实验探究：小学科学教学的重要过程

有句俗语说，“学好数理化，走遍天下都不怕”，其中的“理、化”就是物理及化学，这两门学科加生物学就形成了一个系统的知识体系，能够解释生活中常见的现象、科学道理、形态变化、生物规律等。小学阶段的科学学科，则是这三门课程的基础知识的融合，其中涉及简单的实验、变化的研究、现象的解释。随着核心素养体系的不断完善，在小学科学学科教学中，教师要更注重培养学生的探究意识、实验能力、动手创作能力等。本文以苏教版小学科学三年级上册“认识空气”单元中的前两节为例，阐述实验探究在小学科学教学中的重要性及价值。小学生认知事物的范围有限，因此在很多现象的原理认知上还存在未知或者能力不足。但是，小学生具有思维活跃、想象力强、实验动手兴趣浓等优势，因此，教师通过直观的现象去引导学生思考，通过实验去探究是非常有效的教学方式。通过科学探究，学生可以积极主动地观察、思考、提出问题，并通过实验和实际操作验证和解答问题。这种探究性学习方式可以激发学生的兴趣，培养他们的创造性思维、问题解决能力和实验设计能力。另外，科学探究和实验还可以培养学生的观察能力、实验技巧、数据分析和推理能力。通过亲身参与实验，学生能够更加深入地理解科学原理和概念，从而提升自身的实践能力和科学思维方式。同时，科学探究和实验可以培养学生的团队合作精神和沟通交流能力。在“认识空气”这一单元中，我们知道空气是无色无味的气体，那我们怎么发现它的存在呢？我们平常呼吸的都是空气，空气占据空间吗？如果占据空间为什么我们看不见、摸不着？那么空气是有重量的吗？怎么去称重呢？面对本单元教学重点内容，学生无从可知，只有通过日常仅有的经验去描述现象，但是原理无从可知。教师针对学生天性好动、实验兴趣强、想象力丰富的特点，深度结合实验探究教学，不仅能让学生学习到相关的科学知识，还能让学生理解物质变化的原理，更能从核心素养层面培养学生的探究意识、实验能力及科学思维。一、“认识空气”单元节选内容分析1.“空气占据空间吗”本节内容的难点在于学生无法从日常的见闻中发现空气确实占据空间，只有通过实验探究才能发现。2.“空气有质量吗”本节内容的难点在于学生无法用手去触摸或者感知重量，只有通过实验探究才能发现。二、教学设计及实验方案（一）单元先导课教学设计及实验开展“认识空气”单元先导课的重点是“空气”的相关概念和性质。1.首先播放微视频——《地球上的空气》，微视频中涉及本单元的重点内容。2.教师引导学生思考微视频学习后的内容，让学生通过生活中的空气谈一谈空气是什么样的，有什么作用。3.教师组织学生尝试捂着鼻子和嘴巴，感受一下当人不能呼吸空气时是什么感觉。4.教师组织学生思考问题：（1）空气是什么样的气体？（2）空气有形状吗？（3）空气有重量吗？5.为了进一步解释学生的疑惑，教师组织小组开展下列实验。6.教师引导学生思考问题：（1）空气有形状吗？（2）空气有体积吗？7.通过实验，学生大多能够想到空气本身不具有形状，形状的决定因素是外部环境；空气应该具有一定的体积，因为瓶子垂直按压存在阻力。8.针对学生的回答和实验结果，教师做更进一步的解释，为学习“空气占据空间”和“空气有质量”埋下伏笔。（二）“空气占据空间吗”教学设计及实验开展通过先导课的认识与学习，学生对空气的理解包括：（1）空气无色、无味、无固定形状；（2）空气是生物生存必要的条件；（3）空气可能存在体积。但是学生的理解还不够透彻，针对“体积”这个词的解释也不够深入。1.以《乌鸦喝水》这个故事作为引子，引导学生思考水为什么能够溢出来。其关键就在于石头本身有大小，石头投进瓶子后，并挤压水在里面的空间，从而导致水上溢，石头的大小或者水上升的空间，就是石头的体积。2.教师引导学生回顾先导课实验，要求学生自主尝试并证明：空气是否有体积，是否占据空间？3.组织学生小组讨论，并构思实验设计方案。4.当然，小组讨论的结论不一定对，此目的是激发学生的科学探究意识和思维，没有构思出实验验证方案也没关系，重点是要有这个思考的过程。5.教师演示第一个实验：用手指堵住注射器空管的出气口，按压推棒，按压到一个位置时，推棒无法继续深推。此时提出思考问题：为什么不能继续推进这个推棒呢？同时要求学生自己完成注射器实验。6.在学生完成实验后，教师进行引导：“折射器中间这一段空间，就是空管中空气的体积。空气是一个由很多分子组成气体，分子之间存在距离，通过压缩，空气的理论最小体积就出现了。另外，空气是否占据空间呢？我们使用塑料袋和气球实验，也能够证明，气球内的空间和塑料袋的空间都充满了空气。”这个引导过程可能涉及跨度比较大的知识，教师此时就需要使用多媒体信息教学，播放相关的微视频引导教学，在实验的加持以及实验结果的推理下，使学生理解微视频的内容。7.此时设计具有较强难度性的自主实验环节，要求学生小组之间合作，自主设计实验过程并完成实验的验证。8.小组之间的团队协作增强了学生的团队意识，同时在小组中，学生不断地思维碰撞与交流，为实验设计提供了思路。当然，个别小组不能完成自主实验的设计，此时教师给予需要针对性的辅导并点拨思路。9.教师演示：用塑料泥封住瓶口，将两只吸管插入瓶中，然后在一只吸管处吹入气体，然后水从另外一只吸管中导流出来。演示完成后鼓励并肯定小组实验设计比较优秀的小组，同时点拨未完成的小组。10.教师提出思考问题：（1）为什么水可以被导流出来？（2）这其中的原理是什么？要求学生画出实验示意图。11.教师提出新的思考问题：石头有大小，占据空间，它的重量是比较重的；我们已经证明了空气是有一定体积的，能够占据空间，那么它有质量吗？（三）“空气有质量吗”教学设计及实验开展经过上述第11个问题的引导，学生对“空气具有质量吗”这个思考问题的困惑度上升了。有的学生回答道：“空气没有重量，因为如果空气有质量的话，就会落在地面上，我们就不能呼吸了，现在能呼吸，说明空气没有重量。”有的学生还回答道：“空气没有质量，因为我们摸不着，也看不到。”面对学生的疑惑，教师可以设置称重实验来开展教学。1.教师提出问题：“空气有质量吗？”2.学生讨论并交流。3.教师引导学生：“空气的质量在于一定体积内的空气压缩后的重量，很小体积的空气质量是微乎其微的。根据前面的实验，我们发现空气是可以压缩的。那么接下来的实验，我们就尝试称重压缩后的空气质量。”4.教师演示实验，并要求学生细心观察。5.教师引导学生思考问题：（1）天平的倾斜是什么样的？（2）天平倾斜说明什么样的问题？（3）假如我们在充气囊中的空气压缩的量不多又是什么样的结果呢？6.教师引导学生自主尝试“充气囊中的空气压缩的量不多”的天平实验，发现空气压缩量不够多的时候，天平的倾斜角度没有发生太大的变化。7.教师进行课堂总结：（1）空气是什么样的气体？（2）空气能否占据空间？（3）空气的体积是什么？（4）空气有质量吗？三、总结在上述的教学设计与实验方案中，其实可以发现，在小学科学学科中诸多的现象或者原理需要通过实验去验证。实验探究有助于培养学生的批判性思维和解决问题的能力。通过观察、提出问题、设计实验和分析结果的过程，学生不仅能够学习科学知识，还能够培养批判性思维和自主解决问题的能力。实验探究可以锻炼学生的观察力和实践操作技能。在实验中，学生需要仔细观察实验现象并进行实际操作，从而培养准确观察和实践操作技能。小学生的思维虽然比较活跃，但是他们无法解释超出认知的现象及原理。例如，学生说“空气虽然看不见、摸不着，但是不会有重量”。先导课中也让学生实验尝试了没有空气的感受。因此，学生有一定的思考量，这时科学实验探究显得极为关键和重要了。没有称重的环节，学生无法明白空气的质量是在一定体积空间下而言的，在日常生活中的空气，其空间是整个地球，所以没有压缩后的空气质量可以忽略不计。再如，在学习第一个关于空气体积的实验后，学生已经知晓其原理，那么该怎么应用呢？怎么举一反三呢？学生的科学核心素养培养如何实现呢？在随后的自主实验（吸管导水）设计中，实验能够促进学生思考与科学态度的养成，同时拓展学生的科学思维，强化了其实验能力。科学实验是探究现象与验证原理的重要方式。在科学学科教学中，教师就要做到以实验为主，充分认知到实验的重要性