拓展實驗科學素養培養范文

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摘要：小學科學是培養學生科學素養的基礎性課程，具有實踐性和綜合性的特點。在學習科學的過程中，學生最感興趣的是做各種各樣的科學實驗。然而，受諸多因素的制約，部分實驗不能很好地解釋生活現象，體現學習成果。為此，教師可在學生學習過程中加入拓展實驗，以彌補部分實驗的不足。在拓展實驗中，教師可引入STEM項目理念，讓學生不僅做實驗，還設計實驗，將科學和其他學科進行有效整合。另外，還可引導學生關注社會現實，利用拓展實驗解決身邊的一些問題。

關鍵詞：小學科學；拓展實驗；STEM理念；科學素養

小學科學教材是增長學生科學知識、啟迪學生科學思維、培養學生科學情感的啟蒙讀物，是帶領學生進入科學殿堂的金鑰匙。在教材中，最能吸引學生的莫過于科學實驗，它能引導學生通過觀察、比較、操作、論證諸環節認識客觀事物，揭示事物的本質。學生在實驗的過程中，可把書本中的一個個例子、心中的一個個疑惑都化為奇妙的科學現象。與此同時，有趣的科學現象又會促使學生去敲擊科學殿堂的大門，探究科學的奧秘。在教學中筆者發現，教材里許多實驗在解釋科學現象時難以達到最佳效果。為滿足學生的需求，有必要補充一些拓展實驗來完善教學，以達到預期的效果。

1科學課程呼喚拓展實驗

教材是相對穩定的，但學生、教師和教學的需要卻是不斷變化的。于是，他們之間會產生矛盾，這些矛盾主要表現在以下幾方面。

1.1教材穩定與理念變革的矛盾呼喚拓展實驗的出現

教材是依據課程標準編寫的、反映學科內容的教學用書，是課程標準的具體化，是教學內容的載體，因此它是一個完整而有序的系統。教材從編寫到出版實施，耗費的人力、物力、精力是不可計數的，哪怕一個小小的改動也會產生牽一發而動全身的效果。這就決定了教材必須保持長時間的穩定性，小學科學教材亦是如此。然而，在科學課程學習過程中，教學理念是不斷發生改變的。近年來，科學學習就從教知識，發展到培養學生動手能力，再到培養學生自主探究能力，再到鼓勵學生科技創新，現在發展到做STEM項目。教學理念的變化適應了社會發展的需要，也是學生身心健康成長的需要。然而，教師在教學中發現，教材已跟不上教學理念的變革，它的穩定性越來越阻礙著理念的發展。如果能在小范圍內適當改變實驗方法、實驗內容，就能達到與時俱進的效果，這就要求教師有必要開展拓展實驗。

1.2學習內容與學習效果的矛盾推動拓展實驗的開展

在編排教材時，許多內容具有前瞻性和社會性，是與社會現實相符的。但是，隨著社會的發展，一些內容已不再出現在現實中，成了過時的東西，如脈沖電話、膠卷相機等。在小學科學教學中，亦是如此。例如，教材中要求用彈簧秤來測物體重力，而實際上完全可以用電子測力計，既準確又易讀數。又如，教材要求用溫度計測量水溫連續的變化，可學生即使手持溫度計很長時間，也不一定準確測量出數據。實際上，可直接用溫度遙感裝置，不但能測，還能及時準確記錄，更能夠測高溫物體。還有，以前家用水表是轉盤式讀數，現在是數字式的。這樣的例子很多，我們不禁要問：學生還有必要學習那些以后很難用上的東西嗎？很顯然，如果科學沒有前瞻性，那么學習的必要性和意義就會大大降低。另外，還有一些操作性不強的內容，不能引起學生興趣的內容，都不能獲得好的學習效果。這些現實情況說明，的確有必要采用拓展實驗解決這些問題。筆者近幾年整理了教材內容，積累了一定的教學經驗，又開設了學生課外科技班，發現拓展實驗可以讓學生取得良好的學習效果。下面，筆者就從課堂教學、深化理念、人文關懷等方面談談如何開設拓展實驗。

2拓展性實驗的拓展方向

在教學中筆者發現，多方面、多層次地開展拓展實驗，對于提高學生科學素養是很有幫助的。

2.1在課堂教學活動方面進行拓展

學習效果是教學的第一要義，每位教師都應追求高效課堂和良好的學習效果。拓展性實驗能在科學課堂教學中起到以下作用。（1）完善實驗，使效果更明顯。小學科學教材由于受到諸多限制，一般篇幅都不會長，教材中給出實驗的科學原理需要學生從實驗中得出。學生往往因為見識少、觀察不到位，造成不能全面認識事物的科學原理，因而獲得的結論較為模糊。因此，教師要從教學經驗和學生需要出發，對教材實驗進行處理，即把現象不明顯、效果差、操作不易的實驗進行加工，如更換材料、改變操作方式等，以優化課堂實驗，從而讓概念更清晰，結論更明確，學生學得更加輕松。例如，在學習三年級“磁鐵”單元中“磁極的相互作用”一課時，教材給出的實驗方法是讓兩個磁極相互靠近，填寫受力情況，多次轉換磁極，得出同種磁極相互排斥、異種磁極相互吸引的結論。但是，實驗室提供的一般磁鐵并不能很好地讓學生感受到這種關系，因為磁鐵磁力容易消失，或者可能是磁鐵太重，排斥力不強，造成效果不明顯。針對這種情況，筆者在實驗中設計了“磁力車”來解決這個問題，即把磁鐵黏在小車上，就能增加靈活度（圖1）。在實驗時，學生可用磁力把小車推過去或拉過來，操作性大大增強，學習效果頗佳。（2）替換實驗，使結果更準確。對于那些操作時容易出現偏差、失誤和偶然性較多的實驗，教師可以設計優化的拓展性實驗加以替換，以使過程可控、結果準確。例如，在學習五年級“運動和力”單元中“像火箭那樣驅動小車”一課時，課文給出的實驗是用氣球帶動小車前進，觀察并記錄反沖力。該實驗存在以下問題：金屬小車重，氣球帶動它跑不遠；氣球口在放氣時容易抖動，帶動小車容易跑偏，不方便測量；氣球只能吹得很大，太小的話帶動不了小車，不利于檢測反沖力的大小。為了改變這些不利的情況，筆者在此基礎上進行實驗拓展，設計出沿直線運動的氣球———氣球火箭（圖2）。找一條長繩，套上吸管，而吸管又黏在一塊泡沫板上，板的另一邊固定著氣球。這時給氣球充氣，松手后，氣球就會沿著繩子往前運動。因為有繩子作為軌道，所以氣球是不會跑偏的。在實驗時，還可以用打氣筒控制氣球充氣量，然后測出氣球在繩子上的滑動距離，以此來測量反沖力的大小。此拓展實驗非常成功，把目測距離變為精確量化的數據，符合科學學習的嚴謹性，提高了學生學習的層次。（3）創新實驗，使過程更精彩。興趣是最好的老師，是學生學習的內驅力。同一個科學原理可以用不同的實驗方式呈現出來，而用多個實驗去研究同一種科學原理，相信每位學生都很有興趣。在平時教學過程中，我們針對同一科學原理可以設計出幾種實驗方法，把最適合課堂學習的方法放入課堂中，而把有趣的方法放在課外作為補充，以豐富學生的經歷，增加他們的興趣。仍以“像火箭那樣驅動小車”一課為例，教材中給出的實驗是金屬小車，課堂替換實驗可以是氣球火箭。但筆者感覺學生并沒有過癮，說好的像火箭那樣，火箭哪里去了呢？為此，筆者又開創出新的拓展實驗———酒精火箭。需要準備的材料：一根1m長的水管，一個瓶蓋上有一個直徑為6mm小孔的礦泉水瓶，高倍酒精和點火槍等。操作方法：把水管平放在架子上，向瓶中倒入5mL高倍酒精，振蕩后放入水管中。在瓶口點火，瓶內酒精氣體迅速燃燒膨脹，氣體涌向瓶口，在反沖力作用下，瓶子就像火箭一樣發出巨響，噴出火焰，水管向前飛去。在學生心理預期中，這才是他們想要的實驗效果。聲音和火焰以及飛行的距離都符合學生心中的火箭標準，非常震撼，大家都爭著試一試。在課堂學習中，這個實驗可能沒有氣球火箭那么好的學習效果，但在增加興趣、培養學生對科學實驗的期待方面是非常有效的。

2.2在深化理念方面進行拓展

科學來源于生活，又反饋于生活，現實生活中的每一項工程都需要科學技術的支持，同時也需要其他學科知識的融合。因此，科學的學習不僅僅是文本的學習，更應引入STEM理念，把數學、技術、工程的內容與科學相結合，深化學習科學的理念，感受科學、技術、工程之間的緊密聯系［1］。教師應根據學生的年齡特征和需要，創造性地開展實驗活動。針對2～3年級學生愛玩、愛吹泡泡的特點，筆者創設了新的拓展實驗———吹泡泡。筆者只提供可以調制泡泡液的糖、洗潔精、水等材料。要想調出能吹出泡泡的液體，每種材料的用量，并不做要求，而是讓學生自己去嘗試找出最佳方案。筆者有意識地控制材料的量，則學生在調制過程中就須注意不能浪費，否則就沒有可用的材料了，這在無形中形成了成本的概念。也正因為控制了材料的量，學生在實驗中就須準確測量，從而用到了數學的概念。在教學中引入STEM理念，不僅提高了學生實驗的難度，也增加了學生對實驗的投入程度和關注程度，增加了他們的學習成就感。

2.3在社會需求方面進行拓展

科學是為人類服務的，我們在進行拓展實驗時不能把它孤立起來，而應積極尋找時機，把所學知識服務于社會，有意識地引導學生用拓展實驗來解決社會現實問題［2］。筆者所在學校建筑呈“回”字形結構，聲音可多次回聲，難以擴散，從而產生較大噪音。為此，筆者設計了一個噪音檢測拓展實驗,帶領學生檢測校園、小區、市場、商店等不同場所的噪音情況，積極提出整改方案，嘗試制作減噪模型。學生的行動得到了環保局的高度贊揚，并開設講座，指導學生如何測量噪音，鼓勵他們再接再厲，爭取把這個實驗做得更好。這樣的拓展實驗很有意義，學生從小就懂得科學技術是人類文明進步的重要標志，從而樹立起學科學、愛科學、用科學為人類服務的目標［3］。

3拓展實驗對學生產生的影響

3.1拓寬了學生的知識面

接觸拓展實驗最多的是參加科技班的學生。兩年來，為了培養學生愛生活、愛科學的情感，筆者在青少年宮開設了不同年齡段的科技班，主要是引導學生進行科技制作和拓展性實驗的操作。學生經過1～2個學期的學習，學到了許多課本中沒有的實驗知識。例如，在一張紙托住一杯水、神奇的吸盤、杯子吸氣球等系列拓展實驗的學習中，學生認識到大氣壓力無處不在；在吹不翻的名片、人造霧、站在黃線外等火車”等系列拓展實驗中，又進一步認識了伯努力定理。實驗做多了，見識就廣了，看到一些自然、生活現象，馬上就能用科學原理解釋它，而不會被假像所迷惑，這讓科技班的學生感到很驕傲。

3.2提高了學生的操作能力

動手能力不是說出來的，而是練出來的。在課堂上，受時間和器材的限制，一次實驗只能由小組里1～2個學生參與操作，而其他學生只能當看客。長此以往，這些看實驗的學生得不到有效鍛煉，體驗不到實驗操作的快樂，其操作能力也會越來越差。筆者假設，不受時間和地點的限制，那情況會不會改變呢？答案是，拓展實驗可以不受教學計劃的限制，做一次不過癮還可以多做幾次。此外，拓展實驗的取材相對生活化，師生較容易就能找到實驗材料。這樣一來，實驗地點也變自由了，學生可以在學校做，也可以在家里做。例如，做一支“吹不滅的蠟燭”，即在蠟燭里加入鎂粉，點燃含有鎂粉的蠟燭，吹滅后它會自動復燃。學生在這個實驗中學會了做蠟燭、點火柴，玩了一次又一次，根本不用考慮時間、地點的因素。又如，“電子積木”實驗的投放，更是讓學生對各種電路的連接方式了如指掌。在拓展實驗中，每一位想做實驗的學生都能獲得充分的操作機會，經過一次又一次的訓練，其動手操作能力自然就提高了。

3.3培養了學生愛科學的情感

拓展實驗比書本實驗更有趣，這是大多數學生的印象。是的，大多數教師應該努力找出更有趣、更易被學生接受的實驗作為拓展實驗。這樣一來，學生每次做實驗都是快樂的，會越來越喜歡拓展實驗，越來越愛科學。學生越熱愛科學，學到的科學知識就越多，就會越投入，從而形成良性循環。兩年來，筆者已設計了200多個拓展實驗，對應著小學各個年級的科學內容，在教學和課外活動中發揮了重要的作用。

參考文獻

［1］瑪格麗特•赫尼，大衛•E•坎特.培養下一代STEM創新者［M］.趙中建，張悅穎，譯.上海：上海科技教育出版社，2016.

［2］馮凌.促進融合的學習［M］.南京：江蘇鳳凰教育出版社，2016.

［3］喻伯軍.創意科學實驗［M］.杭州：浙江教育出版社，2016.

作者：胡昌成 單位：常山縣天馬二小