小学科学低成本实验的开发*

陈容斌

摘 要    实验教学是小学科学教学的重要组成部分，低成本实验能解决部分实验器材短缺、实验设计不够合理、实验装置繁杂等问题。教师充分开发低成本实验，有利于均衡城乡实验资源，提升实验教师科学素养，拉近科学与生活的距离，增强学生的节俭意识，培养学生创新思维能力，打造高智慧的科学课堂。

关键词  科学教学 低成本实验

《义务教育小学科学课程标准》指出：“小学科学课程是以培养学生科学素养为宗旨，教师要把探究活动作为学生学习科学的重要方式，强调从学生熟悉的日常生活出发，通过学生亲身经历动手动脑等实践活动，获取科学知识、领悟科学精神、学习科学方法。”[1]小学科学是一门以观察与实验为基础、以探究为核心的实践性课程，学生亲历探究的各种活动需要有结构的材料做支撑。然而，现行教科版科学教材中的部分实验由于器材短缺、实验设计不够合理、实验装置复杂等，导致一些实验难以操作，实验现象不明显，实验教学目标无法达成。笔者通过长期的教学实践，深刻认识到生活中的小物品、废弃物品、小玩具、食物资源等低成本实验资源，具有价廉、亲切、简单明了等优点。教师充分开发低成本实验，定能均衡城乡实验资源，提升实验教师科学素养，拉近科学与生活的距离，增强学生的节俭意识，培养学生创新思维能力。下面，笔者结合教学实践，谈谈开发低成本实验的一些具体做法。

一、巧用废弃物品改进实验装置，让探究效果更凸显

兵马未动，粮草先行。类比小学科学教学，则是科学探究，材料先行。材料选对了，就相当于实验成功了一半。在现有教科版科学教材中，仍有部分实验因材料选择不当、实验装置不够合理，导致探究效率低。教师可以巧用生活中的废旧器材或废弃物品，经过替换或加工改造，使之成为很好的实验器材。这样不但可以变废为宝，而且增强了学生环保意识。如笔者在教学教科版《科学》五年级下册“下沉的物体在水中会受到水的浮力吗”一课，本课实验教学重点内容是：“设计实验验证下沉物体在水中受到浮力的作用，用测力计测量下沉物体受到的浮力大小。”原教材实验材料选用一个钩码、测力计、水槽，实验方法是先测量一个钩码在空气中受到的重力，再测量钩码小部分浸入水中、大部分浸入水中、全部浸入水中时受到的重力，最后计算钩码在水中受到的浮力大小。在实验过程中，笔者发现大部分同学对同一个钩码在水中分层次浸入的程度把握不准，且钩码放入水中时测力计的指针仅上升一点点，学生读取数据困难。如何解决此难题？笔者因地制宜，发动每组学生收集大的饮料瓶，剪去顶部后装水替换水槽，利用废弃电池替代钩码，将三节电池用透明胶绑成条状看作一个整体，浸入大饮料瓶中一节表示“小部分浸入”，浸入大饮料瓶中两节表示“大部分浸入”，浸入大饮料瓶中三节表示“全部浸入”，这种简易装置操作起来有三点好处：一是电池分层浸入水中的位置更明晰，二是不同节数的电池浸入水中受到的浮力相差较大，对比性更强;三是将水槽替换为大饮料瓶，有利于电池浸入水中不碰底，实验准确率更高。像上述废弃电池、饮料瓶随手可得，巧妙利用后有效解决了实验难题，这种实验装置简洁、操作简便、原理简明，探究效果更凸显。

二、借助食物资源填补教材实验空白，让探究结果可视化

现行教科版科学教材中存在部分实验空白，主要表现在如下两个方面：一是实验内容空白，需通过实验建构科学概念，而教材并没有安排实验;二是实驗器材空白，一些实验内容教材虽有呈现，但缺乏专用的实验器材，实验操作繁琐，所以实验效果不佳[2]。在教学中，笔者尝试借助食物资源填补教材实验空白，收到了良好的教学效果。如教科版《科学》六年级上册“电能和能量”一课，“认识不同形式的能量间也能够转换”是本课的难点，但教材只是蜻蜓点水地提到：用两手互相摩擦和反复弯折一段铁丝有什么感觉？在这些过程中，能量是怎样转换的？ 笔者认为这两个小体验活动仅仅局限于学生的感受，感觉到发热，就判定是机械能转换成热能，这是浅层的、隐性的感性认识，未能上升到理性认识。于是，笔者借助“燃烧花生米给水加热探究能量的转换过程”。首先，教师出示一粒花生米，问学生：“花生米中含有能量吗？”学生意见产生分歧，那么，如何通过实验证明花生米中是否含有能量，如果有，其能量又是如何转换的？接着，教师通过课件呈现辅助器材：烧杯、铁架台、石棉网、40毫升的水、温度计、夹子、花生米、回形针、火柴、酒精灯，分发实验导学单，小组讨论、设计实验方案，学生形成共识：燃烧花生米加热烧杯中的水，观察杯中水温的变化，进而分析花生米中的能量是如何转换的。紧接着，教师出示实验器材，学生组装装置。具体操作方法：

1.用温度计测量烧杯中水温，记录数据。

2.将石棉网放在铁架台的套圈内，烧杯放在石棉网上，悬挂温度计，插入烧杯中。

3.回形针插入花生米，夹子夹住。

4.酒精灯点燃花生米，放入石棉网下加热。（尽量用外焰加热）

5.直到花生米完全燃烧后，再测水温，并记录。

教师巡视指导，学生实验时既分工又合作，有的同学在认真观察现象，有的同学负责记录数据，有的同学用手机拍摄实验过程……短短几分钟，学生惊奇地发现：花生米燃烧后颜色变黑、发光、发热、冒烟，同时杯中的水温在不断上升。教师整理各组实验数据，汇总如表1。

教师引导学生横向分析表中数据发现：水温的确上升了，那是因为花生米燃烧后释放出一定的热量;再纵向分析各组数据，教师追问：“各组水温升高情况有所不同，这又是为什么？”学生畅所欲言：“因为花生米燃烧后发生了化学变化，释放出的一部分能量转换成了光能，一部分能量转换成了热能，水吸收的热量只是其中一部分。”教师进一步引导学生观察、比较、分析最后一列数据，从而得出：水吸收的热量源于花生米燃烧释放出的化学能，再转换成热能。其实，一粒花生米燃烧释放出的能量远不止这些。

生活中一粒小小花生米不但有食用价值，还可以发挥实验教学的功能与价值，让深不可测的能量转换过程淋漓尽致地展现在科学课堂，让学生探究过程走向深入，探究结果可视化。

三、自制教具学具创新实验方法，让探究活动更接地气

《义务教育小学科学课程标准》中关于教具学具的开发建议：学生身边易获取、成本低的材料是科学探究的首选学具，鼓励教师收集和自制教具，为学生的探究活动提供物质条件[1]。笔者认为自制教具学具要做到：材料简单易找、结构设计巧妙、操作简洁高效，这样有利于学生正确建构科学概念，有利于学生发展科学探究能力。笔者曾执教教科版《科学》四年级上册“运动起来会怎样（一）”一课，教学内容繁多、知识零碎。笔者本着为课堂瘦身的考虑，对原有教材进行取舍、整合，着重探究“运动与呼吸的关系”，针对“运动后气体发生了什么变化”这一环节，教材安排了两次活动，一是反复呼吸一袋空气，体验气体发生了什么变化;二是实验验证气体确实发生了变化，采用三个瓶子分别收集新鲜的空气、呼吸一次的空气和呼吸多次的空气进行对比，呼吸多次的气体运用了排水取气法进行收集。

结合四年级学生的认知水平，排水取气法操作困难、步骤复杂、属于中学教授内容。为此，笔者采用三年级学过“空气占据空间的原理”收集呼出的气体，选用某品牌卵白蛋白瓶子、吸管、竹签，经过加工，制作简易教具。具体操作方法如下：

1.收集一瓶吸进的气体，也就是空气，先在 1号空瓶子中装满水，再将水全部倒到废水盒，塞紧橡胶塞。

2.收集一瓶呼出的气体，可用气体占据空间的原理，在2号瓶子中装满水，塞紧橡胶塞，靠近废水盒旁，两手壓住橡胶塞，用嘴对准竖直的一根吸管吹气，水会沿另一根弯的吸管排到废水盒里，反复吹气，直到瓶中的水排干为止，盖上橡胶塞。

3.用打火机点燃两根竹签，同时打开瓶盖，分别放入瓶子，不能将竹签碰到瓶底或瓶壁。

4.仔细观察现象，并记录。

5.实验完毕，将燃烧后的竹签放入易拉罐中。

6.反复实验三次，对比分析实验现象，得出结论。

学生通过多次实验现象发现：燃烧的竹签放入2号呼出气体的瓶子中，总是先熄灭，从而验证了“吸进气体与呼出气体的含量是不一样的”。这种教具取材于生活，使学生明白科学就在身边，科学与日常生活紧密相连[3]，使用此教具开展探究活动很接地气。

上述教具还可发挥多种功能，如不用橡胶塞的瓶子，瓶口塞个气球，放进热水或冷水杯中，可以探究“气体的热胀冷缩性质”;在橡胶塞中间钻个小孔，插入一根直的吸管，再装满水（或酒精、食用油等），同样放进热水或冷水杯中，可以探究“液体的热胀冷缩”。生活中司空见惯的小物品摇身一变，就能成为有创意的教具学具，从而缔造出趣味十足、探究味浓浓的科学课堂。我们缺少的不是资源，而是发现资源的眼睛和设计实验的智慧。低成本实验资源开发的途径、方法多种多样，关键在于设计者是否具有创新意识和思想[4]。

实验是科学学习的灵魂，是点燃学生学习兴趣的最佳载体。教师要用爱心、慧眼，妙手开发低成本实验，遵循科学性、目的性、简易性、直观性、安全性、可视性、趣味性、创造性等原则，以低成本实验引路，以深探究护航，演绎高智慧科学课堂，成就高智慧学生。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育小学科学课程标准 [S].北京：北京师范大学出版社，2017.

[2] 王栋梁，钱亚飞.巧用废旧物品填补教材中的实验空白 [J].中学化学教学参考，2016（11）.

[3] 周振华，陈新辉.开发小学科学教学具的策略分析 [J].湖北教育：科学课，2019（06）.

[4] 郭卫东.巧用身边之物设计奇妙的物理实验[J].福建教育，2009（04）.

[责任编辑：陈国庆]