容安排。《各种各样的岩石》就是要我们去研究岩石的组成和岩石的特性。所以我们平时可以多捡一些象花岗岩、长石之类的岩石以备上课时用，且岩石不易消耗可以长期保存，填补学校仪器室材料的不足。科学课实施的第一个轮回中，新材料还未配下来或根本就没有，实验材料相当缺乏。这个时侯任教的教师要准备的材料尤其得多。这个时侯老师要把辛辛苦苦准备的材料好好保存，学会积累以备后用。当下一届老师任教到相应内容时也可以少花一点时间，减少一点后边任课老师的准备时间。（四）动手自制，替代专用不足材料实验室的材料并不能完全满足每一课的需要，有的实验材料实验室里根本就没有，这个时候我们就要根据实验的设计自己来设计制作实验器材。在研究《固体的热胀冷缩》时，学校里大都只有铜球这样一种可以研究热胀冷缩的实验材料。而一种材料如何让学生信服固体有热胀冷缩的特点呢？于是我就想在做其它金属材料的热胀冷缩的实验，苦于仪器室里没有这样别的器材，我就和其他几个科学老师自制器材。由于其他的材料的热胀冷缩现象不明显，我就想到利用指针的偏转来将试验中材料受热或遇冷产生的现象进行放大，使学生看到了实验的现象，得出了正确的结论。再如五年级科学教材中的《光》单元中，在研究不同颜色物体吸热能力强弱的对比实验时，我们设计制作了一个利用白炽灯照射，不同颜色试管内空气膨胀快慢的对比试验，由于空气受热膨胀速度比较快，所以实验现象十分明显，这远比教材中将温度计放入不同颜色的纸袋中，看温度计上的读数上升的快慢的研究效果好得多，也节省了许多课堂上时间。（五）引发学生兴趣，让学生能自发准备实验材料有些科学课堂上要准备的材料有很多，有些时候要准备的材料需要专业人士的帮忙，这个时候完全依靠教师自己的力量也许就难以完成，这个时侯我们不妨想想其他办法，如学生就是一个不错的资源。在材料的准备中我就经常请学生协助我准备材料。别小看学生，他们会帮上不少忙。难度大的他们会发动他们的家长协助老师的材料准备。针对所教的学生，我采用奖励激发学生的兴趣。我觉得这是最普通的方法，也是最实用的方法，然而也是我们老师经常会忘记的方法。有时一个班只有几个同学准备了令人满意的材料，这时老师可能会很不开心，往往只想着怎样教育他们！其实，这个时候就可以好好的奖励那几个准备的好的同学，效果肯定不会比板着脸批评教育差！比如在《比较水的多少》一课中要用到几十个大小不同的塑料瓶，这完全可以让学生去准备，到自己家里找找，课堂上用的几个根本不是问题。再如《蜗牛》《蚯蚓》等小动物的研究，课中用到的这些蜗牛和蚯蚓最好也还是让学生自己去准备。在材料的寻找过程中学生对这些小动物的生活环境和生活习性会有一个全面的了解，也增长了不少相关的课外知识。既然这样就让学生自己去准备，何乐而不为呢？再如研究《磁铁的性质》《我们周围的材料》的时候，我们可以让学生去准备各种各样的材料，用丰富的材料来研究它们能不能被磁铁吸引、以及软硬、柔韧性等，材料越多对于结论的科学得出更有价值、更带有普遍性。我们的学生来自于不同的家庭，每一个家庭又有不同的背景，所以教师在让学生准备某些材料时，可以充分利用学生的家庭资源。如在讲动物的一生的时候，我就让一些来自于农村的学生去准备，农村的孩子家里养蚕的比较多，又有桑树的优势，我就让学生带一些来供同学们观察。再如五年级第一学期“运动与力”单元中要讲《我们的小缆车》一课，课中要用到许多垫圈或螺帽，利用垫圈或螺帽的重力来牵引小车，从中发现垫圈或螺帽越多小车行驶的速度就越快的结论。可是实验室里根本就没有这样的材料。当我了解到任教的班级中有几个学生家里就开螺丝厂的，就和这些学生的家长取得联系，让孩子带一些来供我们课堂上研究使用。这位家长听说老师上课要用到小垫圈，就主动教孩子带了一些垫圈送给学校实验室。兵马未动，