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小學(xué)科學(xué)課論文：剖析實驗環(huán)節(jié)，改進(jìn)實驗方法
剖析實驗環(huán)節(jié)，改進(jìn)實驗方法作者/王林松
摘 要：科學(xué)實驗是教學(xué)活動的一部分，因此教師需要遵從教學(xué)的基本原則，除此之外還應(yīng)遵循科學(xué)性原則、顯效性原則、簡明性原則、安全性原則等。教材因受材料和環(huán)境的影響，它在實驗設(shè)計中也存在一定的局限性和不合理性。分析教材，運用不同的實驗方法，需要對實驗進(jìn)行改進(jìn)，幫助學(xué)生更有效地完成科學(xué)探究。
關(guān)鍵詞：實驗；環(huán)節(jié)；方法
科學(xué)實驗方法主要是按照實驗?zāi)康模脙x器和設(shè)備，人為地控制研究的對象，排除干擾，突出主要因素，突出科學(xué)實驗的現(xiàn)象、過程及其特征，研究科學(xué)問題所采用的一種科學(xué)方法。常見的方法可分為：實驗歸納法、驗證法、控制變量法、理想實驗法、比較法、平衡法、轉(zhuǎn)化法、放大法、模擬法、解剖法等。在小學(xué)科學(xué)課程中不同程度地運用了相關(guān)的實驗方法，教材的設(shè)計者也良苦用心地安排了一些實驗設(shè)計和操作的插圖為的是讓教師和學(xué)生都有一個參照的方向。但現(xiàn)實是有些實驗缺乏科學(xué)性、顯效性和安全性。我們需要巧妙地運用實驗方法，改進(jìn)實驗的環(huán)節(jié)和材料，幫助學(xué)生更有效地完成實驗探究。
一、5年級下冊《熱》單元為例——運用比較法增加實驗的顯效性和準(zhǔn)確性
1.第4課《空氣的熱脹冷縮》中，觀察空氣是否具有熱脹冷縮的現(xiàn)象
本課科學(xué)概念：物體由冷變熱或由熱變冷的過程中會發(fā)生體積的變化，這可以通過我們的感官感覺到或通過一定的裝置和實驗被觀察到。
如果瓶內(nèi)的空氣體積膨脹，瓶內(nèi)的空氣就會往外擠。只要想辦法觀察到瓶內(nèi)的空氣在往外跑，我們就知道瓶內(nèi)的空氣在膨脹（課文中的內(nèi)容）。分析課文得知，氣球的脹與癟能反映出空氣的熱脹冷縮，而導(dǎo)致氣球脹與癟的是溫度的不同。因此，不管是教師的演示實驗還是學(xué)生的分組實驗都需要準(zhǔn)備熱水、常溫下的水、冰水，復(fù)雜異常。
缺點：按課文的實驗設(shè)計，錐形瓶的瓶口大，受熱時間較長，氣球膨脹不明顯。不同溫度下的三種水，同時還要保證氣球與錐形燒瓶接口的密封性，實驗效果不明顯，對學(xué)生的感官刺激不夠強(qiáng)烈，印象不深。
改進(jìn)：在前一課觀察水的熱脹冷縮體積變化時，我們采用的裝置是在燒瓶中插一根細(xì)管子，那么在觀察空氣的熱脹冷縮體積變化及研究它的特點時，我們也可以采用這一裝置，不同的是觀察水的熱脹冷縮體積變化時，燒瓶里面裝的是水，而觀察空氣的熱脹冷縮時，(www.gymyzhishaji.com)燒瓶里面裝的是空氣，套在細(xì)管上的氣球是為了借其體積變化使我們能更清楚地看到空氣的體積變化，這樣變量只有一個——裝在燒瓶里的物質(zhì)不一樣（一是水，一是空氣），而且也便于啟發(fā)、遷移，操作步驟也基本類似，簡單高效。
2.第6課《熱是怎樣傳遞的》有兩個活動：熱在金屬條中的傳遞；熱在金屬片中的傳遞。通過實驗讓學(xué)生感知熱是怎樣傳遞的，明白熱總是從較熱的一端傳向較冷的一端。
本課科學(xué)概念：熱是一種能量的形式，熱能夠從物體溫度較高的一端向溫度較低的一端傳遞，從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞，直到兩者溫度相同。
課文中的實驗要求在一段鐵絲上每隔一定距離用蠟粘上一根火柴，將鐵絲固定在鐵架臺上，火柴都向下懸掛，用酒精燈給鐵絲的一段加熱。觀察哪端的火柴先掉下來？課文的要求是用蠟粘，課前我讓學(xué)生進(jìn)行嘗試，學(xué)生花了不少的時間，可一上課學(xué)生向我抱怨的卻很多都說粘不牢，成功的寥寥無幾，上來展示時顫顫抖抖的又掉落了幾根。那么簡單的實驗為什么會不成功呢？問題究竟出在什么地方？
缺點：通過自己親身實驗終于明白了是怎么回事。雖然日常生活中我們都知道蠟燭燃燒時流下的蠟會在桌上凝固。由于蠟先要熔化成液體，然后滴在鐵絲上，再往上粘火柴。但蠟的凝固時間快（指冬天，夏天正好相反），且熔化后粘性不大，所以很難粘上去，因此成功的不多。
改進(jìn)：在這個探究活動中，我們對實驗裝置進(jìn)行了大膽改進(jìn)，用套蠟環(huán)的方法代替粘火柴棒，解決了實驗原型中粘火柴棒很不方便，并且容易掉，影響實驗效果的問題。
二、3年級上冊《空氣有重量嗎？》為例——運用控制變量法增強(qiáng)觀察科學(xué)性
本課科學(xué)概念：空氣有一定的重量，但是重量很輕。
需要學(xué)生探究空氣是否有重量，書本實驗裝置是一個簡易杠桿，意圖是采用平衡法來進(jìn)行觀察實驗。借用筆帽和未充氣的氣球平衡到后來的充氣球一端的向下傾斜來證明空氣有重量。缺點：科學(xué)性不強(qiáng)，可操作性難。氣球體積小，即使充滿空氣，效果不明顯。一是我們在進(jìn)行比較的時候改變了兩個量，除了本身重量增加外，氣球本身受到了浮力的作用，在懸掛比較時，嚴(yán)重干擾了實驗的準(zhǔn)確性。二是提繩的懸掛難，調(diào)細(xì)木棍的平衡難，細(xì)木棍在這里可能會充當(dāng)不等臂杠桿的角色，這也會使后面的實驗結(jié)論出現(xiàn)不科學(xué)性。三是氣球結(jié)扎難的問題，要將充好氣的氣球掛上去對小學(xué)生來說難度大。氣球如果是由學(xué)生吹氣完成，里面含有大量水分，實驗結(jié)果的真實性不高。
改進(jìn)：運用控制變量法，通過籃球充滿空氣和未充氣前后重量對比：充氣籃球內(nèi)的空氣受到了壓縮，單位體積重量相應(yīng)增加，稱出重量。再將籃球內(nèi)的空氣放掉，再稱出籃球重量，通過對比和計算，取兩者的差值，學(xué)生清晰觀察到空氣有重量，而且很輕。
三、4年級上冊《聲音的變化》為例——運用轉(zhuǎn)換法降低觀察難度
本課科學(xué)概念：音量是由物體振動的幅度決定的，振動幅度越大，聲音就越強(qiáng)；振動幅度越小，聲音就越弱。音高是由物體振動的頻率決定的，振動的頻率越快，聲音就越高；振動的頻率越慢，聲音就越低。
關(guān)于音量的大小、振幅的大小、頻率的快慢等概念，學(xué)生的理解是比較困難的，主要原因是難以觀察，課本通過觀察尺子發(fā)出聲音，來認(rèn)識音量大小與振幅的關(guān)系，再通過觀察4個杯子中裝有不同高度的水，辨別哪個音高，哪個音低。
缺點：學(xué)生感官靈敏度差異性很大，容易形成分歧，如，讓學(xué)生看振幅的大小，光用眼睛看，學(xué)生是看不清的，原因是時間短、變化快，而且尺子的質(zhì)地也各不相同。用耳朵聽音高同樣是有偏差的，而且4個杯子的材料本身也會出現(xiàn)差異，學(xué)生每一次敲打的力度和著力點也很難控制。音高要同頻率快慢聯(lián)系起來更是困難，學(xué)生用感官根本觀察不到頻率有多快。
改進(jìn)：運用電腦中的頻率測試軟件，將物體發(fā)出聲音的高低，以及音量的大小、振幅的大小用波形和數(shù)值的方式顯示出來。只需要用麥克風(fēng)對準(zhǔn)發(fā)生物體，音量的大小和分貝數(shù)值一目了然。振幅可以通過觀察波形的高低、頻率的快慢以及比較數(shù)值來觀察。通過顯性的數(shù)字式界面幫助學(xué)生建構(gòu)“聲音”中各個要素的概念。測試杯子發(fā)出的音高不同也可用此辦法，需要改動的是只用一只杯子和不同量的水，且杯子要上下口不能有粗細(xì)差異，盡量選擇質(zhì)量好的杯子作為實驗材料。水的高度可以分0高度、1/4杯子高度、1/2杯子高度、3/4杯子高度、滿杯，敲打時采用塑料錘小角度撞擊的方式，因為塑料錘重量和釋放的角度均可控，這樣觀察盡可能減少多變量的影響，實驗科學(xué)性相應(yīng)增強(qiáng)。
實驗操作的方法多種多樣，需要因課制宜地選擇合理的方法，改進(jìn)實驗的設(shè)計環(huán)節(jié)和材料，這樣能夠保證實驗數(shù)據(jù)的真實性、有效性，使我們的探究不至于停留在形式上，讓每個學(xué)生都能夠享受到科學(xué)探究帶來的樂趣。
參考文獻(xiàn)：
蔡鐵權(quán)，臧文彧，姜旭英.科學(xué)實驗教學(xué)與研究.華東師范大學(xué)出版社，2008-09.
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