浅谈小学科学模拟实验的指导　　

[内容提要]　　

模拟实验对学生思维的要求是比较高的。而小学生虽然对模拟实验的兴趣浓厚,但实验易乱，易失控，甚至存在安全隐患。教师有序地对学生实验进行精心策划是提高实验教学的必备条件。笔者在对修订后教科版科学教材的理解和对小学科学模拟实验课型全局思考的基础上，总结出模拟实验的七步指导教学法：了解现象—推理成因—选择材料—观察现象—形成概念—评价过程。　　

[关 键 词]  小学科学  模拟实验  学习指导　　

[正    文]　　

在科学实验中，有时受客观条件的限制不能对某些自然现象进行直接的实验，例如已成为历史的自然现象、规模巨大的自然现象等。针对这些内容，教师可采用间接的手段进行实验。先设计与该自然现象(即原型)相似的“模型”，后通过模型同接地研究原型的自然规律。这种实验方法称为模拟实验。它是科学假说成为现实的加速器。　　

修订后的教科版小学科学上册教材中，有10个模拟实验（见下表1）。　　

表1  新教科版小学科学模拟实验分布表　　

小学科学模拟实验最早出现在四年级上册，因此，模拟实验对学生思维的要求是比较高的。而小学生虽然对模拟实验的兴趣浓厚,但实验易乱，易失控，甚至存在安全隐患,这与小学生的年龄特点有很大的关系。小学生自制能力差，新奇感强，爱说好动，言行易失控，给科学实验留下一定程度的安全隐患。教师有序地对学生实验进行精心策划是提高实验教学的必备条件。　　

笔者在对修订后教科版科学教材的理解和对小学科学模拟实验课型全局思考的基础上开展了模拟实验课的教学实践及课堂观察，总结出模拟实验的七步指导教学法。　 　

　 　

　 　一、了解现象　　

科学实验是以认识自然界为直接目的，任何一项科学实验都有明确的实验目的，或是寻找某一现象的原因，或是了解某一事物的属性，或是验证某一科学假说是否成立等等。科学工作者就是按照科学实验的目的来进行科学实验的。　　

现象是事物表现出来的，能被人感觉到的一切情况。科学教材中的模拟实验均为自然现象，即自然界中的某种状况。如太阳的东升西落、地形变化、声音的产生等。　　

了解现象是模拟实验的基础。模拟实验之前，我们首先要了解实验中所要模拟的现象是怎样的。对自然现象的了解越深入，模拟实验设计时的细节考虑得越周密。它对模拟实验的选材与过程设计起到重要作用。教师应多渠道挖掘感性素材，指导学生有计划、有目的的了解某中自然现象。　　

以下是A教师在《地球的内部运动引起的地形变化》的教学中“了解火山和地震现象”环节的教学实录：　　

[教学片段1]　　

师：（播放火山和地震图片）　　

师：这组图片展示的是哪两个自然现象？　　

生：火山和地震（齐声）。　　

师：你们对火山和地震有哪些了解呢？　　

生：火山分为活火山和死火山。火山喷发时有岩浆。　　

生：地壳运动形成了火山。　　

师：同学们知道的真多，课前一定收集了不少资料。这么多资料一个个介绍是非常费时的，我们先花2分钟时间在小组内交流一下资料的主要内容。　　

师：好，我们请每组派一个代表用一句话说说对火山和地震的认识。　　

生：火山和地震有时是同时发生的。　　

生：火上和地震危害很大。　　

生：火山和地震给我们带来严重的自然灾害。　　

师：还能不能说说别的？　　

生：火山和地震对人类也有益处。　　

生：只要人们采取合理的预防措施，大自然也会和人类和睦相处。　　

师：同学们收集的资料真丰富，老师也收集到两段录像。观看的过程中，我们要做一份学习单，把火山和地震的外部表现有选择地填到圆圈里。　　

（学生练习）　　

师：课本第48页也有3段资料，快速地阅读一下，看看火山和地震还有什么其他表现。　　

（学生练习）　　

师：火山和地震的外部表现呢？　　

生：火山喷发时有炽热熔岩、岩浆喷发、形成山脉；地震的表现有碎石飞溅、山崩地裂、形成深谷。　　

师：还有补充吗？　　

生：地震时还会地面隆起。　　

生：地震会形成河流和湖泊。　　

师：火山的外部表现有岩浆喷发；地震的表现有震动，严重的时候会地裂和隆起。　　

   火山和地震会形成山脉、裂谷、河流、湖泊。　　

本课教材以文本阅读资料为主，但图文并茂的文本学习对小学生来说，仍会觉得枯燥乏味。为了激发学生兴趣、开拓学生视野，A教师以一组生动的图片带动学生了解火山和地震的外部表现，并利用丰富的课本和课外文字、图片、影像等资料组织学生开展认知活动。学习材料的多样性，让学生的认知活动变得丰富有趣；精心设计的选项填空，让学生的认知活动变得有目的放矢。　　

二、推测成因　　

推理成因是模拟实验顺利完成的阶梯。在部分探究自然现象形成的教学中，让学生穿越时空经历历史或体验各种自然现象是不切实际的。但我们可以在丰富的感性认识的基础上进行科学推理。　　

科学课程标准指出，要培养小学生的综合能力。综合能力包含了观察、实验、表达、创新、推理等各种能力，其中推理也是小学生必须具备的重要能力。因此，我们有必要引导学生根据自然现象推测成因，从而培养学生的逻辑思维。以下是A教师在《地球的内部运动引起的地形变化》的教学中“火山和地震成因推测”环节的教学实录：　　

[教学片段2]　　

师：看起来火山和地震都会引发地形变化，那么火山和地震是怎么产生的？　　

师：科学家通过研究证明大部分地形变化是地球的内部运动引发的。我们来看看科学家们的研究成果。　　

生：（齐读）科学研究证明，火山和地震是由于地球的内部运动引起的。地球内部从外到里可以分成地壳、地幔、地核三部分。地震与地壳运动有关。火山与地壳地幔运动有关。　　

师：科学家真了不起，经过一番研究，连地球内部的事情都了解一清二楚。同学们想不想和科学一样来研究地球的内部运动？　　

生：想。　　

师：首先，我们要进行一些推理。根据火山和地震的内部表现，我们来推理火山和地震是什么原因引起的。　　

生：……　　

师：可能有一定难度，我们先花2分钟时间，4人小组讨论一下。　　

（学生分组讨论）　　

师：你们认为火山和地震是怎么产生的？　　

生：我们小组觉得是岩浆在运动。　　

师：还有补充吗？　　

生：还有巨大的压力。　　

师：你是怎么知道的？　　

生：岩浆只有挤压才会喷出来。　　

生：地球的内部温度很高。　　

师：你又是怎么知道的？　　

生：岩浆是液态的，要让岩石熔化，肯定温度很高。　　

师：那么地震是什么引起的？　　

生：地层运动。　　

师：同学们的推测很有道理。　　

教师采用分组讨论、全班交流的方法，引导学生从火山和地震的外部表现推测地球的内部状态。在教师不断地追问下，学生一一推断出地球内部有岩浆、有压力、温度高，而且地层是运动的。再加上结构化板书的梳理，有效地搭建了学生逻辑思维的框架，充分培养了学生的思维能力。　　

三、选择材料　　

选择材料是模拟实验的先决条件。实验材料直接影响到实验的效果，不同的材料产生的实验现象及效果是不尽相同的，恰当的选材将更为逼真得模拟出自然现象。当然，寻找恰当的实验材料也因此成为模拟实验中值得探索的一项内容。教师可以引导学生在身边的简单材料中试用、观察、换材料、再观察，在多次实践中探索材料与自然事物、实验现象与自然现象之间的关系。　　

以下是A在《地球的内部运动引起的地形变化》的教学中“选择材料”环节的教学片段：　　

[教学片段3]　　

师：我们可以用书本来模拟地震。　　

师：把四本书叠在一起，有哪些运动方式呢？一起试着做做。　　

生：（上台演示）向中间挤压，中间会凸上来。　　

师：地层隆起就形成山脉。　　

生：（上台演示）抖得厉害些，书本就会错开，然后各归各。　　

师：地层分离就形成裂谷。　　

生：（上台演示）有时，书本一起往左或往右移。　　

师：平行移动时，地层不会发生地震。　　

师：同学们模拟得很好。那么，换一种材料，用泡沫板做会怎样呢？　　

（分组实验）　　

师：小科学家们，用泡沫板和用书本模仿地层的实验有什么不同的地方？断裂的时候还感觉到什么？　　

生：泡沫板断开时很响。　　

生：有“喀——”的响声。　　

师：手有什么特别的感觉？　　

生：有点麻麻的。　　

师：自然界有没有这种现象？　　

生：……　　

师：自然界中地面隆起时会断开吗？　　

生：会。　　

师：断开后就形成什么地形？　　

生：深谷。　　

师：是的，会形成深谷。　　

在地震模拟实验中，A教师引导学生感受不同材质的材料模拟地层运动时的细节和思考与实验相关的现象。学生从实验中体会到，不仅地层分离时会形成深谷，在隆起时也会形成深谷。如果时间允许的话，教师还可以进一步引导学生思考现实中什么情况下隆起的地层才会断裂。　　

四、明确步骤　　

明确实验目的、原理、步骤，做到胸有全局，是实验顺利进行的有力保证。模拟实验是科学实践的重要表现形式之一，是一种有目的、有步骤地通过模拟自然现象来认识自然事物和规律的一种感性活动。如果学生心中无数，实验中就会漫无目的地瞎玩，更不会去关注实验现象和结果。　　

明确实验步骤的方法有明示法、练习指导法、集体讨论法等。以下是B教师在《地球的内部运动引起的地形变化》的教学中火山喷发模拟实验前的指导练习：　　

　

火山喷发的模拟实验　　 1、连一连模型和自然现象。　　 洗耳球                     岩浆　　 洗耳球上的小口                     地壳　　 水                     火山口　　 挤压                     火山喷发　　 水喷出来                     地球内部压力　　 2、读一读模拟实验方法与步骤：　　 （1）把灌满水的洗耳球轻轻拿在手中，看水会不会喷出来；　　 （2）轻轻挤压洗耳球，看水会不会喷出来；　　 （3）用力挤压洗耳球，看水会不会喷出来。

　 　

　 　

　 　

　 　

　 　

　 　

　 　

　 　

　 　

　 　

　 　

　 　

以上教学片段中，B教师通过学习单的设计和练习完成对火山模拟实验步骤的指导。通过模型和自然现象之间各因素的连线练习，让学生清楚地知道在火山模拟实验中是什么模拟什么，细化了学生对模拟实验各个环节的认识。而通过火山模拟实验方法与步骤的朗读，对学生的实际操作提供了有效地指导和帮助，同时明确了实验观察的要求。　　

五、观察现象　　

观察是一种有目的、有计划且比较持久的知觉，是知觉的高级形态。　　

细心观察是小学生应该具备的科学态度之一。但小学生的年龄特征决定了他们行为随意性大的特点，很容易导致实验徒劳无获。因此，教师首先要做好“指导”。在学生实验操作前，就让学生明确要观察什么。如在“雨水对土地的侵蚀”模拟实验前，教师引导学生观察模型的特征，然后让学生表达“下雨”后的猜测和需要观察的内容，并写在黑板上，然后再开始实验操作。再则，教师还应在实验过程中有计划地加入学生实验小组中以身示范，产生辐射作用，逐渐形成有计划、细心观察的良好习惯。　　

六、形成概念　　

模拟实验的目的就是通过对实验过程与现象的解析，形成概念，即人们对事物本质的认识。修订后的教科版教材明白无误地展现了小学科学教材的整体结构，并慎重提出了探究的“双螺旋”结构。认为，小学科学教材的理论框架有两个维度——科学概念和科学探究。与修订前的教材相比，更加突出了科学概念在培养学生科学素养中的重要性。　　

在这一环节，教师一定要引导学生积极参与讨论，说出自己在实验中观察到的现象，大胆发表观点。模拟实验的现象解释清楚了，形成概念也罢就水到渠成了。但是，他们在语言的描述上往往有欠妥之处，也有些学生不能用语言表达不清楚想要表达的意思，有些学生的思维会在某一环节卡壳，教师的引导对学生进一步明确概念非常重要。我们可以采用“谈话法”共同归纳；也可以采用“作业引导法”，通过学习单让学生在书面练习中形成概念。　　

以下是C教师在六年级上册《拱形的力量》教学中拱的模拟实验“形成概念”部分的教学实录：　　

（学生交流实验现象，讨论瓜皮拱承重的秘密。）　　

师：你们组的瓜皮拱能承受几个50克的钩码？　　

生：我们的瓜皮拱承受了4个50克的钩码。　　

生：4个就有200克，可是瓜皮拱还好好的。　　

师：你们观察到的现象与预测相符吗？说说你有什么感受？　　

生：我们开始预测瓜皮拱不能承受那么重的东西，没想到西瓜切开了还能承受那么多东西。　　

生：我们还以为不放东西就会塌下来。　　

生：我们也以为根本搭不好这个拱。真实太奇怪了。　　

师：是啊，是什么原因让瓜皮拱不但不垮，还承受了那么多重量呢？　　

生：我们切的每一小块西瓜都不是长方形的，如果是长方形的就不能搭成拱，马上就会塌。　　

生：我们切的西瓜有点像梯形。　　

生：我们觉得瓜皮就像热水瓶的塞子一样上大下小，是不会掉下去的，而且越是往下塞得越紧。　　

师：（边板书边肯定）观察得非常仔细，也很会联想，拱各部分相互挤压，结合得更加紧密。　　

师：那么，瓜皮拱的重力和承重力又是怎样的呢？　　

生：重力也是向下的，但是会跟着拱弯曲。　　

师：请你到黑板上来画画看。　　

生：（边画边说）因为拱是弯的，承重力是集中向外推的，所以拱的承重量很大。　　

（学生自发鼓掌）　　

师：真是了不起啊！（手指水瓶）还有没有要补充？　　

生：我觉得瓜皮拱两边的水瓶也很重要，刚才没有放好水瓶就开始塔，瓜皮拱一下子就塌了。　　

师：（边板书边小结）重力不但会往下，还会往拱两边支撑的部分传递，而两边支撑的部分也会产生一个反作用力。　　

师：生活中有那些拱呢？　　

生：拱宸桥。　　

生：拱门。　　

师：人们把拱用在桥、门、窗等建筑上，使建筑更加牢固。我们来看一组图片。　　

师：一起说说拱桥、拱门、拱窗是如何承重的？　　

生：（一起朗读板书）拱形承载重量时，能把压力向下向外传递给相邻的部分，拱形各部分相互挤压，结合得更加紧密。拱形受压会产生一个向外推的力，抵住这个力，拱就能承载很大的重量。　　

C教师引导学生从解释实验现象出发，利用谈话归纳法层层递进地形成对拱承重秘密的本质认识。学生得到了充分的发言机会，从他们的谈话中，不仅让教师了解学生逻辑思维的过程，不经意间，也培养学生的探究能力，形成科学探究的思想。　　

最后，C教师以板书的形式总结科学概念，让学生读一读，记一记。这虽然看起来是老套的教学方法，但是还是比较符合学生认知规律的，在提出探究的“双螺旋”结构教学的今天，概念教学中拣起老套的方法也未尝不可。　　

七、评价过程　　

导向功能是课堂教学评价的最大功能。根据小学科学教学中的“科学概念”和“科学探究”两个纬度的发展目标，让学生懂得事实性科学知识的基础上，我们还应引导学生树立正确的科学思想、学会科学探究。因此，在模拟实验的过程中和活动后期，应该对学生的实验过程和推理过程给予全面评价。　　

在四年级上册《跳动起来会怎样（二）》心脏跳动模拟实验过程中，D教师是这样评价的：　　

“虽然我们无法看到我们自己心脏的跳动，但是我们寻找了合适的材料做了模拟实验，让我们穿越空间，研究了看不到的心脏是如何跳动的。　　

在模拟实验的过程中，同学们对实验现象展开了细致入微的观察，有的同学除了原计划观察的内容以外，还观察到了更多有价值的细节。老师从你们身上看到了童第周的身影。　　

同学们像科学那样对实验现象进行了解析和归纳，得出科学概念。真了不起啊！科学的研究过程，加上同学们细心发现、勤于思考、勇于实践的科学精神，让大家收获很多。”　　

D教师的评价让学生明确了应该按照怎样的过程完成一个模拟实验，同时，也引导学生本着科学的态度去投入到探究活动中。　 　

在模拟实验的七个教学环节中，“了解现象”和“推测成因”是模拟实验的基础，“寻找证据”（ 选择材料——观察现象——形成概念）是模拟实验的重点，过程评价是学生发展的桥梁。教师可以采用学习单指导法、板书归纳法、讨论法、师生谈话法、评价导向法等方法指导学生开展模拟实验，在从扶到放的指导过程逐步培养学生的探究能力和正确的科学思想。