“有结构的材料”在科学实验中有效运用的策略研究
作者：雷春
来源：《基础教育参考》 2015年第20期
雷春
(建德市明镜小学浙江建德311600）
[摘要]科学学习是以探究为核心的，而学生的探究活动则依赖于课前准备的“有结构的实验材料”，本文中，笔者分析了目前小学科学实验材料准备的现状，详细阐述了何为“有结构的实验材料”，从多方面提出了准备“有结构的实验材料”的策略；并指出了“有结构的实验材料”在科学实验中的有效运用的策略
[关键词]结构；科学；适时；呈现
科学学习要以探究为核心，探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式，亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。学生收集事实源于实践活动，而实践活动则依赖课前准备的“有结构的实验材料”。然而在平时的科学教学活动中，很多老师都觉得自己已经做了非常周密的考虑，甚至预设了学生可能会出现的所有情况，并准备好了实验所需的一切材料，可在教学过程中总还是会出现一些意外。那么，何为“有结构的实验材料呢”？兰·本达教授对材料有一段论述：材料的种类和组合以及交给孩子们的次序就是材料的结构。所谓结构严密指的是各个材料之间、材料与教学内容和教学目标之间具有紧密的联系。因此，具有这样功能的材料叫做具有严密结构的材料，简称“有结构的材料”。有结构的材料可以有效地帮助学生学习和理解教材中的知识重点和难点，提高学生学习效率。
1目前小学科学课实验材料准备与运用的现状
1.1材料准备不够齐全
科学课程要面向全体学生。因此科学探究活动应有足够的材料，当前我国城市小学在经济社会飞速发展的前提下办学条件相对较好，但是部分农村小学依然薄弱，一是在仪器配备上存在较大差距；二是某些要学生自己准备的实验材料由于家庭条件限制或家长不够重视而不能备齐；三是部分教师观念仍相对落后，对课前准备实验材料不够重视。
1.2材料出示时间不当
我们经常可以看见这样的课堂：教师在课前就放好了实验材料，学生一进课堂就在摆弄这些材料，教师说什么都不能让他们静心。这不能怨学生好动，其实爱玩是孩子的天性，科学课就需要这样的学生，如果学生面对一堆实验材料摆在面前无动于衷，那就是科学课的悲哀了。这种情况下教师只要适当改变下提供材料的时间就可以避免学生分心了。
3.材料误导学生探究
广大教师积极参与教育科研，科学教师的素养也有了很大提升，明白了学生亲历实验探究过程的重要性，因此能花大量时间来准备实验材料，大多数的实验材料也确实能在课堂上帮助学生建构科学概念，然而并不排除有些实验材料不但不能帮助学生建构科学概念，反而在误导学生。
小学科学课材料准备中这些现象严重制约着学生科学素养的形成和技能的发展，那么我们应如何准备和有效运用“有结构的实验材料”呢？
2“有结构的实验材料”准备与运用的策略
2.1开发“有结构的实验材料”
2.1.1备齐常规的实验材料
俗话说：“巧妇难为无米之炊。”实验材料就是我们科学老师的“米”，如果缺少了“米”，再优秀的科学老师也不能培养出具有科学素养的下一代。因此，科学老师要备齐一些常规的实验材料和仪器。如何才能做到这点呢?我们可以从以下几方面进行努力：
(1)加强仪器管理
要管理好学校的仪器室，首先要建立健全各项规章制度，使管理工作科学化、规范化、有章可循。要根据实验室和仪器管理的目标、任务和要求，遵循教育教学规律、实验规律和分工协作规律等客观规律，合理组织教学。要结合学校实验室特点和学校的实际，制定出切实可行的实验室管理制度和学生实验守则，并定期检查执行情况。其次要加强仪器的常规管理。合理地管好实验仪器，不仅能延长仪器使用寿命与效果，也有利于教学仪器的及时更新，避免低水平的重复配置。我们要根据我省教育技术装备配备标准化要求，结合学校的实际情况，制定实验室规划、仪器配备标准和装备要求。正确合理的选择、采购、配备仪器设备，并做好验收、登记、建账、立卡等账册管理工作。仪器的陈列摆放要做到科学、规范、安全、美观、方便取用。要建立健全教学仪器使用记录、实验教学记录等各种资料的档案，强化管理措施，提高仪器设备的使用率和实验教学的开出率。
(2)注重材料收集
小学科学课程是具有开放性的课程，实验材料的准备不仅仅局限于仪器室提供的，还包括大量老师和学生发挥聪明才智而准备的对实验探究非常有效的实验材料。比如六上科学有关电磁铁的实验要用到的较长的导线，笔者就曾试过多种导线：漆包线、学生学具袋内的导线、仪器室配备的导线，然而这些导线多多少少存在一定的局限性，由于要多次实验，所以经常要把绕好的导线拆下，反复几次后这些导线容易扭曲不能拉直，或者两端容易折断。在这样的情况下，师生一起动脑筋想到了网线内的导线，于是我亲自动手剥开网线内的8股细导线，在实验中尝试，发现效果不错而且经久耐用。如果没有收集材料的习惯，使用过后就不管了，那么第二年再上这个内容，课前准备所花的时间还是很长。而我们师生就很注重这种材料的收集，在仪器室里放满了我和学生一起收集的各种材料:导线、《神奇的小电动机》实验装置、半个被涂黑的旧篮球(代表的是一半被照亮的月球）、凤仙花种子、绿豆种子、各种岩石、土壤、生锈的铁钉……
2.2开发特殊的实验材料
科学课上也经常要用到像桑叶、鸡蛋、凤仙花、油菜花等无法在仪器室保存的材料，每次上课实验都需要重新购买或采集，这类材料可称之为特殊实验材料。教师可充分发挥学生的主观能动性，提前和家长联系取得家长的理解与配合，然后课前布置学生将材料带来。如《油菜花开了》这一课，教师就可以课前布置学生采集花朵，上课时带来观察研究。
除了家长和学生，还可以利用学校的土地资源开发特殊实验材料。教师可将学校的某个角落开辟成“科学园”，可在里面种上凤仙花、油菜、桑树等植物，也可在里面寻找蚂蚁、蚯蚓
和蜗牛。等上到相关的科学课程时，既可以带领学生来“科学园”进行现场观察研究，也可以将这些材料“请进课堂”。而且有利于对学生进行保护动植物的教育。
2.3试验新备的实验材料
经常可以看到这样的课堂，老师们花了大量时间准备实验材料，并考虑到方方面面，自认为实验材料准备得相当完美，一定能够帮助学生经历一次完美的探究之旅，并建构正确的科学概念。然而，课堂上却并不像教师想象的那么顺利，而是出现了很多意外数据。究其原因，学生操作方法不当可能是一方面，另一方面，也可能是教师准备的实验材料误导了学生。这就要求科学教师有“下水实验”的意识。那么何为“下水实验”呢？所谓“下水实验”，是指教师在课堂实验之前，根据实验教学的目标要求与课堂教学任务，站在学生的角度，充分考虑学生实验时可能出现的各种因素，加强对实验相关变量的控制，为课堂教学指导学生实验或演示实验作好准备，力求使学生在课堂实验中能够获得正确的结果。讲的通俗一点，就是教师要在上课前自己动手做一做实验，特别是这个实验要用到新备的从没有使用过的实验材料，更需要教师提前下水实验。笔者就有忽视下水实验的经历。在上《抵抗弯曲》这一课之前，教师准备了1倍宽、2倍宽、4倍宽的纸，还有1倍厚、2倍厚、4倍厚的纸。由于这课已经上过多次，所以材料准备好之后自己就认为万事大吉了。课堂上，学生在测量4倍厚的纸承受垫圈个数这一环节就出了问题。厚度增加，抗弯曲能力是会大大增强的，而教师在准备实验材料时没有动手试一试4倍厚的纸到底能承受几个垫圈，所以准备了很多的垫圈到了课堂上还是不够用。怎么办呢?临时去找肯定是不行了，有些学生就不知所措了，实验不能继续进行。也有些学生这样填写记录单：4倍厚的纸能承受垫圈个数超过45个。到底承受了几个垫圈不能确定，从学生的眼神中可以看出大家都很想知道4倍厚的纸到底能承受几个垫圈。教师只能草草收场，准备材料，下次科学课继续完成实验了。由于忽略了下水实验而导致材料准备不充分，使得科学探究不能深入，需要再上一次，这不能不说是一次重大失误。
由此可见教师做好下水实验的重要性，尤其是这个实验如果用到了新准备的材料就更要重视，因为新材料的不确定性很容易导致实验出现失误。比如研究《萝卜在水中是沉的还是浮的》这一问题，如果我们直接进课堂发给学生萝卜进行实验，结果可能就两种情况都有了，因为萝卜有些是空心的，会上浮，而实心的萝卜就下沉了。
3合理运用“有结构的实验材料”
3.1“有结构的实验材料”应科学使用
教师准备实验材料还应注意科学性，只有具备科学性的实验材料才能被合理使用，才能解释科学规律，帮助学生建构科学概念。曾经听过《保护我们的听力》这一课，为了探究怎样的声音才是噪音，教师把录音机音量放到很大，让学生体验这才是噪音，并说出自己的感受。我觉得录音机这个材料这样使用就不具备科学性，首先这节课主题是保护听力，这样做不仅不能保护听力，反而是在破坏孩子的耳朵；其次，这也不具备说服力，难道其他所有的噪音也要让学生一一体验吗？听课老师们经过讨论，认为这样设计比较合理：如配备有音量测试仪的学校就可以把它用起来，测一测在教室里拍皮球、跳绳、大声讲话、聊天等的音量，大多是超过60分贝的，这就是噪音。然后带领学生到体育场、图书室、马路边分别测量，学生们很快就明白噪音是怎样的，自己在发出声音的时候应该怎么做。
3.2“有结构的材料”要指导透彻
准备了具有科学性的实验材料，如果学生不能领会其意图，在操作上出现问题，那么这些材料就不能发挥出自己的作用，不能帮助学生理解科学规律、建构科学概念，从这种意义上来说这些材料也不是有结构的材料。笔者曾上《月相变化》这一教研课，准备了半个被涂黑的篮
“有结构的材料”在科学实验中有效运用的策略研究
