优化实验材料，助力科学探究

摘要：优化实验材料，助力科学探究，这一理念在苏教版科学《物质的变化》这一单元中得到了生动的体现。在实际教学过程中，教师们发现，部分实验由于缺少合理、直观、有效的实验器材，导致学生在观察、思考和探讨实验现象时遇到障碍，难以有效建构科学概念。

关键词：实验材料；科学探究；物质的变化

引言：

以《物质的变化》单元中的蜡烛燃烧实验为例，传统的实验材料虽然能够展示蜡烛燃烧的基本现象，但在实际操作中，学生们往往难以直观地观察到燃烧过程中产生的新物质，如水和二氧化碳等。此外，实验材料的安全性、可操作性以及与实际生活的联系性也存在一定的不足。

一、优化实验材料以助力科学探究在小学科学实验的必要性

（一）实验材料需直观易懂

小学科学实验通常面向的是低年级学生，他们的认知能力和理解能力相对有限。因此，在选择和优化实验材料时，教师需要确保材料直观易懂，能够清晰地展示实验现象和结果。例如，在《物质的变化》单元中，通过选择颜色变化明显、反应迅速的实验材料，如白醋与小苏打混合产生二氧化碳气体的实验，可以帮助学生更直观地理解物质变化的过程和结果。

（二）实验材料需安全可靠

安全是小学科学实验的首要原则。在选择和优化实验材料时，教师需要充分考虑材料的安全性，避免使用有毒、易燃、易爆等危险物品。同时，材料的尺寸、形状等也需要符合学生的操作水平，以防止意外事故的发生。在《物质的变化》单元中，如蜡烛燃烧实验，教师需要确保蜡烛的固定方式安全稳定，避免蜡烛倾倒引发火灾等安全隐患。

（三）实验材料需与生活实际相联系

小学科学实验的目的之一是培养学生的科学素养，让他们能够将所学知识应用于实际生活中。因此，在选择和优化实验材料时，教师需要注重材料与生活实际的联系性。通过选择生活中常见的物品作为实验材料，如利用厨房中的白醋和小苏打进行化学实验，可以帮助学生更好地理解科学知识与生活之间的联系，激发他们对科学的兴趣和好奇心。

（四）实验材料需具有引导性和启发性

小学科学实验不仅要展示实验现象和结果，还要引导学生进行思考和探究。因此，在选择和优化实验材料时，教师需要注重材料的引导性和启发性。通过设计具有层次性和递进性的实验材料，如从简单的物理变化到复杂的化学变化实验材料的逐步过渡，可以帮助学生逐步深入理解科学概念，培养他们的逻辑思维和创新能力。

二、优化实验材料对助力科学探究的意义

（一）提升实验效果与直观性

优化实验材料能够显著提升实验的直观性和效果。在《物质的变化》单元中，例如蜡烛燃烧实验，通过改进实验装置和材料，如使用内壁涂有澄清石灰水的烧杯来观察燃烧产生的二氧化碳，或使用更易于观察的实验器材来展示水结冰的过程，可以使学生更直观地观察到实验现象，从而更深入地理解物质变化的过程和结果。

（二）增强安全性与可操作性

安全性是小学科学实验不可忽视的重要方面。优化实验材料能够降低实验的风险，确保学生在安全的环境下进行实验。例如，在蜡烛燃烧实验中，通过改进蜡烛的固定方式，使用更稳定的支架或底座，可以防止蜡烛倾倒引发火灾等安全隐患。同时，优化后的实验材料也更具可操作性，使学生能够更容易地进行实验，减少实验过程中的困难和挫折感。

（三）促进知识迁移与实际应用

优化实验材料还有助于促进知识的迁移和实际应用。当实验材料与生活实际紧密相关时，学生可以更容易地将所学知识应用于实际生活中。例如，在《物质的变化》单元中，通过选择生活中常见的物品作为实验材料，如利用厨房中的白醋和小苏打进行化学实验，可以帮助学生更好地理解科学知识与生活之间的联系，并激发他们对科学的兴趣和好奇心。这种联系不仅有助于加深学生对科学概念的理解，还能培养他们的创新思维和解决问题的能力。

（四）培养科学素养与创新能力

优化实验材料对培养学生的科学素养和创新能力具有重要意义。通过参与实验活动，学生可以经历发现问题、提出假设、设计方案、开展实验、交流讨论和得出结论等科学探究过程。这些过程不仅有助于学生掌握基本的科学知识、思维方法和科学方法，还能培养他们的科学观念、科学思维能力和探究实践能力。同时，优化后的实验材料更具挑战性和趣味性，能够激发学生的创新思维和想象力，培养他们的创新精神和实践能力。

（五）提高教学效率与质量

优化实验材料还能提高教学效率和质量。通过选择更直观、易于操作的实验器材和材料，教师可以更容易地引导学生进行实验活动，减少实验过程中的时间浪费和无效劳动。同时，优化后的实验材料也更易于观察和记录实验现象和数据，从而使学生更准确地得出结论和验证假设。这种高效、准确的实验过程不仅有助于提高学生的科学素养和创新能力，还能提高教师的教学效率和质量。

三、优化实验材料以助力科学探究在小学科学教育的策略

（一）选择直观化材料

直观化材料在小学科学实验中的应用至关重要，它们能够极大地帮助学生更直观地观察和理解实验现象，特别是在苏教版科学《物质的变化》单元中。以蜡烛燃烧实验为例，传统的实验方法往往难以直接展示燃烧过程中产生的气体，而优化后的实验材料则能够巧妙地解决这一问题。教师可以选用内壁涂有澄清石灰水的烧杯作为实验容器，当蜡烛在烧杯内燃烧时，其产生的二氧化碳气体会与烧杯内壁的澄清石灰水发生化学反应，导致石灰水从清澈透明逐渐变得浑浊。这一明显的颜色变化不仅直观地展示了燃烧过程中气体的产生，还使学生能够清晰地观察到二氧化碳这一无色无味气体的存在和性质。通过这种直观化的实验材料，学生可以更深入地理解燃烧反应的本质，以及物质在燃烧过程中发生的化学变化。同时，这种实验方法也激发了学生对科学探究的兴趣和好奇心，引导他们主动探索物质的奥秘，为今后的科学学习奠定了坚实的基础。因此，在小学科学实验中，选择和使用直观化材料是提升教学效果、培养学生科学素养的重要途径之一。

（二）整合结构性材料

整合结构性材料在小学科学实验中的运用，不仅能够显著简化实验步骤，提高实验操作的效率，还能够加深学生对科学原理的理解。以探究铁钉生锈原因为例，传统的实验方法往往需要学生分别准备多个实验装置，分别模拟不同的环境条件，操作繁琐且容易出错。而通过整合结构性材料，教师可以巧妙地设计一个综合性的实验装置，该装置内部划分出不同的区域，分别放置湿润的棉花、干燥的空气、盐水等环境材料，然后将铁钉分别置于这些特定环境中进行观察。这样的设计不仅简化了实验步骤，避免了重复劳动，更重要的是，通过在同一装置内进行对比实验，学生可以直观地观察到铁钉在不同环境下的生锈情况，从而更清晰地理解铁钉生锈与水分、氧气以及电解质存在之间的密切关系。这种整合结构性材料的实验方法，不仅提高了实验教学的效率，还增强了学生的观察能力和逻辑思维能力，使他们能够更加深入地理解科学现象背后的本质规律，为未来的科学学习和探究打下坚实的基础。

（三）优化危险性材料

在小学科学教育中，确保学生的安全是实验教学的首要原则。对于《物质的变化》单元中那些涉及易燃易爆或有毒物质的实验，教师必须采取严格的安全措施，以保护学生的身心健康。针对这些具有危险性的实验材料，进行安全处理或替换是确保实验安全性的关键步骤。在实际操作中，教师可以寻找更安全的替代品来替代那些具有潜在危险的实验材料。以探究物质燃烧的实验为例，传统的实验可能使用易燃易爆的燃料，如酒精灯或火柴等，这些材料在使用过程中存在一定的安全隐患。为了降低风险，教师可以选择使用更安全的替代品，如LED灯模拟火焰效果的装置，或者采用其他不易燃且能模拟燃烧过程的实验材料。这样，既保留了实验的科学性，又大大降低了实验过程中的安全风险。除了选择安全的替代品外，教师还可以采取必要的安全防护措施来确保实验的安全性。例如，在实验前对学生进行详细的安全教育，让他们了解实验材料的安全性质和操作规程；在实验过程中，教师需全程监督，确保学生按照正确的步骤进行操作；同时，准备必要的急救设备和防护措施，如防护眼镜、手套等，以应对可能发生的意外情况。

（四）选择生活化材料

生活化材料在小学科学实验中的运用，旨在拉近科学与日常生活之间的距离，激发学生的学习兴趣和探索欲望。以探究物质溶解的实验为例，教师不必局限于实验室中的专业试剂，而是可以巧妙地选取生活中常见的物质，如食盐、糖、沙子等，作为实验材料。这些材料不仅易于获取，而且与学生的生活紧密相关，能够引发他们的好奇心和探究欲。在实验过程中，教师可以引导学生观察这些物质在水中的溶解情况，如食盐和糖逐渐溶解于水，形成透明的溶液，而沙子则无法溶解，依然保持固态。通过观察这些现象，学生可以直观地理解溶解的概念，即物质在溶剂中逐渐分散并形成均匀溶液的过程。同时，教师还可以进一步引导学生探讨不同物质溶解速度的影响因素，如温度、溶剂种类等，从而培养他们的观察能力和分析能力。生活化材料的运用，不仅使科学实验更加贴近学生的生活实际，增强了实验的趣味性和可操作性，更重要的是，它有助于学生将所学的科学知识应用于日常生活中，解决实际问题。通过这种方法，学生可以更加深入地理解科学原理，提高他们的科学素养和解决问题的能力，为未来的科学学习和生活奠定坚实的基础。

（五）引入数字传感器

数字传感器等现代技术在小学科学实验中的应用，为实验教学带来了革命性的变化，极大地提高了实验的准确性和效率。特别是在探究物质温度变化的实验中，传统的方法往往依赖于肉眼观察和手动记录，难以精确捕捉和记录物质在不同条件下的温度变化。而通过使用温度传感器这一现代技术工具，教师可以轻松实现对物质温度变化的精确测量和实时监测。在实验过程中，学生可以将温度传感器连接到计算机或数据记录设备上，通过传感器实时采集和记录物质在不同条件下的温度变化数据。这些数据以图表或曲线的形式直观地展示在计算机屏幕上，使学生能够清晰地观察到物质温度变化的趋势和规律。相比传统的观察和记录方法，数字传感器不仅提高了数据的准确性和可靠性，还大大节省了实验时间和劳动成本。更重要的是，数字传感器的使用培养了学生的数据分析和处理能力。学生可以通过对采集到的数据进行统计和分析，进一步探究物质温度变化的原因和影响因素，从而更加深入地理解科学原理。这种基于数据的科学探究方法，不仅有助于提升学生的科学素养和创新能力，还为他们未来的科学学习和研究奠定了坚实的基础。因此，在小学科学实验中，积极引入数字传感器等现代技术工具，是推动实验教学现代化的重要举措。

（六）创新自制材料

自制材料在小学科学实验中的运用，不仅为学生提供了一个深入理解实验原理和实践操作技能的平台，还极大地促进了他们动手能力和创新精神的培养。以《物质的变化》单元为例，教师可以巧妙地引导学生利用生活中的废旧物品，如塑料瓶、旧盒子等，亲手制作简易的实验器材。例如，通过剪裁和组装塑料瓶，学生可以制作出一个既安全又实用的化学反应容器，用于观察不同物质之间的化学反应过程。在制作过程中，学生需要深入了解实验原理，思考如何将废旧物品转化为实验所需的器材，并动手进行剪裁、组装和调试。这一过程不仅锻炼了学生的动手能力和实践能力，还激发了他们的创新思维和解决问题的能力。同时，自制材料的使用也让学生意识到废旧物品的价值和可再利用性，从而培养了他们的环保意识和可持续发展的理念。更重要的是，通过自制材料进行实验，学生能够更加直观地观察到实验现象，深入理解实验原理。他们可以在制作和实验的过程中不断发现问题、提出假设、进行验证，从而形成一个完整的科学探究过程。这种基于自制材料的实验教学方法，不仅有助于提升学生的科学素养和创新能力，还为他们未来的科学学习和研究提供了宝贵的经验和启示。因此，在小学科学教育中，积极推广自制材料的教学方法，对于培养学生的综合素质和创新能力具有重要意义。

结语：

总之，优化实验材料是小学科学教育中不可或缺的一环。它不仅能够提升实验教学的效果，还能够为学生的科学素养和创新能力培养奠定坚实的基础。因此，我们应该不断探索和实践更多有效的实验材料优化方法，以更好地服务于小学科学教育，助力学生在科学探究的道路上不断前行。优化实验材料，无疑是提升小学科学教育质量、助力科学探究的重要途径。以苏教版科学《物质的变化》单元为例，我们不难发现，通过选用直观化材料、整合结构性材料、替换危险性材料、引入生活化材料以及鼓励学生自制材料，实验教学可以变得更加生动、安全、高效且富有创新性。

参考文献：

[1]王丽萍.指向“教—学—评”一体化的小学科学“三单”教学策略[J].教学与管理，2024，（35）：50-53.

[2]田滋蔓，雒锦洋.家校合作理念下的小学科学家庭实验设计与实践[J].中国现代教育装备，2024，（22）：64-67.

[3]肖佳昊.新课改背景下小学科学教学创新路径研究[J].国家通用语言文字教学与研究，2024，（11）：164-166.