林钧

【摘   要】科学探究必须要以相应的材料为基础，尽管小学科学教育设备在逐步完善，但已有的教学材料仍存在着一些问题，影响科学探究的效果。对此，教师可以动手开发和改进材料，解决其中存在的问题。以教科版《科学》三年级上册《空气有质量吗》一课为例，教师在研究教材的基础上，针对材料的细节性缺陷，从多个角度思考改进方案，并用下水实验改进材料，提升了课堂探究的实效性。

【关键词】科学课;材料;改进;实效

小学科学课程的总目标是培养学生的科学素养，并为他们继续学习、成为合格公民和终身发展奠定良好的基础。基于此目标，小学科学的教学活动坚持以培养学生的科学素养为己任，以科学探究为课堂教学的核心。

在小学科学课堂中，处处都是探究活动。但在日常教学中，教师不难发现教材中的一些探究实验缺少合适的材料，导致学生在探究活动中收获甚微。这必然会影响探究活动的有效性。在教科版新教材全面实施的背景下，改进探究材料是科学教师应关注和思考的事项。以教科版《科学》三年级上册第二单元第4课《空气有质量吗》一课为例，教师结合自身的备课、试教、反思过程，尝试对教学材料进行改进，使科学课的课堂探究更有效率。

一、研究教材，提供保障

《义务教育小学科学课程标准》指出：科学探究离不开物质材料的支持，精心设计的教具和学具可以帮助学生更好地理解抽象、难懂的科学知识，体验科学探究过程，并能激发学生的学习兴趣，启迪其思维。教具和学具是实现课堂精准探究的必要材料，有时，教师需要依据教材中的科学概念对其进行设计、改进。在做改进之前，教师必须对教材进行全方位、深层次的研究，为后续的改进活动提供保障。

（一）通读教材，熟知科学原理

教师要通读教材，一方面，要研读包括相关课程标准、教师用书、学生活动手册等配套书籍;另一方面，要研读本课所在单元的内容。如《空气有质量吗》一课的教材研究要兼顾整个“空气”单元，了解学生课前已学过的内容和后续将要学习的内容。在此基础上，教师通读本节课教材中设置的两个基本实验，了解教材的基本布局、文字和图表，理解本节课的教学基本概念及其后隐藏的科学原理，在现象和概念之间建立起联系。

（二）读通教材，知其所以然

通读教材后，教师要对教材进行反思、拓展，了解学生的认知基础，倾听学生的需求，使教学设计能够符合学生的学习发展需求，使科学课堂有浓厚的探究味。

本节课的核心问题是“空气有质量吗”。众所周知，空气就在我们周围，但学生很少能直接感受到空气的质量。通过课前调查，教师发现，许多学生根据飘浮在空中的气球和可以上升的氢气球，认为空气没有质量或者无法判断。本课实验探究的成败直接影响学生能否正确建构科学概念，因此，有效的实验探究显得尤为重要。教材中有两个实验活动：实验1——在简易的天平一端放一个刚充好气的皮球，另一端不断加入绿豆，直至天平平衡。拿下皮球，用打氣筒给皮球打进10筒空气，放回天平，观察天平的状态，直观感受空气是有质量的;实验2——在实验1的基础上，如果发现天平不平衡，通过加绿豆的方法让天平再次回到平衡，为下一课《一袋空气的质量是多少》打下基础。

可以说，实验1为实验2做了铺垫。一方面，在具体操作方法和使用工具的维度，两个实验呈现层层深入的趋势;另一方面，实验1呈现的是定性观察，实验2偏向于定量测定，如实验2通过“打进去10筒空气的质量相当于一定数量的绿豆质量”这一事实，使学生的思考更科学、全面。

二、下水实验，发现问题

发现问题比解决问题更重要。进行本课的教学设计时，教师首先尝试用教材中提到的材料进行下水实验，在反复、多次的操作过程中汲取科学实验的成败经验，不断反思这样操作的准确性和高效性，尝试更有效的实验方法，从而突破教学重难点。如教师抓住本次两个实验共同需要解决的关键问题，罗列问题清单，并形成初步的设想。对教材中的两个实验进行下水试验后，可以暴露这套材料在教学中的细节性缺陷，而这些缺陷确实会影响实验的精准达成。

缺陷1：杠杆的轴和杠杆之间存在较大的滑动摩擦力，导致杠杆的偏转不灵敏。因此，当两边的托盘上不放任何物体时，天平的状态可能是水平平衡状态，也可能是向一边倾斜的状态（如图1），这样就会使实验结论不够科学。

缺陷2：原有教具虽然有指针指示偏转方向，但没有具体的分度指示。因此，测量像空气这类质量较小的物体时，指针只会发生十分细微的偏转。如果没有分度盘，学生不易观察到天平的变化。

缺陷3：刚刚充好气的皮球和再打进10筒空气的皮球，二者体积不同。皮球最大横截面的周长从27.3cm变成了31.8cm，这个现象会导致学生认为皮球变重的原因是体积变大。通过计算可得，这些体积的变化会使皮球因为空气浮力的影响产生大约0.2572g的质量误差。各类数据具体如表1。因此，有必要对本课的实验材料进行改进。教师关注细节，结合原有教具提出以下几个改进思路。

（1）杠杆的灵敏度怎么提升？

（2）杠杆的偏转怎么能够清晰可见？

（3）有没有一种容器可以在充了气以后不发生形变或少发生形变？

三、改进材料，解决问题

改进的材料一般要遵循方便实用的原则，可以在一般小店、商场购买，也可以在网上采购。购买前，教师要罗列好清单，而后按照设计图纸或初步预想进行制作。首先制作关键部分，控制尺寸和形状，其次再对其他部位进行制作，及时试验，不断修正改进。最终形成的材料还可以适当美化，以求更加精致。

（一）改进杠杆的灵敏度

原有教具中，导致简易天平不灵敏的最大原因是轴和杠杆之间的摩擦是滑动摩擦，其摩擦力会严重影响杠杆的平衡情况。把滑动摩擦变成滚动摩擦就可以大幅度地减少摩擦力的影响。为此，教师把杠杆尺中间的塑料轴用一枚外径为6mm、内径为2mm的轴承和一根外径为2mm的不锈钢棒代替，并用502胶水进行固定（如图2）。这样设计之后，装置的摩擦力大幅度减少，一颗绿豆就可以使其发生偏转。

（二）保证实验现象易观察

结合原有材料指针的优点，教师在杠杆尺上增加了一根更长的指针，并制作分度盘，指示指针的偏转角度，由此帮助学生观察微小的变化。

（三）制作合适的空气容器

为减少空气浮力这一因素的干扰，实验时需要使用一个打进10筒或20筒气体后体积也不发生变化或变化不明显的容器。经过对多种容器进行测试，教师发现600ml的雪碧瓶效果最好。因此，教师给雪碧瓶的瓶盖上装上英式自行车气嘴（如图3），并用橡胶垫圈进行密封，再用一个脚踩打气筒给雪碧瓶打气（如图4）。经测试，往雪碧瓶中打进50筒空气，瓶内气压值达到5个大气压，但瓶身形变不明显。这就保证了实验的科学性以及学生在实验过程中的安全性。

四、检验应用，有效探究

改进后的材料要在教学实践中进行检验。试教过程中，学生分组进行实验，提升改进后材料的价值。教师要反复试验，记录、分析数据，考验材料是否达到了实验的要求。同时要倾听学生的意见和看法，思考是否已经完成探究实验中预设的教学目标，帮助学生达成科学概念的建构。

实践证明，改进后的实验材料在使用过程中非常方便。教师提前调平杠杆，学生在杠杆平衡的状态下开始操作，降低了实验的操作难度。探究时，学生在天平左盘放上雪碧瓶，右盘放上绿豆，直至天平平衡。随后，学生通过脚踏打气筒给雪碧瓶打进20筒空气，再观察天平是否平衡。

经过课堂验证，该套实验材料的效果明显。所有小组都能够在几分钟内完成实验。学生发现打了气的雪碧瓶所在的左盘明显下沉了，由此在较为轻松的氛围和有趣的实验现象中推出“空气是有质量的”的结论。在下一环节中，学生添加绿豆再次让天平平衡，从而得出20筒空气的质量相当于30颗左右的绿豆的质量，实验结果相对比较精确。使用本实验材料后，学生在探究与空气的质量有关的问题的效率以及课堂效果明显提高，其思维的深度和广度也得到了拓展。

小学科学中，教师不难发现部分实验材料的不足之处。对此，教师应在充分研读教材的基础上，以生为本，围绕教学目标，积极寻求方法，改进科学实验材料。由此，实验中不必要因素给教学带来的影响得以减少，学生能够全身心地投入到精准的科学探究活动中，为科学素养的培养奠定基础。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.義务教育小学科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017.

[2]俞伯军.小学科学教学关键问题指导[M].北京：高等教育出版社，2020.

[3]郁波.科学教师教学用书三年级上册[M].北京：教育科学出版社，2019.

（浙江省宁波市宁海县西店镇樟树小学   315613）