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拓展实验科学素养培养

2019/03/07 阅读:

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

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