基于创新思维培养的小学科学实验设计

在小学教育中，科学是一门非常重要的学科。科学观念、科学思维、探究实践、态度责任是科学核心素养的主要内容，其中的科学思维又包含了创新性思维。在小学科学教学中，实验教学是培养学生创新性思维的有效途径。在开展实验教学时，教师需要根据需求合理设计实验教学内容，激发学生学习科学的兴趣以及对知识的探索欲，为培养学生的创新性思维打下坚实基础。本文以“水到哪里去了\"的科学实验为例，详细介绍了实验的实施过程。一、教学准备（一）教材分析“水到哪里去了”是小学三年级科学的起始课，是《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“课程标准”）中规定的学生必做探究实践活动之一，强调通过实验教学引导学生探究，理解水的蒸发和凝结原理，能够利用科学知识解释日常生活现象。本节课以实验教学为主，在教师的带领下引导学生分析、理解水蒸发现象，以及水蒸发快慢受到哪些因素的影响，最终深人认识水这一物质及其存在的状态。（二）学情分析第一，学生对水已经有了足够的了解和认识，知道水是一种可以流动的液体，也知道水在高温环境下会逐渐变热，同时会蒸发水分，认识到水的蒸发与温度和环境存在密切关联。第二，小学生很容易受到新鲜事物的影响，相较于理论知识的学习，他们对实验教学的兴趣更高，喜欢通过动手操作探索新知，但其逻辑思维推理能力相对较低。第三，学生虽然知道水会随着温度和环境的变化进行蒸发，但对水分子运动和其状态变化的知识理解不够透彻。第四，学生进行实验操作时，需要仔细观察实验变化，并详细记录实验数据。这对于学生而言有一定的难度。（三）教学重难点教学重点：理解水蒸发现象的原理，知道水蒸发与温度之间的关系；激发学生的学习思维，让学生大胆想象，提出自己的建议和看法。教学难点：直观地理解水分子从液态变为气态，或从气态凝结成液态的过程；仔细观察实验变化，记录实验数据。（四）教学目标以科学课程所要培养的科学观念、科学思维、探究实践、态度责任四大核心素养为主，以课程标准规定的内容要求和学业要求为依据，合理设计教学目标。表1为“水到哪里去了\"的教学目标。表1“水到哪里去了\"教学目标二、教学过程（一）课堂导人教师展示图片，引导学生仔细观察并思考。如图1、图2所示。图1图2师：同学们，请看大屏幕中的两张图片，谁能告诉老师图1中的男生在干什么？生：老师，他在用干手器吹手。师：对！那么他为什么要这么做呢？生：因为他刚刚洗过手，想把手吹干。师：很好！我们再来看图2，你们发现这两杯水有什么不同吗？生：左边玻璃杯里的水比右边的多。师：很好，你注意到了两杯水的量不同。现在老师告诉大家，其实你们看到的是同一杯水。生：老师，这是为什么呢？师：这个问题非常好！就像图1中使用干手器能够把手吹干是一样的道理，图2中将一杯水（环境不变的情况下）静置一段时间后，水量变少了，这些都属于水的蒸发现象。这也是我们今天要学习的新知识—“水到哪里去了”。（设计意图：教师通过展示图片，在与学生的交流与互动过程中成功引入新课题，激发学生的好奇心和探究欲，为接下来的学习做铺垫。）（二）创设情境，激发兴趣教师准备一个透明的塑料瓶，并向瓶中灌满水，将瓶口密封严实。然后，教师引导学生思考：“同学们，请仔细观察这个瓶子，如果我们对其进行加热，瓶里的水会发生什么变化？\"学生围绕问题展开了激烈的讨论：有的学生猜测，水会受热变成水蒸气；有的学生则认为，水蒸气会在瓶内凝结成水珠…师：同学们讨论得非常好，想法也很多。对这个瓶子加热后，瓶中会出现很多水蒸气，那么这些水蒸气能去哪里？会不会在瓶中形成新的水珠？或者跑到瓶外去？大家可以大胆想象一下，发表自己的观点和看法。在教师的鼓励下，学生更加积极地表达自己的看法：有的学生认为，依据热胀冷缩的原理，水蒸气会跑到瓶外；有的学生认为，受到瓶内空间的限制，水蒸气会在瓶内出现凝结现象；有些学生则认为，在加热过程中瓶内的水蒸气会出现凝结，还会有少量的水蒸气附着在瓶壁上。为了验证这些想法，教师可以和学生一起做实验，让学生主动参与到实验中，见证水的变化，亲身体验科学探索的过程，对科学知识产生浓厚的学习兴趣。（设计意图：通过创设情境，教师引导学生思考水及水蒸气在密封状态下的受热变化情况，了解温度对水蒸气状态的影响，鼓励学生大胆表达自己的想法，利用实验为学生提供直观的科学探究场景。）（三）感知体验，理解蒸发1.写字游戏在这个教学环节，教师可以设计一个趣味性较强的实验活动一写字游戏，增强学生对蒸发现象的理解。在实验教学中，教师用一块湿抹布在黑板上写出一个大大的清晰的“水\"字。为了让班内学生都能清楚地看到“水\"字，教师要确保字体足够大。接下来，教师让学生仔细观察这个“水\"字随着时间的流逝会发生哪些变化。学生发现，教师用湿布写完“水”字后，字迹会慢慢变干，会从最初的湿润状态变得越来越干，越来越模糊，直到水分蒸发后，字迹完全消失。在这个过程中，学生可以直观地感受到水分从液态转变为气态的过程，进而理解水蒸发的概念。在观察过程中，教师可以引导学生思考：“水\"字蒸发到哪里去了？它为什么会逐渐变模糊，直到消失不见？抛出问题后，教师鼓励学生以小组形式进行讨论，发表建议和看法，总结出正确答案。（学生对教师提出的问题产生了强烈的好奇心，并带着问题进入了讨论环节。）师：好！同学们讨论得非常认真，刚才老师用湿布写的“水\"字去哪里了？哪个同学能回答？生：它随着水分的不断蒸发变成了水蒸气。师：回答得非常好。水变成水蒸气的过程叫做水的蒸发，蒸发过程会受到温度和环境的影响。那么大家在日常生活中有没有见过水蒸发的现象呢？生：老师，我见过！比如，夏天的时候，地面上的水迹很快就会干掉，那就是水蒸发了吧？师：没错，你观察得很仔细。当温度升高，水蒸发的速度也会加快。还有其他同学有类似的发现吗？生：老师，我注意到有时候衣服湿了，晾在外面很快就干了。这也是水蒸发的现象吗？师：非常好，你提到了一个很常见的例子。湿衣服变干，就是水的蒸发过程。生：老师，那我们做饭的时候，水煮沸后会有蒸气，那个蒸气是不是就是水蒸发后形成的？师：完全正确。水沸腾时产生的蒸气，也是水蒸发后形成的水蒸气。这说明水在高温下蒸发得更快。师：通过大家的讨论，我们可以发现水蒸发现象在我们的日常生活中很常见。希望大家能够通过这些例子更好地理解蒸发这一自然现象，并在今后的学习中继续探索和发现更多的科学知识。（设计意图：通过这样的活动，学生不仅能够直观地观察到蒸发现象，还能在教师的引导下，逐步形成对物质状态变化的基本认识。这种将抽象科学概念与学生日常生活经验相结合的教学方法，能够有效地提高学生的学习兴趣，进一步培养学生的创新思维。）2.小组实验，理解“蒸发吸热”在“水到哪里去了”的教学中，教师可以通过一个简单的实验来帮助学生理解“蒸发吸热”的概念。需要准备的实验材料包括：大小和形状相同的两个透明杯子、棉签、保鲜膜、橡皮筋以及清水。准备好后，教师指导学生按照步骤进行实验。实验组的操作任务为：用棉签在一个透明杯子里涂少量的水，无盖，静置一段时间后观察水的蒸发现象。对照组的操作任务：在另一个透明杯子里涂入相同量的水，把杯盖拧紧，与实验组的蒸发现象进行对比。实验组和对照组的操作任务完成后，将这两个杯子放置在相同的环境下，如窗台边或者讲台的同一桌面上，确保其在相同的光照和温度条件下。这样不仅可以控制变量，还能保障实验结果的精准性。学生应参与整个实验过程，仔细观察两个杯子中水的变化，并详细记录观察结果。学生观察发现：没有盖子的杯子中，水很快就蒸发了，在光照和温度的影响下，水分子更容易从液态转变为气态蒸发到空气中；而另一个密封的水杯，不利于水的扩散和蒸发，蒸发的速度较慢。通过对比实验，学生可以更深刻地理解蒸发过程中热量的转移，以及周围环境对它的影响。（设计意图：这个实验不仅能够让学生观察蒸发的过程，还能让其感受到蒸发吸热的现象，即水在蒸发时会带走热量。这也是夏天洗澡会感觉凉爽的原因。通过这样的实践活动，学生能够将抽象的科学概念与实际相结合，从而更深入地理解和掌握蒸发的原理。）（四）提出问题，引导探究在科学实验教学中，问题可以激发学生的好奇心，提高其课堂注意力，使其快速进入自主学习状态。同时，在问题的引导下，学生能够进行更深层次的思考，增强分析和推理能力，促进自身创新性思维的发展。教师可以设计不同类型的问题，如观察性问题、预测性问题、关联性问题等，然后根据问题类型依次向学生进行提问。第一，观察性问题。1.当我们把水倒在地上，一段时间后它消失不见了。那么它去哪里了呢？2.为什么湿衣服在阳光下比在阴凉处干得更快？3.洗完手后，不擦手，手上的水分会越来越少，这和水的蒸发有什么关系？4.把水放在冰箱的冷冻层，水会变成冰块；把冰块放到常温状态下，它会慢慢变成水。这是一种什么现象呢？第二，预测性问题。1.夏天，我们把一杯水放在炎热的户外或阴凉的室内，哪里会蒸发得更快？为什么？2.在一杯水中加入冰块，会影响水的蒸发速度吗？为什么？3.有两个容器，一个容器中水的表面积是另一个的两倍，哪个容器中的水蒸发得更快？第三，关联性问题。1.水的蒸发和我们日常生活中的哪些现象有关？你能举出一些例子吗？2.为什么沙漠中的湖泊会逐渐消失？这是水的蒸发现象吗？3.降雨量少时，地面很快就干了。请问地面的水到哪里去了？（设计意图：通过设计不同类型的问题，引导学生进行思考和探究，理解水蒸发会受到哪些因素的影响，促使学生主动参与到课堂学习中，激发学生思考，引导其发现问题、分析问题、解决问题，为后续的学习打基础。）（五）猜想还有哪些水消失了，鼓励学生进行思维碰撞在上述实验环节，学生对水的蒸发有了一定的认识和理解，他们还提出了各种与蒸发有关的问题。在此基础上，教师可以进一步引出本课重要的科学概念一“蒸发”，引导学生深入思考。师：在刚才的实验中，我们知道了杯子中的水分会随着环境和温度的变化蒸发到空气中。除了老师刚才提到的那些与水蒸发相关的问题，你们还能举出其他例子吗？生：冬天，路面的积雪会融化成水，然后慢慢消失。生：汗水在皮肤表面蒸发，这也属于水蒸发现象吧！生：早晨的雾和露水在太阳升起后会逐渐消失。生：在降雨量较少的情况下，河水水位会逐渐下降。师：非常好！说明日常生活中这样的例子有很多，由于课堂时间有限，我们就不一一列举了。那么，通过上面的学习，大家理解蒸发的概念了吗？生：理解了。师：大家怎么理解蒸发这一概念？生：水从液态变成气态的过程，就是水蒸发的过程。师：很好！蒸发是液体发生的汽化过程，蒸发快慢会受到温度的影响，蒸发过程中会吸收热量。另外，蒸发量是指一段时期内由于蒸发而扩散到大气中的水分，一般用毫米来表示。教师借助实验探究的方法，提出“蒸发\"的概念，不仅有助于学生更深人地理解这一概念，还能促进其由认识现象到掌握本质的转变。此外，教师还可以引导学生描述观察到的各种蒸发现象，帮助学生更深入地理解并掌握“蒸发\"的含义，使其更好地将其所学与日常生活结合起来。这样的教学方式能促进学生思维的拓展，为其带来新的学习思路，提出具有实际意义的问题，进一步提升学生发现问题和提出问题的能力。（六）总结水消失之谜为了进一步增强学生的鉴赏和创造能力，教师还可以融合多学科知识，实现跨学科的互动教学。在布置作业时，教师可以采用如编写故事、画画等多种方式激发学生的创新思维，帮助其更深人地理解所学知识。为了解释\"水为什么会消失\"这一问题，教师鼓励学生利用本节课的“水到哪里去了”这一主题，创作一个故事、一首诗歌或一幅插图，以帮助学生巩固课堂上所掌握的科学