☉管亞明

科學(xué)實驗材料是小學(xué)科學(xué)教師開展各類科學(xué)教學(xué)實踐活動的重要工具之一，更是在科學(xué)實踐過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)能力、科學(xué)精神、科學(xué)思維、探究能力、創(chuàng)新能力等的重要手段。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實驗材料的合理運用，還可以改善、調(diào)動小學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)情感，使之能夠真正愛上科學(xué)、迷上科學(xué)，在提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的過程中還可以促進(jìn)學(xué)生高階思維的形成與發(fā)展。結(jié)構(gòu)性實驗材料就是結(jié)合實驗具體需求對相應(yīng)實驗材料進(jìn)行合理的組合，確定實驗材料所應(yīng)用的具體順序，以此來提高實驗的準(zhǔn)確性以及科學(xué)性，最終促使學(xué)生能夠高效完成相關(guān)知識的深層次建構(gòu)以及學(xué)科素養(yǎng)的進(jìn)一步發(fā)展［1］。因此，結(jié)構(gòu)性實驗材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)或是實驗教學(xué)中的應(yīng)用，既可以有效提升教學(xué)效能，又可以引發(fā)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維以及探究能力，在提高科學(xué)教學(xué)（尤其是科學(xué)實驗教學(xué)）質(zhì)量的同時，也有效促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

一、結(jié)構(gòu)性實驗材料的分類及教學(xué)應(yīng)用范圍

結(jié)構(gòu)性實驗材料主要分為以下幾大類：

第一，引導(dǎo)型實驗材料。引導(dǎo)型實驗材料的主要應(yīng)用目的就是利用實驗材料來引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)、實踐以及自主探究的積極性，使學(xué)生能夠在該實驗材料的影響下高質(zhì)、高效地完成科學(xué)知識的學(xué)習(xí)活動。

第二，認(rèn)知型實驗材料。認(rèn)知型實驗材料的主要應(yīng)用目的就是促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)科學(xué)概念、科學(xué)規(guī)律的認(rèn)知與理解，為進(jìn)一步提高學(xué)生對科學(xué)知識要點、難點或是科學(xué)實驗理念的理解提供保障。

第三，模擬型實驗材料。模擬型實驗材料的主要應(yīng)用目的就是有效降低科學(xué)知識的抽象性，提高學(xué)生的理解程度，為提高學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)、實踐的質(zhì)量提供保障。

第四，探究型實驗材料。探究型實驗材料的主要應(yīng)用目的就是激發(fā)、調(diào)動學(xué)生利用探究型實驗材料自主開展一些科學(xué)知識的探究、探索活動，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神、實踐能力以及創(chuàng)新能力。

第五，拓展型實驗材料。拓展型實驗材料的主要應(yīng)用目的就是在開展科學(xué)教學(xué)或是實踐的基礎(chǔ)上還可以引導(dǎo)學(xué)生就一些拓展型實驗材料進(jìn)行個性化的科學(xué)實驗探究，以此來改善、培養(yǎng)學(xué)生探究意識、科學(xué)思維、科學(xué)精神以及創(chuàng)新能力，最終為促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展奠定基礎(chǔ)［2］。

二、結(jié)構(gòu)性實驗材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)應(yīng)用中存在的問題

（一）教師缺乏結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用意識

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，個別小學(xué)科學(xué)教師在一些抽象性或是具體的科學(xué)實驗教學(xué)時，多利用現(xiàn)代信息技術(shù)為學(xué)生搜集或是制作相應(yīng)的教學(xué)課件，讓學(xué)生能夠通過觀看視頻來了解、學(xué)習(xí)相關(guān)的科學(xué)知識或是實踐。由于教師缺乏對結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用意識，進(jìn)而導(dǎo)致其在教學(xué)實踐中應(yīng)用的實驗材料（尤其是結(jié)構(gòu)性實驗材料）較少，這對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識、科學(xué)思維與科學(xué)精神等均造成一定的影響。

（二）結(jié)構(gòu)性實驗材料的教學(xué)應(yīng)用效率低

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，個別小學(xué)科學(xué)教師在應(yīng)用結(jié)構(gòu)性實驗材料開展教學(xué)時，多以自己的實踐操作為主，學(xué)生則通過被動式的“觀看”“思考”去完成科學(xué)知識的學(xué)習(xí)與建構(gòu)。毫無疑問，這也直接影響到了結(jié)構(gòu)性實驗材料在科學(xué)教學(xué)實踐中的應(yīng)用效率，不利于學(xué)生科學(xué)知識的建構(gòu)以及科學(xué)思維、科學(xué)精神、探究能力的培養(yǎng)，最終也會影響到學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。

三、結(jié)構(gòu)性實驗材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）引導(dǎo)型結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用策略

引導(dǎo)型結(jié)構(gòu)性實驗材料的教學(xué)應(yīng)用可以引發(fā)學(xué)生的科學(xué)思考，使之能夠在結(jié)構(gòu)性實驗材料的引導(dǎo)下引發(fā)自主探究科學(xué)問題的激情，這對改善學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)情感、提升其學(xué)習(xí)效能具有良好的推動作用。同時，引導(dǎo)型結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用，還可以有效改善傳統(tǒng)科學(xué)知識、規(guī)律單向灌輸?shù)谋锥?，使學(xué)生能夠通過各種實驗材料的“應(yīng)用”與“變化”而產(chǎn)生各種各樣的質(zhì)疑，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生的深層次思考。學(xué)生自主展開科學(xué)分析與探究，這對改善學(xué)生科學(xué)思維、促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展具有重要的意義［3］。

如，在“證實空氣的存在”實驗中，教師就可以讓學(xué)生拿出自己準(zhǔn)備好的氣球（或塑料袋）、皮套（或棉線）、針（或碳素筆）等，并為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個自主探究的情境：“同學(xué)們，我們?nèi)绾卫檬诸^的材料去證明或驗證空氣的存在呢？說出你們的想法或是驗證方案。”此時，學(xué)生的科學(xué)思維、想象力瞬間被釋放，其思考的范圍也被“縮小”至手頭的既有實驗材料上，這也進(jìn)一步將問題簡單化，避免給學(xué)生造成較多的困惑。于是，一些學(xué)生想到了將氣球或是塑料袋吹大（不能吹得太滿）、用棉線封好，再用針或碳素筆尖把氣球或塑料袋扎破，并將其移至臉頰處，擠壓氣球或塑料袋。此時，臉頰處就會感覺到有氣流流出。當(dāng)學(xué)生親身驗證完畢后，教師還可以借助一些問題來進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)知識的鞏固與內(nèi)化：“我們周圍的空氣的形態(tài)是什么樣的？”“當(dāng)我們坐在火車上，一打開窗時迎面就會有強烈的風(fēng)吹來，這是什么道理呢？”等等。此類利用引導(dǎo)型結(jié)構(gòu)性實驗材料與相關(guān)引導(dǎo)性的問題結(jié)合，既可以引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的熱情與興趣，還可以促進(jìn)學(xué)生能夠利用手頭的實驗材料進(jìn)行個性化、自主化的科學(xué)實驗活動，這對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究能力均具有良好的推動作用。

（二）認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用策略

科學(xué)概念是學(xué)生高效認(rèn)識、學(xué)習(xí)科學(xué)知識的基礎(chǔ)。小學(xué)科學(xué)教材中有很多概念，認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實驗材料則可以避免教師灌輸式、單向的口述式教學(xué)，并通過相關(guān)的認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實驗材料展示或是實踐操作來幫助學(xué)生更好地對相關(guān)的科學(xué)概念有一個更直觀、更清晰的認(rèn)知，對改善學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)情感、提升科學(xué)知識獲取能力、促進(jìn)知識內(nèi)化、提升課堂教學(xué)質(zhì)量均具有重要現(xiàn)實意義［4］。

例如，在《認(rèn)識固體》教學(xué)時，學(xué)生往往對固體的概念理解較困難。因此，教師則可以為學(xué)生提供大量的認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實驗材料。例如，利用水與冰的對比，并借助相應(yīng)的問題來引導(dǎo)學(xué)生在對比過程中進(jìn)行深層次的思考與辨析：“同學(xué)們，大家對水和冰都十分熟悉，你們能說出它們的特點嗎？”于是，學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗及既有生活常識，馬上就會得出相應(yīng)的答案：“水能流動，冰不能?！薄八芰鲃?，還是軟的；冰不能流動，是固定的形狀?！贝藭r，教師就可以繼續(xù)結(jié)合固體的概念，利用問題引導(dǎo)學(xué)生自主探索固體的概念：“水是流動的液體，冰是固體。那么，我們?nèi)绾稳^(qū)分液體與固體呢？”在學(xué)生進(jìn)行思考的過程中，教師就可以為學(xué)生提供更多的固體材料，如玻璃、石塊、木棒、鑰匙等等，使學(xué)生能夠?qū)⑦@些固體材料與“水”“冰”的差異進(jìn)行對比性分析，最終，促使學(xué)生能夠?qū)腆w的概念、特點有一個初步的認(rèn)識。隨后，教師再正式引入固體的概念，這也有利于學(xué)生對固體概念的理解與內(nèi)化。為了改善、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維以及思維嚴(yán)謹(jǐn)性，教師就可以利用“黃沙”材料，為學(xué)生演示“流動的固體”，使學(xué)生能夠理解：“有一些固體也可以‘流動’。”這對幫助學(xué)生逐步形成良好的科學(xué)思維、發(fā)散思維均具有積極的作用。由此可見，認(rèn)知型結(jié)構(gòu)性實驗材料在概念及一些科學(xué)現(xiàn)象教學(xué)中的應(yīng)用，可以改善學(xué)生學(xué)習(xí)方式與思維方式，并從直觀的認(rèn)識中逐步提高自身對科學(xué)概念、科學(xué)現(xiàn)象等的理解，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

（三）模擬型結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用策略

模擬型結(jié)構(gòu)性實驗材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，一方面可以降低一些科學(xué)知識的抽象性；另一方面還可以提高學(xué)生對科學(xué)知識的理解。另外，教師還可以組織學(xué)生對模擬型結(jié)構(gòu)性實驗材料開展自主操作或是實踐應(yīng)用，進(jìn)一步提高學(xué)生對科學(xué)知識的理解，且對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實踐能力、科學(xué)實驗的設(shè)計能力等也具有重要的促進(jìn)作用。

例如，在《沉浮與什么因素有關(guān)》教學(xué)時，教師可以為學(xué)生提供一些相關(guān)實驗?zāi)Ｐ停绮煌笮〉乃芰闲〈Ｐ秃徒饘傩〈Ｐ?、潛水艇模型、大水槽、砝碼、清水等。教師可以利用這些結(jié)構(gòu)性實驗材料為學(xué)生模擬小船航行。學(xué)生在對各種小船模型進(jìn)行實踐觀察之后，就能夠初步了解沉浮的基本關(guān)系。隨后，教師還可以組織學(xué)生往不同大小的小船上逐步添加不同質(zhì)量的砝碼，讓學(xué)生能夠初步了解小船的沉浮與小船的重量、體積存在著密切的相關(guān)性。當(dāng)學(xué)生完成了對小船沉浮與重量、體積相關(guān)知識學(xué)習(xí)之后，教師就可以再組織學(xué)生自主利用潛水艇模型及相關(guān)結(jié)構(gòu)性實驗材料（學(xué)生還可以根據(jù)自己實驗的需求自行添加一些材料）進(jìn)行相應(yīng)的沉浮實驗操作以及自主驗證。模擬型結(jié)構(gòu)性實驗材料的使用，既可以彌補既往課堂教學(xué)中學(xué)生無法真實參與、體驗各種科學(xué)實驗的不足，又可以利用相關(guān)實驗材料以更直觀的方式將各種科學(xué)知識、科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)實驗過程與結(jié)果呈現(xiàn)給學(xué)生，可以有效化解科學(xué)知識中的難點問題，還能為促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（四）探究型結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用策略

探究型結(jié)構(gòu)性實驗材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，一方面可以培養(yǎng)、激發(fā)學(xué)生自主開展各種科學(xué)知識、科學(xué)實驗探究活動的情感；另一方面還可以促使學(xué)生在科學(xué)知識、現(xiàn)象、規(guī)律等的探究活動中逐步形成良好的科學(xué)思維、科學(xué)精神以及實踐應(yīng)用能力［5］。

例如，在《導(dǎo)體與絕緣體》教學(xué)時，教師可以為學(xué)生提供相應(yīng)的探究型結(jié)構(gòu)性實驗材料，如鐵絲、木頭、塑料尺、鋼尺、回形針等，讓學(xué)生自主分析、判斷哪些是導(dǎo)電物體，哪些是絕緣物體。當(dāng)學(xué)生可以結(jié)合科學(xué)知識、生活經(jīng)驗輕易判斷出導(dǎo)電物體或絕緣物體時，學(xué)生的成就感、自豪感也會隨之產(chǎn)生。此時，教師再適時地為學(xué)生展示另一組探究型結(jié)構(gòu)性實驗材料，潮濕的木頭、完全被絕緣膠帶包裹的鋼尺、帶塑料把的金屬螺絲刀，再讓學(xué)生進(jìn)行分析與判斷，哪些物體可以導(dǎo)電、哪些物體是絕緣的。學(xué)生在自主進(jìn)行實踐實驗、驗證的過程中就會產(chǎn)生“疑惑”：“為什么原來導(dǎo)電的物體不再導(dǎo)電了？”“為什么原來絕緣的物體導(dǎo)電了？”此時，教師再引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)知識進(jìn)行個性化的分析與猜測（即推理分析）。學(xué)生在親歷“知識——現(xiàn)象——分析——推理——驗證”的科學(xué)知識生成過程中，使之能夠?qū)Ω嗟目茖W(xué)知識、現(xiàn)象以及科學(xué)探究產(chǎn)生濃厚的興趣，最終為促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)高效地形成與發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

（五）拓展型結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用策略

拓展型結(jié)構(gòu)性實驗材料在科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用作用就是利用這些實驗材料來拓展、豐富學(xué)生的科學(xué)知識體系、知識視野以及提高學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)、實踐驗證的能力，最終為改善、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神、探究能力、科學(xué)思維、創(chuàng)新能力等提供保障。

例如，在進(jìn)行《熱脹冷縮》教學(xué)時，教師在學(xué)生全面認(rèn)識到熱脹冷縮現(xiàn)象之后，還可以將相關(guān)知識加以拓展性地引導(dǎo)——固體具有熱脹冷縮的性質(zhì)，同樣，氣體也能夠發(fā)生熱脹冷縮。同時，教師可為學(xué)生提供相應(yīng)的拓展型結(jié)構(gòu)性實驗材料。例如，銅球、燒瓶、酒精燈、火柴、鵪鶉蛋（或其他物體），讓學(xué)生在不破壞鵪鶉蛋（或其他物體）、燒瓶的基礎(chǔ)上，將鵪鶉蛋（或其他物體）放入燒瓶之中。此時，一些聰明的學(xué)生往往會結(jié)合課堂學(xué)習(xí)到的“熱脹冷縮”知識進(jìn)行相應(yīng)的方法的推斷，于是一些學(xué)生想到先將燒瓶加熱，再將常溫下的鵪鶉蛋放在燒瓶口上，待燒瓶冷卻后，就可以將鵪鶉蛋（或其他物體）吸入燒瓶內(nèi)。此類拓展型結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用，既可以提高學(xué)生對“熱脹冷縮”知識的理解，又可以提高實踐應(yīng)用、創(chuàng)新應(yīng)用的能力，最終為強化學(xué)生科學(xué)知識體系、促進(jìn)知識內(nèi)容以及科學(xué)素養(yǎng)的形成奠定基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

結(jié)構(gòu)性實驗材料在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，既可以有效發(fā)揮其輔助教學(xué)的作用，還可以提高學(xué)生對科學(xué)知識、現(xiàn)象、概念等的理解程度。同時，還可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)、實驗及各種科學(xué)探究活動的情感。因此，教師在應(yīng)用結(jié)構(gòu)性實驗材料開展科學(xué)教學(xué)活動時，必須要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、結(jié)構(gòu)性實驗材料的類型進(jìn)行針對性的應(yīng)用，進(jìn)而才能保障各類結(jié)構(gòu)性實驗材料的應(yīng)用效果，并為促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展提供保障。