小学科学论文：小学科学实验设计改进之探究.doc

小学科学论文小学科学实验设计改进之探究摘要：科学的主要学习方式是观察和实验，主要通过学生的亲自探究获取知识、培养兴趣和科学的态度。教学实践证明，实验设计的好坏直接关系到教学的效率与成败，好的实验设计方案有利于学生快速有效地掌握基础知识，培养学生的技能,也能提高教师的教学效率。在教学实践中我发现有些实验设计存在着不同程度上的不足，如实验设计细节缺失所引起的课堂效率偏低、实验选材不佳导致的实验可操作性不佳、实验器材利用不合理造成实验准备过于繁琐、忽视了实验器材的保护等等。所有这些问题有时只需一些小小的改进就能够达到完全不同的效果。关键词：实验设计 细节 改进 可操作性 效率小学科学是以观察和实验为基础的学科，精心设计实验，让学生通过亲身实验获得知识与技能是搞好小学科学教学的关键。耳听为虚，眼见为实，与其老师在课堂上高谈阔论，滔滔不绝，倒不如让学生自己动手去看看究竟会发生什么，但是学生亲自动手也并不意味着完全放手让学生们自己去摸索着做实验，因此科学严谨、具有实际可操作性的实验是科学教学所必须的。随着小学科学课程改革地深层推进，在科学课堂教学发生巨变的今天，一些问题也随之出现，如实验设计细节缺失所引起的课堂效率偏低，实验选材不佳导致的实验可操作性不佳，实验器材利用不合理准备过于繁琐、忽视了实验器材的保护等等。对于这些现象，作为站在教学一线的教师就应该适时地做一些改进来切实有效地提高课堂的教学效率。一、完善细节，效率与科学性并重科学大多来自对科学实验和生产实践经验的总结，小学科学的教学也不例外。教材中有不少实验设计虽然设计理念很不错,但其本身对于细节问题关注不够。那结果很可能就是浪费师学宝贵的精力和时间，更可怕的是让学生认为科学实验是可以不够严谨且费时费力的。（一）教科版小学科学五年级下册时间的测量单元第4课我的水钟有两个活动：设计水钟；用水钟来计时（详见右图）。让学生通过简单水钟的设计，并用水钟来进行简单的计时，来更好的体会我们祖先的智慧。问题：实验中有些学生发现接同样体积的水，3次实验的用时却存在一定的差异，有些甚至存在很大的差异，他们标注的刻度并不好用。虽然书本的本意是想学生通过亲身的实践来改进水钟，但故意安排走弯路，并让学生自己改进他们先入为主所形成的定性思维，对他们来说绝对是一个挑战，对课堂教学效率来说也是一个挑战。因为总体教学时间有限,课外实验效果也不佳，所以我认为此实验应该进行必要的改进。找问题：课本中的实际例子是把刻度标在接水容器上的，且所标注的刻度是均匀的（详见上页图片）。1、我们知道简易水钟的滴水速度是由滴水口到水面的高度差来决定的，即滴水口的水压大小来决定的:高度差越小，滴速越慢；高度差越大，滴速越快。把刻度标在接水容器的问题是:如果水钟滴水计时的开始水位与标定刻度时的水位不同，那么接水容器的刻度将失去它的准确性。2、另外一种细微的差异，可能是由于水滴引起水面振动带来的计时误差。虽然这个问题很容易被学生忽略掉，但是既然这样会产生一定的误差，那么就应该想办法解决它，力求简易水钟能够比较精确地测量一定的时间。3、对于时间差别很大的组，原因在于连续做实验，水位连续下降，水压差异太大所致。解决方法重点就是计时实验开始时，水位一定要恢复到和原来一样高，如果严格执行这样的操作，那么就算滴水容器的形状不规则也没有关系了。改进：改接水容器刻度为滴水容器刻度。标定一个起始刻度，按时间在滴水容器上标注时间刻度（见右上图）。如此一来,只要对准刻度随时可以开始计时,在免去了水位高低带来影响的同时，也免去水滴引起水面振动带来的计时误差，还可免去容器形状的影响。除非需要一次性测量比较长的时间,不然补水这一步骤也可以适当的免去。小小的改变，带来的却是完全不一样的结果。（二）教科版小学科学三年级上册水和空气单元第7课空气有重量吗有两个活动：简易天平检验空气重量；天平测量篮球充气前后的重量差别。第二个实验中：篮球体积太大，放在天平上称重并不方便，天平的量程也未必够大，这些都是第二个实验的不妥之处。此处重点说说第一个活动的教学经历。问题：1、实验中学生会潜意识的按照书本的流程（详见右图）来系绳子，然后再吊东西，这时候木棒的平衡很难调节，这就是先入为主思维的负面影响。按照书本流程，调节平衡后要把气球拆下来吹气，再挂起来比较轻重。似乎一切按照计划进行，突然一个学生提问了：“老师，我吹气的时候太用力，吹了点口水进去，我怎么知道气球变重是因为口水进去的关系，还是空气进去的关系呢？”那么面对这样的问题教师该怎么如何解决呢？2、学具袋内的绳子太短，短到学生无法用它来系吹好气的气球。对此解决的办法倒是简单，换成长一点的绳子即可。这就是学具袋器材的先天不足。找问题：如何才能解决繁琐的平衡调节呢？气球变重是因为空气吹进去了还是口水吹进去了呢？能不能绕过口水这个问题呢？学生既然提出了老师就应该以科学的态度来对待它。改进：1、号位采用活结，方便调节平衡，、号位采用死结（详见上图）。2、号位系笔帽，系吹好扎紧的气球。3、在吹好的气球上贴一块大透明胶布。4、调节号活结在木棒上的位子，直至木棒平衡。5、在贴有透明胶的地方，用大头针戳一个洞放气，气球漏完气后比较木棒平衡，判断空气有没有重量。表面上看，此实验似乎越改越繁琐，尤其多了一步操作难度较大的贴胶布，但是贴胶布却是一举三得的事情。首先这样的设计免去了气球吊了再吊的问题，其次解决了“口水”的问题，再次解决了戳破气球后气球皮破碎掉落引起的问题。细节决定成败，细节问题如果没有做到位，将直接影响教学的效率与成败。现在小小的一个改进让这个实验变得既有科学性又有可操作性。二、完善实验选材，提高可操作性实验选材绝对是一个不可忽视的环节，材料不合适，不但会使实验的可操作性大打折扣，还有可能引起实验结果的混乱不堪。因此完善实验选材，避免实验乱像是教材编著人员的责任，更是一线科学教师的一个常规教学任务。（一）教科版小学科学五年级上册光单元第5课光与热有一个活动：光的强弱与温度。通过不同数量镜片对阳光的反射来加热温度计,进而直观的体现光照对温度的影响。问题:在相同实验条件下,各组的实验结果差异比较大,有些组镜片多了后升温明显,有些却升温不怎么明显。这么简单的实验为什么会有这样的差别呢？问题究竟出在什么地方？找问题：通过仔细的观察（见上图），学具袋中做潜望镜的镜片拿来做反光镜太小了（器材与制作潜望镜共用），因为学生手部的晃动反射出去的光无法在同一时间内全部都照射到温度计的玻璃泡上去。所以镜片多了以后反而会造成有时或始终有一片或几片镜子反射的光无法照射到玻璃泡，从而造成实验结果的差异。改进：知道了问题后，解决方法很简单，每个学生从家里带一块长宽都在5cm以上的镜子来替代学具袋的小镜子即可。镜子大点反射后的照射面积也大点，只要镜子够大就算是手在晃动也不会造成实验结果的混乱了。（二）教科版小学科学五年级下册沉和浮单元第1课物体在水中是沉还是浮有两个活动：观察更多物体在水中的沉浮；观察同一种材料构成的物体在水中的沉浮。这两个实验都用到了一种材料萝卜（见下图），那么这个萝卜会有什么问题呢？问题：同样是自来水加胡萝卜组合，有些组的胡萝卜是沉的，有些组的胡萝卜却是漂浮的。出现这种现象也是我所没有预料到的。问题出在哪里呢？找问题：经过仔细的观察研究学生的实验材料，发现放到水里下沉的都是新鲜的胡萝卜，放到水里漂浮的都是失水过多，有些干瘪的胡萝卜。由于实验的材料是学生自带的，所以萝卜的品质是无法保证是相同的级别的。实验过程中先漂浮后下沉的胡萝卜就是因为吸水后萝卜比重增加而下沉的最好例子。改进：实验1中胡萝卜可以直接弃用，实验2中胡萝卜可以用泡沫块代替。这样一来就不用顾虑因为胡萝卜的品质不一而造成实验现象的混乱不一了。三、精简实验准备，提高实验效率小学科学教育不像初高中科学教育那样的备受关注，自然也没有专职的实验人员来帮助小学科学教师进行常规的实验教学。教师要开设实验课，不但需要自己准备所有的实验器材，还需要自己在实验后清理实验器材，这无形中增加了小学科学教师的工作量。所以精简实验准备，避免不必要的实验准备，并设法提高实验效率对小学科学教师来讲是绝对有必要的。（一）教科版小学科学五年级下册热单元第4课空气的热胀冷缩中，观察空气是否热胀冷缩。如果瓶内的空气体积膨胀，瓶内的空气就会往外挤。只要想办法观察到瓶内的空气在往外跑，我们就知道瓶内的空气在膨胀（文中内容）。分析课文得知，气球的胀与瘪能反应出空气的热胀冷缩。而导致气球胀与瘪的是锥形瓶内气体温度的不同，因此不管是教师的演示实验还是学生的分组实验都需要准备热水、常温下的水、冰水、气球、烧杯、锥形瓶，实验准备异常繁琐。书本的实验设计可以说是直观生动、用心良苦（详见上页图），但是学生配套实验包中却只有一个小气球，根本没有课文插图中的瓶瓶罐罐，以及需要额外准备实验用的热水和冰水。找问题：问题是显而易见的，按课文的实验设计，需要一大堆的玻璃器材，以及不同温度下的三种水，同时还要保证气球与锥形瓶接口的密封性，实验器材一大堆，但实验效果却并不见得理想。总而言之，复杂有余，效果不足。改进：实际上关于空气的热胀冷缩完全可以采用烧瓶、橡胶塞、细玻璃导管和一小段红墨水来完成（详见右上图），事实上同样的器材在本单元的第3节液体的热胀冷缩中已经使用过。实验时通过用手掌捂、放烧瓶使烧瓶内的空气热胀冷缩来移动玻璃导管中的一段红墨水。实际操作中只要玻璃管够细，效果将非常明显，趣味性强，学生参与的积极性也高。充分利用已准备过的实验器材，在避免不必要的实验准备的前提下，即巩固了液体热胀冷缩的知识，又可以让学生通过知识迁移体会气体的热胀冷缩。省时省力、知识连贯、简单高效，何乐而不为呢？（二）教科版小学科学四年级上册溶解单元第7课分离实验与水的方法中，有一个蒸发分离食盐和水的实验（详见右下图）。 问题：对于像烧杯、烧瓶、锥形瓶等这些不能直接在火焰上加热的器材来讲，石棉网是它们的保护神，但是蒸发皿是可以直接在火上加热的，且蒸发皿的底部为半球形，石棉网为平板形，石棉网对蒸发皿的包裹性不好，两者的接触面积有限，石棉网自然无法发挥其应有的功效。网上亦有同行提到实际操作过程中由于石棉网的存在，蒸发时间会被拉长很多，这在降低了实验效率的同时无疑又在浪费酒精，加之近些年有报道石棉为致癌物，所以我认为此处用石棉网是不合适,且不必要的。改进：将石棉网换成大小适中的铁圈（或泥三角），我们要做的仅仅是加热开始的一段时间内对蒸发皿进行必要的预热操作,实验结束前注意避免过热即可。实验中准备必要的实验器材是必须的，但绝不是越多越好，准备合适的实验器材，避免不合理的实验准备，提高实验效率，才是实验准备的真谛所在。四、弃简求烦,器材至上上一部分刚刚论述过准备合适的实验器材，避免不合理的实验准备，提高实验效率，才是实验准备的真谛所在。在这一部分要谈的却是弃简求烦,器材至上。让原本简单、抽象、实验器材高损耗的实验经过适当的改变，让实验转变为略为复杂，但直观、实验器材低损耗的实验。为了最大可能的保护实验器材使用寿命，还是有必要将实验适度的复杂化的。教科版小学科学六年级上册能量单元第1课电和磁有两个活动：通电导线和指南针；通电线圈和指南针。通过导线或线圈的通电来观察通电导线和通电线圈对指南针指向的影响。 问题：按照书本提供的实验方案（详见右图），电路短路后电流的确比较大，指南针的偏转角度也会比较明显，虽然实验提示写明电路短路时间不能长，但在实际操作过程中学生由于好奇心驱使会不停地短路电路来观察指南针的偏转，加上有些操作不及时的同学会长时间的短路电路，如此一来实验的代价就是快速的消耗实验用干电池，甚至有可能造成后面几个班级的同学就算是短路也看不到明显的实验现象了。 找问题：现在的问题是电路短路会快速损耗电池寿命，但是实验效果又要尽可能的明显一点，即指南针的偏转角度要尽可能的明显一点。改进：1.在电路中添加一盏小灯泡来解决短路问题。2.添加小灯泡后由于电路中电流下降太大，指南针的偏转角度很小，为此可以增加一节干电池升高电压来增大电路中的电流，进而增加指南针的偏转角度（详见下图）。 如此一来，实验准备上就多了一根导线、一个电池盒、一节电池、一个灯座和一只灯泡，此实验没有让实验准备及实验操作变的简单的根本原因就是保护此实验最重要的实验器材干电池。干电池不同于初中实验室的学生电源，是不可再生的资源，它用到一定时候就会失去它应该发挥的效用，所以我认为很有必要对实验设计进行一定的改进来保护干电池免受短路的损耗。实验准备工作的确是增加了，但是电池的使用寿命有保障了，抽象的电流也转化为灯泡发光来直观的体现了，我认为这是一举两得的事。通电线圈和指南针实验也可采用相同的解决办法。以上几个例子都是常规教学中遇到，个人感觉所做的这些改进更合适我的实际教学。当然还有一些实验也存在可操作性上面的缺陷，但是暂时没有更好的修改。比如四年级上册溶解单元第6节100毫升水能溶解多少克实验的探究实验，单溶解2克/份食盐的操作就需要一节课的时间，显然耗时过长，效率过低，此实验要想快速进行只有提高水温一条路可以走，可温度过高溶液中的水难免蒸发影响实验结果，很矛盾，很棘手。我想有些东西需要我们更多的一线科学老师一起来努力，力求