拓展实验科学素养培养范文

摘要：小学科学是培养学生科学素养的基础性课程，具有实践性和综合性的特点。在学习科学的过程中，学生最感兴趣的是做各种各样的科学实验。然而，受诸多因素的制约，部分实验不能很好地解释生活现象，体现学习成果。为此，教师可在学生学习过程中加入拓展实验，以弥补部分实验的不足。在拓展实验中，教师可引入STEM项目理念，让学生不仅做实验，还设计实验，将科学和其他学科进行有效整合。另外，还可引导学生关注社会现实，利用拓展实验解决身边的一些问题。

关键词：小学科学；拓展实验；STEM理念；科学素养

小学科学教材是增长学生科学知识、启迪学生科学思维、培养学生科学情感的启蒙读物，是带领学生进入科学殿堂的金钥匙。在教材中，最能吸引学生的莫过于科学实验，它能引导学生通过观察、比较、操作、论证诸环节认识客观事物，揭示事物的本质。学生在实验的过程中，可把书本中的一个个例子、心中的一个个疑惑都化为奇妙的科学现象。与此同时，有趣的科学现象又会促使学生去敲击科学殿堂的大门，探究科学的奥秘。在教学中笔者发现，教材里许多实验在解释科学现象时难以达到最佳效果。为满足学生的需求，有必要补充一些拓展实验来完善教学，以达到预期的效果。

1科学课程呼唤拓展实验

教材是相对稳定的，但学生、教师和教学的需要却是不断变化的。于是，他们之间会产生矛盾，这些矛盾主要表现在以下几方面。

1.1教材稳定与理念变革的矛盾呼唤拓展实验的出现

教材是依据课程标准编写的、反映学科内容的教学用书，是课程标准的具体化，是教学内容的载体，因此它是一个完整而有序的系统。教材从编写到出版实施，耗费的人力、物力、精力是不可计数的，哪怕一个小小的改动也会产生牵一发而动全身的效果。这就决定了教材必须保持长时间的稳定性，小学科学教材亦是如此。然而，在科学课程学习过程中，教学理念是不断发生改变的。近年来，科学学习就从教知识，发展到培养学生动手能力，再到培养学生自主探究能力，再到鼓励学生科技创新，现在发展到做STEM项目。教学理念的变化适应了社会发展的需要，也是学生身心健康成长的需要。然而，教师在教学中发现，教材已跟不上教学理念的变革，它的稳定性越来越阻碍着理念的发展。如果能在小范围内适当改变实验方法、实验内容，就能达到与时俱进的效果，这就要求教师有必要开展拓展实验。

1.2学习内容与学习效果的矛盾推动拓展实验的开展

在编排教材时，许多内容具有前瞻性和社会性，是与社会现实相符的。但是，随着社会的发展，一些内容已不再出现在现实中，成了过时的东西，如脉冲电话、胶卷相机等。在小学科学教学中，亦是如此。例如，教材中要求用弹簧秤来测物体重力，而实际上完全可以用电子测力计，既准确又易读数。又如，教材要求用温度计测量水温连续的变化，可学生即使手持温度计很长时间，也不一定准确测量出数据。实际上，可直接用温度遥感装置，不但能测，还能及时准确记录，更能够测高温物体。还有，以前家用水表是转盘式读数，现在是数字式的。这样的例子很多，我们不禁要问：学生还有必要学习那些以后很难用上的东西吗？很显然，如果科学没有前瞻性，那么学习的必要性和意义就会大大降低。另外，还有一些操作性不强的内容，不能引起学生兴趣的内容，都不能获得好的学习效果。这些现实情况说明，的确有必要采用拓展实验解决这些问题。笔者近几年整理了教材内容，积累了一定的教学经验，又开设了学生课外科技班，发现拓展实验可以让学生取得良好的学习效果。下面，笔者就从课堂教学、深化理念、人文关怀等方面谈谈如何开设拓展实验。

2拓展性实验的拓展方向

在教学中笔者发现，多方面、多层次地开展拓展实验，对于提高学生科学素养是很有帮助的。

2.1在课堂教学活动方面进行拓展

学习效果是教学的第一要义，每位教师都应追求高效课堂和良好的学习效果。拓展性实验能在科学课堂教学中起到以下作用。（1）完善实验，使效果更明显。小学科学教材由于受到诸多限制，一般篇幅都不会长，教材中给出实验的科学原理需要学生从实验中得出。学生往往因为见识少、观察不到位，造成不能全面认识事物的科学原理，因而获得的结论较为模糊。因此，教师要从教学经验和学生需要出发，对教材实验进行处理，即把现象不明显、效果差、操作不易的实验进行加工，如更换材料、改变操作方式等，以优化课堂实验，从而让概念更清晰，结论更明确，学生学得更加轻松。例如，在学习三年级“磁铁”单元中“磁极的相互作用”一课时，教材给出的实验方法是让两个磁极相互靠近，填写受力情况，多次转换磁极，得出同种磁极相互排斥、异种磁极相互吸引的结论。但是，实验室提供的一般磁铁并不能很好地让学生感受到这种关系，因为磁铁磁力容易消失，或者可能是磁铁太重，排斥力不强，造成效果不明显。针对这种情况，笔者在实验中设计了“磁力车”来解决这个问题，即把磁铁黏在小车上，就能增加灵活度（图1）。在实验时，学生可用磁力把小车推过去或拉过来，操作性大大增强，学习效果颇佳。（2）替换实验，使结果更准确。对于那些操作时容易出现偏差、失误和偶然性较多的实验，教师可以设计优化的拓展性实验加以替换，以使过程可控、结果准确。例如，在学习五年级“运动和力”单元中“像火箭那样驱动小车”一课时，课文给出的实验是用气球带动小车前进，观察并记录反冲力。该实验存在以下问题：金属小车重，气球带动它跑不远；气球口在放气时容易抖动，带动小车容易跑偏，不方便测量；气球只能吹得很大，太小的话带动不了小车，不利于检测反冲力的大小。为了改变这些不利的情况，笔者在此基础上进行实验拓展，设计出沿直线运动的气球———气球火箭（图2）。找一条长绳，套上吸管，而吸管又黏在一块泡沫板上，板的另一边固定着气球。这时给气球充气，松手后，气球就会沿着绳子往前运动。因为有绳子作为轨道，所以气球是不会跑偏的。在实验时，还可以用打气筒控制气球充气量，然后测出气球在绳子上的滑动距离，以此来测量反冲力的大小。此拓展实验非常成功，把目测距离变为精确量化的数据，符合科学学习的严谨性，提高了学生学习的层次。（3）创新实验，使过程更精彩。兴趣是最好的老师，是学生学习的内驱力。同一个科学原理可以用不同的实验方式呈现出来，而用多个实验去研究同一种科学原理，相信每位学生都很有兴趣。在平时教学过程中，我们针对同一科学原理可以设计出几种实验方法，把最适合课堂学习的方法放入课堂中，而把有趣的方法放在课外作为补充，以丰富学生的经历，增加他们的兴趣。仍以“像火箭那样驱动小车”一课为例，教材中给出的实验是金属小车，课堂替换实验可以是气球火箭。但笔者感觉学生并没有过瘾，说好的像火箭那样，火箭哪里去了呢？为此，笔者又开创出新的拓展实验———酒精火箭。需要准备的材料：一根1m长的水管，一个瓶盖上有一个直径为6mm小孔的矿泉水瓶，高倍酒精和点火枪等。操作方法：把水管平放在架子上，向瓶中倒入5mL高倍酒精，振荡后放入水管中。在瓶口点火，瓶内酒精气体迅速燃烧膨胀，气体涌向瓶口，在反冲力作用下，瓶子就像火箭一样发出巨响，喷出火焰，水管向前飞去。在学生心理预期中，这才是他们想要的实验效果。声音和火焰以及飞行的距离都符合学生心中的火箭标准，非常震撼，大家都争着试一试。在课堂学习中，这个实验可能没有气球火箭那么好的学习效果，但在增加兴趣、培养学生对科学实验的期待方面是非常有效的。

2.2在深化理念方面进行拓展

科学来源于生活，又反馈于生活，现实生活中的每一项工程都需要科学技术的支持，同时也需要其他学科知识的融合。因此，科学的学习不仅仅是文本的学习，更应引入STEM理念，把数学、技术、工程的内容与科学相结合，深化学习科学的理念，感受科学、技术、工程之间的紧密联系［1］。教师应根据学生的年龄特征和需要，创造性地开展实验活动。针对2～3年级学生爱玩、爱吹泡泡的特点，笔者创设了新的拓展实验———吹泡泡。笔者只提供可以调制泡泡液的糖、洗洁精、水等材料。要想调出能吹出泡泡的液体，每种材料的用量，并不做要求，而是让学生自己去尝试找出最佳方案。笔者有意识地控制材料的量，则学生在调制过程中就须注意不能浪费，否则就没有可用的材料了，这在无形中形成了成本的概念。也正因为控制了材料的量，学生在实验中就须准确测量，从而用到了数学的概念。在教学中引入STEM理念，不仅提高了学生实验的难度，也增加了学生对实验的投入程度和关注程度，增加了他们的学习成就感。

2.3在社会需求方面进行拓展

科学是为人类服务的，我们在进行拓展实验时不能把它孤立起来，而应积极寻找时机，把所学知识服务于社会，有意识地引导学生用拓展实验来解决社会现实问题［2］。笔者所在学校建筑呈“回”字形结构，声音可多次回声，难以扩散，从而产生较大噪音。为此，笔者设计了一个噪音检测拓展实验,带领学生检测校园、小区、市场、商店等不同场所的噪音情况，积极提出整改方案，尝试制作减噪模型。学生的行动得到了环保局的高度赞扬，并开设讲座，指导学生如何测量噪音，鼓励他们再接再厉，争取把这个实验做得更好。这样的拓展实验很有意义，学生从小就懂得科学技术是人类文明进步的重要标志，从而树立起学科学、爱科学、用科学为人类服务的目标［3］。

3拓展实验对学生产生的影响

3.1拓宽了学生的知识面

接触拓展实验最多的是参加科技班的学生。两年来，为了培养学生爱生活、爱科学的情感，笔者在青少年宫开设了不同年龄段的科技班，主要是引导学生进行科技制作和拓展性实验的操作。学生经过1～2个学期的学习，学到了许多课本中没有的实验知识。例如，在一张纸托住一杯水、神奇的吸盘、杯子吸气球等系列拓展实验的学习中，学生认识到大气压力无处不在；在吹不翻的名片、人造雾、站在黄线外等火车”等系列拓展实验中，又进一步认识了伯努力定理。实验做多了，见识就广了，看到一些自然、生活现象，马上就能用科学原理解释它，而不会被假像所迷惑，这让科技班的学生感到很骄傲。

3.2提高了学生的操作能力

动手能力不是说出来的，而是练出来的。在课堂上，受时间和器材的限制，一次实验只能由小组里1～2个学生参与操作，而其他学生只能当看客。长此以往，这些看实验的学生得不到有效锻炼，体验不到实验操作的快乐，其操作能力也会越来越差。笔者假设，不受时间和地点的限制，那情况会不会改变呢？答案是，拓展实验可以不受教学计划的限制，做一次不过瘾还可以多做几次。此外，拓展实验的取材相对生活化，师生较容易就能找到实验材料。这样一来，实验地点也变自由了，学生可以在学校做，也可以在家里做。例如，做一支“吹不灭的蜡烛”，即在蜡烛里加入镁粉，点燃含有镁粉的蜡烛，吹灭后它会自动复燃。学生在这个实验中学会了做蜡烛、点火柴，玩了一次又一次，根本不用考虑时间、地点的因素。又如，“电子积木”实验的投放，更是让学生对各种电路的连接方式了如指掌。在拓展实验中，每一位想做实验的学生都能获得充分的操作机会，经过一次又一次的训练，其动手操作能力自然就提高了。

3.3培养了学生爱科学的情感

拓展实验比书本实验更有趣，这是大多数学生的印象。是的，大多数教师应该努力找出更有趣、更易被学生接受的实验作为拓展实验。这样一来，学生每次做实验都是快乐的，会越来越喜欢拓展实验，越来越爱科学。学生越热爱科学，学到的科学知识就越多，就会越投入，从而形成良性循环。两年来，笔者已设计了200多个拓展实验，对应着小学各个年级的科学内容，在教学和课外活动中发挥了重要的作用。

参考文献

［1］玛格丽特•赫尼，大卫•E•坎特.培养下一代STEM创新者［M］.赵中建，张悦颖，译.上海：上海科技教育出版社，2016.

［2］冯凌.促进融合的学习［M］.南京：江苏凤凰教育出版社，2016.

［3］喻伯军.创意科学实验［M］.杭州：浙江教育出版社，2016.

作者：胡昌成 单位：常山县天马二小