［摘 要］實驗教學是科學課堂教學的重要組成部分，是落實科學課程目標、全面提高學生科學素養(yǎng)和促進學生深度學習的重要途徑之一。教師基于深度學習理念，優(yōu)化實驗教學設計，改進和創(chuàng)新使用實驗器材，可有效突破教學的重難點，提高科學教學效果，發(fā)展學生高階科學思維，促進學生深度學習。

［關鍵詞］小學科學；實驗教學；深度學習

［中圖分類號］ G623.6 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-9068（2024）36-0092-04

科學是一門以實驗為基礎的學科，科學實驗的教學對促進學生深度學習、靈活運用科學知識有著重要作用。當前，在小學科學實驗教學中，各個學校的硬件設施和學情仍存在較大差異。因此，為確保科學實驗教學的效果，教師在教學過程中要善于改進實驗器材，創(chuàng)造性使用實驗教具，優(yōu)化實驗設計流程，以提高科學實驗教學的效率。下面，筆者以教科版科學教材三年級上冊《混合與分離》中的實驗教學為例，探討如何對實驗教學進行優(yōu)化，以促進學生深度學習。

一、教材分析

《混合與分離》選自教科版科學教材三年級上冊的“水”單元。三年級的學生已經(jīng)對生活中的分離案例有了一定了解，在之前的學習中也掌握了水和食鹽的一些性質，如“水蒸發(fā)變成水蒸氣”“持續(xù)加熱，水會沸騰并且大量蒸發(fā)”“水能溶解一定量的食鹽”“攪拌能加快食鹽溶解”等。本節(jié)課，教師要引導學生運用這些性質解決實際問題——分離混合物，即根據(jù)物質的不同特性選擇合適的方法進行分離。教材在“聚焦”板塊創(chuàng)設了生活情境“食鹽灑落在沙里了。怎樣把它們分離呢？”，以引起學生的注意，由此將本節(jié)課的主題確定為“混合與分離”。在“探索”板塊，教材設計了四個探索活動，并確定了本節(jié)課的教學重難點，分別為“觀察食鹽和沙的混合物，區(qū)分哪些是食鹽，哪些是沙”“思考怎樣將食鹽和沙分離”“用水分離食鹽和沙”“分離食鹽和水”。在“研討”板塊，教材讓學生對“探究”板塊中的實驗現(xiàn)象進行分析。教師可與學生一起交流：“沙和食鹽、食鹽和水是怎么分離的？水在分離過程中起到了什么作用？”學生將實踐和理論相結合，借助實驗現(xiàn)象探究科學的本質。此外，教材還設置了分離木屑和鐵屑混合物的拓展活動，讓學生遷移運用本節(jié)課習得的科學思維和知識，以實現(xiàn)深度學習。

二、教材實驗設計

1.觀察食鹽和沙的混合物，制訂分離方案

在教學過程中，教師要引導學生觀察食鹽和沙子的混合物，從顆粒大小、顏色、溶解性等物質特點區(qū)分食鹽和沙子，并進行歸納匯總；引導學生依據(jù)沙子不溶于水、食鹽溶于水的特點，制訂出分離方案：溶解—過濾—蒸發(fā)。

2.先用水溶解食鹽和沙子，再分離食鹽和沙子

（1）實驗器材與材料：水杯、攪拌棒、水、濾紙、漏斗、燒杯、食鹽和沙子混合物。

（2）實驗操作：首先，將濾紙和漏斗組成過濾裝置；其次，把食鹽和沙子混合物放入燒杯中；再次，往裝有食鹽和沙子混合物的燒杯中加水，邊加邊攪拌，直到食鹽完全溶解；最后，將溶解后的食鹽水通過過濾裝置進行過濾，把沙子分離出來。

3.將食鹽和水分離

（1）實驗器材與材料：蒸發(fā)皿、火柴、三腳架、酒精燈、攪拌棒、裝有食鹽水的燒杯。

（2）實驗操作：第一步，將蒸發(fā)皿、三腳架和酒精燈組成蒸發(fā)裝置；第二步，把食鹽水溶液倒入蒸發(fā)皿，放在三腳架上；第三步，用酒精燈加熱，邊加熱邊攪拌，當有白色顆粒出現(xiàn)時熄滅火焰，用余溫將白色顆粒慢慢烘干，收集蒸發(fā)皿中的白色顆粒。

4.實驗記錄

5.實驗注意事項

（1）沙子要提前用水清洗干凈并曬干。

（2）熟練使用過濾裝置，嚴格按照過濾操作流程執(zhí)行。

（3）熟練使用蒸發(fā)裝置，嚴格按照酒精燈點火、滅火、加熱等操作流程執(zhí)行。

（4）蒸發(fā)實驗中，當蒸發(fā)皿中有白色顆粒出現(xiàn)時，熄滅酒精燈。

（5）加熱后的蒸發(fā)皿很燙，請勿直接接觸。

三、教材實驗設計存在的不足

通過對教材實驗進行分析和實踐操作，我們發(fā)現(xiàn)三年級的學生在進行混合和分離實驗時存在以下問題。

1.思維跨度大

教材內(nèi)容旨在引導學生在觀察食鹽和沙子的特點后，根據(jù)其特點設計分離方案。然而在實際操作過程中，學生首先想到的方法是用篩子進行篩分，而不是先用水溶解食鹽再過濾、蒸發(fā)。教材中的原實驗設計越過了常規(guī)分離方法——篩分法，直接引導學生使用溶解和蒸發(fā)方法來分離食鹽和沙子。教學實踐證明，該實驗設計對于三年級學生而言思維跨度大，不符合大多數(shù)學生的思維認知。

2.操作難度高

在該實驗設計中，學生需要操作過濾和蒸發(fā)裝置。三年級學生是第一次使用過濾和蒸發(fā)裝置，并且在這一實驗操作中學生需要使用的實驗儀器較多，操作復雜，耗時較長，會直接影響實驗教學效果。具體體現(xiàn)在以下兩個方面：一是需要學生在課前耗費大量時間學習規(guī)范操作，確保實驗的成功；二是學生在實際操作過程中會花費大量時間、精力去記憶繁復的操作要點，從而縮減了培養(yǎng)科學思維的時間。

3.實驗時間長

在教學過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學生使用濾紙和酒精燈成功分離出食鹽的時間普遍在20分鐘以上。為了確保教學進度，不少教師會采取先將過濾裝置放置在一旁以繼續(xù)推進課堂的策略，或者減少蒸發(fā)皿中食鹽水容量的方法以節(jié)約時間，但也仍需十幾分鐘才能完成實驗。

4.安全隱患大

考慮到三年級學生的學習特點，盡管教師會課前圍繞實驗儀器的使用方法和注意事項對學生進行反復講解和訓練，但是學生在使用蒸發(fā)皿和酒精燈等儀器的過程中還是會存在安全隱患，如打破玻璃漏斗、酒精燈操作不規(guī)范導致安全事故發(fā)生等。因此，很多教師在這節(jié)課中通常會選擇演示實驗或觀看微課視頻的方式來進行實驗教學，但這一做法在確保安全的同時，也使學生失去了寶貴的實踐體驗機會。

四、針對教材實驗的優(yōu)化設計思路

筆者針對教材原實驗設計存在的不足，結合教學經(jīng)驗，通過不斷地探索和實踐，認為可從教學情境、實驗物質、實驗儀器三個方面對該實驗進行優(yōu)化設計。

1.優(yōu)化教學情境，符合學生認知

教材中的情境是“食鹽灑落在沙里了。怎樣把它們分離呢？”。在大部分學生的認知中，食鹽灑落在沙里的情境很牽強，甚至會對該情境產(chǎn)生疑問，如“食鹽為什么會灑落在沙里”等。因此，在優(yōu)化實驗過程中，筆者創(chuàng)設了“在制取海鹽的過程中，如何進行海鹽提純”的學習情境，更符合三年級學生的認知水平。

2.增加實驗物質，增設篩分實驗

教材中要求分離食鹽和沙的混合物，教師可以將貝殼混入其中，使科學實驗更具有挑戰(zhàn)性。此外，由于貝殼和沙子、食鹽存在明顯的區(qū)別，所以學生能在實驗操作過程中發(fā)現(xiàn)大小不同的物體可以用篩分法分離。學生通過篩分后能得到食鹽和沙子的混合物。此時，課堂就自然過渡到對本單元知識的教學——水的溶解性，通過加熱水溶解食鹽、過濾蒸發(fā)等操作分離食鹽和沙子。

3.更換實驗儀器，提高實驗效率

在本次實驗中，針對使用玻璃漏斗和酒精燈會導致實驗操作過程耗時較長且存在安全隱患等問題，筆者選擇使用更便捷、安全系數(shù)更高的高目數(shù)濾網(wǎng)來替代玻璃漏斗進行過濾操作，使用高效、環(huán)保、安全的微型電爐來替代酒精燈進行加熱操作，這樣就省去了三腳架和石棉網(wǎng)等實驗器材。同時，筆者將白色圓底蒸發(fā)皿改成了透明平底蒸發(fā)皿。透明的材質更有利于觀察食鹽晶體的析出，并且平底相較圓底受熱面積更大、蒸發(fā)速度更快，可以減少實驗時間，提升實驗效率。

五、優(yōu)化實驗設計

教師可結合深度學習理論，依據(jù)教材實驗優(yōu)化設計思路。筆者對該實驗進行了以下優(yōu)化設計。一是觀察貝殼、沙子和食鹽的混合物，并根據(jù)三者特征確定分離方法。二是依據(jù)分離方法逐步進行分離。先用篩分法將貝殼分離出來；再往沙子和食鹽的混合物中加入適量清水，在食鹽溶解后使用過濾裝置進行過濾，分離出沙子；最后將食鹽水進行蒸發(fā)，得到食鹽。三是按照分離方法逐步進行實驗，并及時記錄實驗現(xiàn)象。具體操作步驟如下。

1.觀察貝殼、食鹽和沙子的特征，確定實驗方案

教師可引導學生猜想并討論混合物中三種物質的特質（見表2），并根據(jù)其特質的不同設計實驗方案。

教師引導學生從顏色、大小、溶解性三個維度，將貝殼、食鹽和沙子進行對比，并依據(jù)三者不同的特質，確定了本實驗需要用到的四種實驗方法，即篩分（物質大小不同）、溶解（溶解性不同）、過濾（物質大小不同）、蒸發(fā)（水易蒸發(fā)），實驗流程為篩分（分離出貝殼）—溶解和過濾（分離出沙子）—蒸發(fā)（分離出鹽）。

2.用篩分法分離貝殼

（1）實驗器材與材料：裝有混合物（貝殼、沙子和食鹽）的杯子、篩子、大燒杯。

（2）實驗操作：將篩子放在大燒杯上，將混合物（貝殼、沙子和食鹽）倒入篩子中，輕輕左右搖動篩子，直到沙子和食鹽完全掉入大燒杯中。此時留在篩子上的為貝殼，燒杯內(nèi)裝的是沙子和食鹽混合物，貝殼被分離出來。

3.用溶解法和過濾法分離沙子

（1）實驗器材與材料：裝有沙子和食鹽混合物的大燒杯、攪拌棒、水、高目數(shù)濾網(wǎng)、大燒杯

（2）實驗操作：先將濾網(wǎng)固定在大燒杯上組成過濾裝置，往裝有沙子和食鹽混合物的大燒杯中加入適量的水，邊加邊攪拌，直到食鹽完全溶解；再將溶解后的食鹽水倒入過濾裝置，把沙分離出來，得到食鹽水。

4.用蒸發(fā)法分離食鹽

（1）實驗器材與材料：攪拌棒、裝有食鹽水的大燒杯、平底蒸發(fā)皿、微型電爐。

（2）實驗操作：將平底蒸發(fā)皿放在微型電爐上組成蒸發(fā)裝置，將大燒杯中的食鹽水倒入平底蒸發(fā)皿，用微型電爐加熱，邊加熱邊攪拌。當有白色顆粒出現(xiàn)時，關閉微型電磁爐，用余溫將白色顆粒慢慢烘干，收集平底蒸發(fā)皿中的白色顆粒。

5.實驗記錄

6.實驗注意事項

（1）沙子和貝殼要提前清洗干凈并曬干。

（2）正確使用微型電爐，加熱前做好相關培訓，注意操作安全。

（3）蒸發(fā)實驗中，當蒸發(fā)皿中有白色顆粒出現(xiàn)時，立即關閉微型電爐。

（4）加熱后的蒸發(fā)皿和微型電爐很燙，請勿直接用手接觸。

六、實驗創(chuàng)新點

筆者通過優(yōu)化教材實驗設計得到了很好的效果反饋：在整個實驗過程中，學生思維連貫，積極參與探究和討論。以下是實驗的創(chuàng)新點。

1.探究問題有情境

科學實驗教學中的情境創(chuàng)設，對學生的探索欲望有重要影響。原教材中的實驗情境是“食鹽灑落在沙里了。怎樣把它們分離呢？”，不符合大部分學生的生活認知，導致學生對此情境的真實性產(chǎn)生疑問，從而影響他們探索的積極性。通過教學實踐可以發(fā)現(xiàn)，學生普遍對物質制取類的情境充滿好奇心，具有很強的探索欲。因此，在新的教學設計中，筆者創(chuàng)設從海水中制取食鹽的情境，以激發(fā)學生的探索欲。

2.實驗材料有結構

實驗材料的選取會直接影響實驗效果的呈現(xiàn)。教材重點探究了沙子和食鹽的分離實驗，選取沙子和食鹽這兩種材料進行混合和分離。在探索環(huán)節(jié)，先讓學生觀察沙子和食鹽并進行區(qū)分，再讓學生思考并設計分離沙子和食鹽的方案。在實際教學過程中，很多學生潛意識里想到的就是通過篩子進行篩分，而不是用水溶解。為了讓實驗更具探究性和連貫性，筆者在設計新的實驗時，在混合物中增加了貝殼，形成了一組物質大小不同、溶解情況不同、有結構的材料。這樣能夠更有效地引發(fā)學生思考，并根據(jù)實驗材料的特點制訂出完整的分離方案：篩分（分離出貝殼）—溶解和過濾（分離出沙子）—蒸發(fā)（分離出鹽）。

3.實驗器材有創(chuàng)新

實驗操作是學生完成實驗的必要步驟，而復雜的操作過程和較低的器材效率不僅會占用寶貴的課堂時間，還會消耗學生的專注力。教材中的混合和分離實驗涉及溶解、過濾和蒸發(fā)等步驟，操作時間長、步驟多、過程復雜。此外，教材的實驗設計需要用到過濾和蒸發(fā)儀器，對于三年級學生而言，操作這些實驗儀器存在較大難度。在新的實驗設計中，通過使用高目數(shù)濾網(wǎng)和微型電爐替代玻璃漏斗和酒精燈，簡化了過濾和蒸發(fā)的實驗裝置，降低了實驗操作難度，更加符合三年級學生的實驗操作水平，同時節(jié)約了課堂時間，讓學生能夠更充分地開展科學思維活動。

總之，教師在進行實驗教學優(yōu)化設計時，一方面需要研讀教材和課標，根據(jù)學生實際和現(xiàn)有教學資源，積極開發(fā)、創(chuàng)新和優(yōu)化科學實驗教學，并不斷進行實踐、反思和完善；另一方面，在教學過程中要扮演好主導角色，積極發(fā)揮學生的主體作用，將課堂交給學生，引導學生在真實情境中進行探索，鼓勵學生勇于表達、善于發(fā)現(xiàn)和總結。教師對實驗設計進行創(chuàng)新和優(yōu)化，將理論與實踐相結合，能夠有效突破教學重難點，提高科學課堂的教學效率，真正實現(xiàn)學科育人的課程目標。

［ 參 考 文 獻 ］

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[2] 趙丕顯.小學科學實驗教學創(chuàng)新[J].天津教育，2024（18）：59-62.

[3] 楊冬艷.小學科學探究式實驗教學策略[J].寧夏教育，2024（5）：53-54.

[4] 焦穎.小學科學實驗教學的優(yōu)化策略探究[J].小學教學研究，2024（8）：45-46，49.

（責編 廖婷婷 杜 華）