改进实验器材，提升学生推理能力
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作者:吴雯
摘 要：本文围绕课程材料的借用者、准备者以及研发者三个维度，探讨了改进实验器材是否有助于切实提高学生科学推理和解决问题的能力，是否考虑到材料使用的连贯性，是否从使用简易着手设计和开发展开研讨。
关键词：科学探究; 器材改进; 实验操作; 推理能力
中图分类号：G623.6 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2019）06-054-001
对于当今的科学探究学习我非常赞同众多的理论观点，但是对于学习中所使用的配套材料，个人觉得还是很有改革的必要。没有合适的配套材料，科学的探究活动就会受到一定的阻碍，学生探究的思维就有可能会出现中断，影响他们思考的连贯性。
我曾经在国外访学时，亲眼见证美国科学教学中“遗传基因”单元中，他们利用一套中文名称“科乐思”的彩色塑料教具，模拟了DNA的双螺旋结构，学生在动手组装操作的过程中进行探索学习。这种依托配套材料的教学抓住了我们每一位来访的中国老师眼球。试想一下这样的教学孩子们还会不感兴趣吗？所以说科学教学中的材料问题必须重视起来，它的设计必须要有一线老师的参与，并在实际教学中收集教师反馈上来的意见及时做出改进。下面，我就个人对现行科学教学中材料的重要意义简单谈一谈几点感受。
1.课程材料是否有助于提高科学推理和解决问题的能力
如果要达到此目标，这些材料必须在逻辑上和循序渐进方面按适当的顺序详细介绍各种过程技巧。例如在小学的低年级（1年级和2年级），孩子们能将注意力集中于观察、测量、辨别具体对象和有机体（如蝴蝶等），或很容易观察的现象（如天气等）的属性上收益。在3～5年級，孩子们能应付更加复杂的现象（如电等），并能自行学会寻找证据、认识不同的模式和周期。在孩子们上6年级时，他们就能开始设计自己能控制的实验了。
低年级学生可以培养一些简单的技能，例如观察、测量、切断、连接、开与关、倾倒液体、握持、打结、挂钩等。让学生从一些简单仪器的使用开始，学习使用尺子来测量物体和材料的长、高和深度;用温度计测量温度;用钟表测量时间;用天平和弹簧秤测量重量;用放大镜观察物体和生命体;用显微镜观察植物、动物、岩石及其他材料的细微部分。孩子们还要培养使用计算器和计算机的技能，以便于科学研究的开展。
2.课程材料的准备者是否考虑到学生材料使用的连贯性
兵马未动，粮草先行。如果把教学比作打仗，那教师就是士兵，配套材料自然就是粮草和兵器了，如果配套采购的兵器不够精良、不够优等，那自然会影响部队的胜败，所以不应该让教师东拼西凑地去准备材料。比如《沉浮》单元中给泡沫块测浮力这个实验，书本边上就有按入水中的泡沫块受到的浮力示意图，图上显示向上的浮力=向下的重力+向下的压力。就为了测得这个向下的压力，现在需要在水槽下用油性橡皮泥固定一个滑轮，然后把泡沫块绑起来，绳子穿过滑轮再往上提，这个过程又繁琐，又有多余的摩擦力影响。其实不需要用重力式的测力计，只要设计一个压力式的测力计，我们的手几乎不用碰水就能完成这个实验。关键是这样实验的推理十分连贯，不需要再转换思维去理解向下的力可以通过滑轮转为向上提拉的力。
在《沉浮》单元的最后一课中，要比较相同体积的马铃薯、清水和浓盐水的重量，这个实验在以前是很难让学生操作的，但是现在有了电子秤这个工具，学生操作就简单多了，但是也面临一个严重的问题，就是称出来，同体积相比不一定是浓盐水>马铃薯>清水。因为要取得相同体积的3样物质，本身的操作就很难把握。传统的排水法在这个时候会因为容器的原因而产生很大的误差。一个单元的实验学习到这里就断层了，连贯性被打断，后面就成了灌输式的关于密度的认识，如果这个时候有个溢水杯，那一切问题都能迎刃而解。溢水杯能控制每一次溢出的液体量体积是不变的，加上电子秤，那称重的速度和准确度就能大大提高了。用数学的方法就能一下子计算出它们的密度，学生推理的连贯性就得到了充分保证。
3.课程材料的研发者是否从师生使用简易着手设计和开发
相信每位科学老师对教材中过滤这个实验都有印象，我们一般会用到铁架台、玻璃漏斗、玻璃棒、滤纸、烧杯等，操作也有一套规范的流程，让一个初中生很好地完成尚且还有一定难度的，现在却让一个小学生来完成，而且用白色的过滤纸来看过滤出来的白色面粉，真是太难为学生了。通过实际教学，我认为这个实验最简单的方法就是拿棕色的咖啡过滤纸直接在杯子上过滤一下就可以了，只需要给老师配备一些咖啡过滤纸就完全够用了。让小学生用没有发育完全的小手去操作那个铁架台上的过滤实验，还要把注意点放到 “一斜两低三紧靠”，完全把观察的本质给搞乱了。再比如加热白糖这个实验，拿勺子的部位要绝热，最后变成的焦糖把勺子弄得根本洗不干净，第2个班都无法实验，如果在脏的勺子的基础上第2个班做实验，那么也看不到融到棕色液体的情况。这个实验最简单的方法就是把糖放在西点中的蛋挞铝膜纸上，用个木头夹子一夹就能实验了。在“沉浮”单元中，我也见过国外的材料箱中提供了玻璃球、铝螺母、木珠、尼龙螺栓和大小不同但材料相同的鱼漂、聚乙烯圆柱体、木圆柱体、铝圆柱体、丙烯酸圆柱体。那么多的材料，都是为学生准备好的。试想一下，如果要老师找齐这些材料，需要用多少的时间和精力？还记得我们经常会参加自制教具比赛，很多老师做出了优秀的教具，但为什么没有被推广到现有的科学教学中去呢？比赛的成果又怎么去推动教学改革进步呢？
“巧妇难为无米之炊”这句话，用在科学教学中再适合不过了。但是我们往往是语言的巨人，行动的矮子。要改变这一现状，并不完全在我们一线教师的能力范围之内。既然我们在学习发达国家的探究式科学教学方法，那我们索性就学得彻底一些，把配套材料的准备再上一个台阶，不要认为每位一线的教师都有无限的潜力可以挖掘，不要吝啬那花在孩子们身上的一点点教育经费。总之，我一贯坚信：建立材料中心、推广使用优质的实验器材才是基层学校推广探究式科学课程可以走得更远的必要条件及重要前提。
参考文献：
[1]约翰·D·布兰思福特，翻译：程可拉，孙亚玲，王旭卿.《人是如何学习的》
[2]美国国家科学资源中心，翻译：李勇.《面向全体儿童的科学》
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