创新实验装置在小学科学实验教学中的实践与探究

一、实验教学现状分析

科学教育，作为基础教育不可或缺的一环，承载着培养学生探究精神和实践能力的重要使命。其中，科学实验教学作为培养学生科学核心素养的重要途径，已不仅限于验证理论和展示现象，更是培养学生实践操作能力、创新思维以及问题解决技能的重要平台。

在新课改的背景下，小学科学教材中关于实验的内容与要求已经发生了显著的变化。传统的实验器材配置，受限于多方面因素影响，比如实验资源配备不齐、实验效果不明显、实验操作性差、实验延展性有所欠缺等，往往难以满足实际教学需求，这种情况对实验教学的有效开展有及其不利的影响，这就要求教师需要根据实验教学中的实际教学需求，对实验器材进行针对性的改进和创新。因此，教师作为实验教学的引导者和实施者，必须拥有对实验器材进行创新与改进的能力，以确保实验教学的质量和效果，促进学生科学核心素养的全面发展。

二、实验教学改进思路

实验教学是培养学生观察、分析和解决问题能力的重要环节。在实验教学中，教师需要深入挖掘学科知识的内涵，将最新的教育理念融入到实验设计中，并对实验器材进行改进与创新 这种改进不 现在器材 ，更在于实验设计的思想和方法上，使之更加符合小学生的认知特点和学习需求。通过创新实 验器材 优 教学方法， 引导学生进行科学探究，培养实践探究能力和创新精神，帮助学生建立科学的思维方式，培养独立思考和解决问题的能力，落实科学核心素养，为未来的学习和发展打下坚实的基础。

三、创新实验教学案例

基于以上分析，我以“哪里有影子”为实验教学课例，探究创新实验装置在实验教学中的实践与效果。本课例选自粤教版小学科学四年级下册《地球上看到的光和影》单元第一课时《哪里有影子》，包含两大活动：在哪里见过影子和影子是怎样形成的。涵盖两大实验内容，探究影子形成的条件和探究改变影子的方法。

在学习之前，通过访谈和调查发现，学生对影子有一定的基础认知，但对影子的科学概念和准确描述仍是模糊的。基于学情和新课标要求，我立足培养学生的核心素养，制定以下教学目标：见图1

原配套的实验器材是利用手电筒、木块、纸板做影子实验，如图2。

据此实验装置，教师引导学生进行实验探究时，大部分学生能直观看到影子的有无形成，进而推测出影子形成的条件，在此基础上继续探究改变影子的方法，但是，在实际实验中，会发现一些问题，比如实验操作不规范、实验数据记录不清晰、实验效果不够明显、实验延展性差、场地局限性大等，科学概念抽象难以理解，实验结论也缺乏准确的数据支撑，科学探究过程缺乏严谨性和科学性，这不利于发展学生的科学思维和严谨的科学态度。

为了让学生更科学有效地进行科学探究实验活动，使实验过程更规范、实验效果更明显、实验数据更精准，我基于教材的实验资源，对实验器材进行改进和创新，切实提高科学实验的探究效果。以下是创新实验装置。见图3

该创新实验装置由屏、阻挡物、光源三部分组成。

光源部分，由自制手电筒和滑轨组成，通过滑轨移动光源，滑轨旁设计刻度线，方便观察记录光源与阻挡物的距离。

阻挡物部分，底部靠磁铁固定位置，方便拆卸更换，以适用不同的实验探究。

屏的部分，屏上设计网格线，方便记录实验数据和分析实验现象，屏下设计滑轨，通过滑轨移动屏，底板设计刻度线，方便观察记录屏与阻挡物的距离，可抽插的屏是为了方便更换版图来开展多种实验探究，比如探究影子的形成和变化，影子绘本的创编活动，以及后续课时的探究影子变化规律和模拟日晷实验等，实现实验装置一器多用，拓展多个课时实验，整合实验资源，增强实验教学深度。

以下是创新实验装置主要的改进和创新点。见图4

该装置体现了科学性和实用性，集提出问题、猜想假设、实验验证、分析论证于一身，在实验教学中更符合实验要求，满足教学需求，不仅能帮助学生进行科学探索，呈现实验探究的科学思维轨迹，更能培养学生的证据意识、控制变量思维和创新思维等重要的科学核心素养。

本实验的教学思路是以生活场景为基点，借助创新实验装置，以实验活动为手段，引导学生科学有序地探究影子的形成条件及原理，并在实验中渗透控制变量思想，在实验数据的支撑下，分析归纳出改变影子的方法，最后以“创编影子绘本，说中国故事”的实践活动，深化学生对影子的理解与应用，发展实验思维和创新能力，落实科学核心素养。以下是简要教学环节。

（一）创设生活情境，聚焦探讨话题

展示一系列生活中的影子的视频和图片，让学生找一找：影子在哪里？说一说：什么时候你能见到影子？引出探讨问题“哪里有影子”，巧妙地将抽象的教学内容与熟悉的生活场景相结合，有效激起学习兴趣和参与度，教师顺势让学生大胆发表想法，分享其对影子的认知和理解。

（二）探索认知差异，点燃求知之心

基于丰富的生活经验，学生能够列举出众多关于影子的实例。然而，他们对影子的理解往往停留在浅层认知层面，认为影子是熟悉且易于理解的生活现象，为了深化科学探究的必要性，这时教师需要为影 层神秘色彩，引导学生对影子的认知从熟悉转为陌生，进而激起他们的好奇心。为此，我采用了3 息投影技术来激发学生的实验探究兴趣，这种新时代的影子技术应用不仅冲击了学生对影子的传统认知，还为他们提供了一个全新的视角来观察和理解影子，帮助学生更加深入地探索影子的本质和应用，拓宽知识视野。

（三）初步探究实践，构建科学概念

基于前面的引导学习，学生根据观察和表象基本能概括出形成影子的三个条件：光源、阻挡物和屏，但并不能科学表达影子形成的过程，说明学生对影子的理解仅停留在表象，这就需要借助创新实验装置，师生共同探究影子形成的过程，挖掘影子形成的科学原理。探究影子形成的条件实验记录表见图5

通过以上实验，可以得出影子形成的条件是光源、阻挡物、屏，缺一不可。这时，及时提出质疑：只要同时满足这三个条件就一定能形成影子吗？引起学生深思，放手让学生去尝试可能性，学生在尝试中会发现，阻挡物必须在光源和屏之间的位置，才能形成影子。进而，学生便可清楚理解到影子形成的原理就是，行进中的光被阻挡时，就形成了阻挡物的阴影，就是影子。在实验操作中，渗透控制变量思想，树立科学观念，发展实验意识。

（四）借助创新装置，突破学习壁垒

当学生理解影子的形成条件及原理后，鼓励学生在实验操作中发现和探索新的问题。这时，学生便很容易发现：该如何改变影子呢？为了帮助学生理清实验探究思路，我引导学生从影子的形状、方向、大小三个维度，将探究改变影子的方法，细化出三个科学探究问题：①探究被光照射的阻挡物与影子形状的关系、②探究光源照射方向与影子方向的关系、③探究屏、阻挡物、光源之间的距离与影子大小的关系，突破学习壁垒。实验记录单如下，见图6

实践出真知。在创新实验装置的协助下，学生科学高效地进行实验探究，探究过程思路清晰，实验操作安全方便，实验现象清晰明显，实验数据直观准确、数据分析有理有据，将定性实验上升到定量实验，培养学生的数据意识和实验意识，发展了学生缜密严谨的科学实验思维。

（五）融入生活实践，落实科学素养

科学来源于生活，又服务于生活。教师不仅要引导学生在日常生活中识别和探索科学知识，还应当鼓励学生将这些知识应用于实际生活中。让学生在实践中学习科学，在解决现实问题的过程中发展批判性思维和创造性思考，培养科学创新精神，继而形成一种积极的科学态度。

原教材的手影游戏，存在场地局限大、操作难度大、表演效果差等不足，基于此，我在传统皮影戏的基础下创新，引导学生灵活应用影子，在“创编影子绘本，说中国故事”实践活动中，弘扬传统文化，实现跨学科融合，在科学实验中融入艺术创作，科学实验素养与文化创作素养同步发展，体现科学实验探究的时代感，落实科学核心素养。“创编影子绘本，说中国故事”实践活动。见图7

（六）教学实效评估，在反思中展望

教学效果评价旨在评估实验教学活动对学生学习成果的影响，以确保教师对教学效果的全面了解。有效的教学效果评价，能形成一个积极的反馈循环，帮助教师不断调整实验教学策略，优化实验设计思路，是提升实验教学质量的关键。评价活动不仅能持续优化后续的实验教学过程，而且能为未来的实验课程的设计和实施提供宝贵的参考和思路。

本课针对改进后的实验过程和实验装置进行客观评价，实现教学评一体化，结果表明，该装置设计符合学生发展特点，学生认为探究过程有效有趣，得到学生的高度认可。实验学习评价单见图8

四、结语

在小学科学课程中，实验教学成为了一种关键手段，它旨在通过亲身体验和实践活动，培养学生的动手操作能力和创新能力，促进学生科学核心素养的全面发展，在此过程中，实验器材作为开展科学探究的基础要素，其重要性不容忽视。科学教师应顺应新课改要求，不仅要在教学方法上进行创新，还需要对科学实验器材进行不断的改进与创新，创设出既符合学生发展需求和认知规律，又体现科学性和实用性的实验装置，提升实验教学的整体质量，带领学生经历完整的科学思维轨迹，落实科学核心素养。