【摘要】本文针对小学科学实验教学中实验器材不能满足实际教学需求的问题，以“热在金属中的传递”教学为例，从创设问题情境启动猜测、经历探究实践发现新的探究问题、借助新技术创新实验装置、知识迁移应用等方面探讨基于实验器材改进与创新的小学科学实验教学策略。
【关键词】小学科学 实验器材 改进与创新 实验教学 热在金属中的传递
【中图分类号】G62 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2023）10-0076-03
小学科学是一门以实验和活动为基础的综合性学科，以培养学生科学素质为宗旨。实验教学是小学科学教学的重要组成部分，也是落实学生科学核心素养培养要求、提高学生科学探究能力的重要内容。教师要主动利用科学实验这一有效载体，全面提高学生的动手操作能力和创新能力，进而促进学生科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面核心素养的发展。新课程改革后，小学科学教材中所安排的实验内容和要求发生了很大的变化。教师们在教学中发现，原先标配的实验器材受多种因素制约，时常不能满足实际教学需求，从而影响了科学实验教学的有效开展。部分小学科学教师缺少专业的培训和学习，对课标理念领悟不高、对课程内容理解不一，导致科学实验教学效率低下。《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《2022年版科学课标》）要求教师根据教学具体情况选择合适的实验器材，满足学生的实验需求，培养学生的实验操作能力和创新能力。然而，合适的实验教学器材并不是随时配好、随时供应的，需要教师基于实验教学过程中实际出现的问题，对实验器材进行改进、创新。2019年11月，教育部发布的《关于加强和改进中小学实验教学的意见》提出，鼓励各地各校积极开展教学仪器设备适用性评价和研究，开展优秀自制器材评选，鼓励教师自制实验器材。该意见对教师开展实验教学提出了较高的要求，要求教师除了具备扎实的专业知识，还须具备创新意识、创新精神和创新能力。也就是说，小学科学教师只有具备对实验器材进行改进、创新的能力，才能切实改进实验教学现状，促进学生科学核心素养的发展。下面，笔者以教科版科学五年级下册第四单元第4课“热在金属中的传递”教学为例，探讨基于实验器材改进与创新的小学科学实验教学策略。
“热在金属中的传递”一课实验的教学目标是，通过引导学生设计单一变量的实验方案并展开相关实验，在观察和探究实验的过程中感悟热在金属中的传递过程和方向，通過综合观察和分析实验结果，总结出热传递过程中的共同特点。基于此，教材实验设计是在金属条和金属片表面涂上蜡或感温油墨并固定在支架上，然后给金属的某一固定位置加热来观察蜡或感温油墨的变化，据此推测热在金属中是怎样传递的。教师按照教材设计的实验方案引导学生进行实验探究，大部分学生都能清楚且直观地看到蜡或感温油墨受热后会慢慢地往一定方向变化，学生根据这样的实验结果能初步推测热传递的方向。然而，由表象总结出来的科学概念，学生对其理解比较抽象，实验缺乏准确的数据支撑，导致学生不能深刻理解热传递的过程，从而影响了学生在实验探究过程中对相关科学概念的获得，且影响学生科学思维的发展和严谨科学态度的形成。为了让学生更科学地观察热在金属中的传递过程，使实验过程更规范、效果更明显、结果更精准，也为了让不同层次的学生科学素养都能得到发展，笔者认为，教师可以借助新技术对实验方法或实验器材进行改进，并将其运用于实验教学的过程当中，切实提高科学实验探究效果。
一、创设问题情境，启动探究猜测
创设问题情境指的是在教学过程中，通过创设符合学生认知水平或学生熟悉的生活化问题场景吸引学生注意力，激发学生的好奇心和求知欲，使学生产生学习兴趣。在教师引导下，学生基于问题大胆猜测，主动参与到交流互动过程中，最终通过自主、合作、探究的学习方法获得问题的正确答案。
在“热在金属中的传递”课堂教学中，教师先用微视频方式呈现了一个厨房烧菜的生活化场景，成功吸引了学生的注意力，激发了学生的学习兴趣。接着，教师用多媒体动画方式，再现了生活中金属勺浸在热汤中勺柄逐渐发热的现象，引出了本课问题。由熟悉的生活场景引出的问题能有效吸引学生，激发了学生强烈的好奇心和求知欲，学生敢于大胆猜测。
师：热在金属勺中是怎样传递的？
生1：热从金属勺浸在汤里的部位逐渐传递到勺柄。
生2：热从热汤传递到金属勺，再从金属勺热的一端传递到勺柄。
师：请根据你的猜测，把热传递的方向用箭头画出来。
学生在教师的引导下画出了热在金属中传递的方向。但是，这个猜测是否正确呢？学生兴致高涨，迫不及待想要找出问题的答案。教师顺势进入实验教学准备环节，将学生分成几个实验探究小组，各小组学生结合课本内容展开交流讨论，制订探究热在金属中传递的实验方案，合作学习能力从中得到了培养。
二、经历探究实践，初步形成科学概念，发现新的探究问题
探究实践主要指在了解和探索自然、获得科学知识、解决科学问题以及技术与工程实践过程中，形成的科学探究能力、技术与工程实践能力和自主学习能力。探究实践是小学科学实验教学非常重要的环节，而实验器材是确保探究实践有效性的基础和保障。学生在探究实践过程中，依据实验方案操作实验器材，运用实验器材进行科学探究活动，在活动中体验遇到困难时的困惑和解决问题的喜悦，形成科学观念，发展科学思维，同时培养问题意识、质疑能力和创新精神。
具体教学中，教师可让学生实验探究小组依照设计好的实验方案进行“热在金属条中传递”的实验探究：在一根金属条表面均匀地涂上感温油墨（遇高温会改变颜色），将金属条固定在铁架台上，然后用酒精灯加热金属条的中间位置，观察金属条上感温油墨的变化。通过该实验，大部分实验探究小组都能观察到感温油墨的颜色从金属条的中间位置受热部分开始变化，然后向两端逐渐变化，进而得出热会从物体的一部分（温度较高的一端）向另一部分（温度较低的一端）传递的实验结论。感温油墨颜色的变化说明了温度的变化是有先后的，也间接说明了热的传递方向。教师顺势提出新的探究问题。
师：热传递是在一条直线沿着一个方向传递的吗？你们还有怎样的猜测？
生1：热还可能向四周传递，比如加热汤锅底部的时候。
生2：热还可能从一个物体传递到另一个物体，比如热从酒精灯灯芯传递到金屬条。
师：实验探究中，你们有什么发现或困惑？
生3：感温油墨颜色的变化与热传递的方向之间的关系不好理解。
生4：若能把金属条的温度变化测量出来，更能直接说明热的传递方向。
师：你们有什么好办法吗？
生5：用温度计测量金属不同部位的温度。
生6：将金属条改为金属圆片。
……
通过以上实验探究，学生初步形成了科学概念，但教师根据学生实验后反馈的情况发现，由表象总结出来的概念，学生并不能深刻理解，思维卡点依然存在，还需要进一步探索解决。
三、借助新技术创新实验装置，突破教学重难点
《2022年版科学课标》强调，实验装置的设计，应着眼于帮助教师向学生清楚演示抽象、难懂的科学概念，提供课堂集体观察和演示实验的材料。因此，教师需要在科学探究教学活动中创新实验装置，将科学概念化繁为简、化抽象为具象、化隐为显，为学生认识科学核心概念搭建“脚手架”，从而提高实验教学的效率。此外，若能以新技术助推科学实验探究，使实验数据更科学、精准，不仅能更好地突破教学重难点，还能增进实验探究的深度。
针对“热在金属条中传递”探究实验中学生的发现或困惑，教师应抓住契机与学生进行思维碰撞，引导学生思考：如何创新实验才能得到精准的数据，使探究实验更严谨、科学呢？通过这一问题引领学生开启科学“头脑风暴”，展开激烈的实验改进与创新探讨活动，各实验小组交流讨论、集思广益，得出了如下页图1所示的新点子。
实验装置的改进与创新不是随意和盲目的，而是从现实问题出发，基于问题而进行的改进与创新。在改进与创新实验装置的过程中，教师鼓励学生大胆说出自己的看法和意见，使用多种方法、思路和材料展开科学探究，感受创新的乐趣。教师对学生的创新点子进行分析及评价，进而整理出能解决问题且简单易操作的实验装置，制作了如图2所示的“热传导变色探温器”，用以更加直观、科学、准确地展现热在金属中传递的方向：将金属圆片固定在铁架上，在金属圆片的表面涂上感温油墨，用酒精灯在金属圆片的中心位置D点加热，通过油墨颜色的改变过程来观察热传递的方向，同时用探针式温度计测量金属圆片边缘不同位置A点、B点、C点的温度变化，观察屏幕上显示的温度数据变化情况。实验装置中的探针式温度计会自动记录和生成温度变化数据，并上传到手机或电脑供学生进行精准分析。
在实验操作过程中，学生需要多次测量热源在D点时，探针式温度计分别测得的金属圆片边缘不同位置A点、B点、C点的温度随时间变化的情况，实际测量的监控曲线如图3所示。学生分析多组测量数据发现，热源位置在D点时，同样的3分钟时间内，探针式温度计测得探温点A、B、C三点的温度都是逐渐升温，B点的温度升高的时间较短，A、C两点的温度升高的时间较长且监控曲线变化大致相同。学生根据温度数据分析，通过深入交流、讨论和思考，认识到热传递是从一个热源中心向四周各个方向逐渐扩散的过程，并总结出热传递过程中的共同特点：热会从温度较高的物体（或物体的一部分）传递到温度较低的物体（或物体的另一部分），从而深刻理解了“热量可以在物体内和物体间传递”的概念。
以新技术助推科学实验探究，可以让学生更直观、科学、准确地感知热在金属中传递的方向，从而拓宽了学生的探索思路，培养了学生的动手实践能力，使学生形成了对热传递的变化和相关关系的新认识，从而有效突破了教学重难点。
四、融入生活实践，促进知识迁移运用
科学来源于生活，又服务于生活。小学科学课程与现实生活是紧密联系的，教师要激发学生在生活中探究科学知识的兴趣，引导学生学会利用简单的生活素材制作科学探究工具，并在生活中探究实践，锻炼动手操作能力，培养科学创新能力，树立爱科学、学科学、用科学的科学态度。
在“热在金属中的传递”的拓展部分，课本用一幅形象的手绘图，拓展了学生对热传递方式的认识：图片上，炉子内因燃烧产生的热量通过热传导至茶壶，通过热辐射至男孩，通过热对流至猫，充分诠释了热的三种传递方式。将课堂知识延伸到课后，教师要鼓励学生带着科学知识走出课堂，课后通过收集资料、网络学习等方式，认识并熟悉生活中的热传递方式。为此，教师可布置这样的课外探究任务：寻找生活中热传递的实例，写成观察日记；
结合本课科学探究经验，利用身边简单的生活素材制作科学探究工具，把科学探究方法及科学创新精神融入其中。
便捷、高效、符合实际教学的实验器材是学生顺利完成科学实验探究的基本保证。小学科学课程借助实验教学，培养学生的动手操作能力和创新能力，发展学生的科学核心素养。科学教师应该顺应新课程改革要求，积极参与科学实验器材的改进与创新，积极创设符合学生全面发展以及兴趣爱好的科学实验，创新课堂实验教学模式，带领学生参与高效的科学探究活动，进一步提高小学科学实验教学的质量。
参考文献
［1］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.
［2］陈小军.小学科学实验教学中的问题及思考［J］.小学科学（教师版），2011（11）：133.
［3］苏文建.自制教具在小学科学探究式学习中的应用［J］.实验教学与仪器，2021，38（2）：63-65.
［4］王雪婷.小学科学实验教学改进策略［J］.厦门广播电视大学学报，2016，19（1）：93-96.
注：本文系南宁市教育科学“十四五”规划2021年度B类（自筹经费重点）课题“小学科学实验器材改进与创新的实践研究”（2021B068）的阶段研究成果。
作者简介：黄素飞（1986— ），广西马山人，一级教师，研究方向为小学科学教学。
（责编 韦榕峰）
猜你喜欢小学科学实验教学关于基础教育阶段实验教学的几点看法科学与社会(2022年1期)2022-04-19小议初中化学演示实验教学甘肃教育(2020年4期)2020-09-11电容器的实验教学物理之友(2020年12期)2020-07-16对初中化学实验教学的认识和体会甘肃教育(2020年8期)2020-06-11几何体在高中数学实验教学中的应用中国教育技术装备(2016年11期)2016-12-01以“问”发展小学生科学学习能力启迪与智慧·教育版(2016年9期)2016-11-26基于MOOC的小学科学教学模式的探究电脑知识与技术(2016年24期)2016-11-14加强小学科学实验教学提升学生动手实践能力文理导航(2016年30期)2016-11-12谈谈多媒体在小学科学教学中的应用考试周刊(2016年86期)2016-11-11简谈多媒体在小学科学教学中的运用考试周刊(2016年86期)2016-11-11本文来源：http://www.triumph-cn.com/fanwendaquan/gongwenfanwen/2023/0910/104775.html