低成本 高价值

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   在当前科学课程教学改革中,倡导利用身边随手可得的材料进行科学探究活动,如用手摸木尺和剪刀,感受热的良导体和不良导体;用摩擦过的梳子引起爆米花的乱撞乱跳来演示摩擦生电;用盛水的玻璃杯和白纸来观察太阳光的颜色;用拉不动重叠书页的两本书来研究摩擦力等等。
  
  1 科学课程低成本实验的教育价值
  
  1.1 激发探究兴趣
   对于实验,学生大都具有强烈的操作兴趣,希望能亲自动手。科学课程低成本实验,成本低廉,操作简便,现象新奇,效果明显,能满足不同程度、不同个性、不同兴趣的学生的探究需求,激发学生探究科学的兴趣,深受学生的喜爱。
   如教学《常见的动物》时,一些学生提出要研究蜘蛛,一些学生提出要研究青蛙。师生一道操作了“给青蛙催眠”和“蜘蛛上当”2个实验,使学生了解了青蛙和蜘蛛的一些生活习性,激发了研究动物的浓烈兴趣。
   “给青蛙催眠”实验:用手抓住青蛙,将它翻过身放在桌上,用手轻轻敲打它的肚皮,青蛙开始时挣扎几下,随后就不动了;过一会儿,将青蛙翻转过来,轻轻敲击它的头部几下,青蛙就苏醒了。由此,学生知道了青蛙的催眠是一种自我保护的方式。
   “蜘蛛上当”实验:先将频率为每秒钟200次的音叉在墙上或硬物上碰撞一下,再将嗡嗡作响的音叉接触蜘蛛网,可看到蜘蛛急不可耐地向音叉跑过来。在实验中积极讨论,既知道了“蜘蛛织好网后,会耐心地等待昆虫的到来,一旦有昆虫落网,蜘蛛就会通过网上传来的振动,来判断是什么昆虫“的科学道理,也了解了“苍蝇翅膀的振动频率为每秒钟200次,是蜘蛛的美食”的生活常识。
  1.2 理解科学知识
   科学低成本实验虽在选题、取材、时空上都比课堂教学有更大的灵活性,但它始终是课堂教学的延伸和补充。只有紧密结合教材的内容而精心设计和操作一些低成本实验,才能让学生将所学的知识真正整合为个体的认知结构,才能使课本知识得到进一步的巩固和提高。
   如在教学《电和我们的生活》时,学生们提出了很多问题:电看得见吗?能不能用口尝?能不能用手摸……教师引导学生积极探索,共同设计和操作如下2个实验,让学生深刻地理解电的科学知识。
   “品尝电的味道”实验:将一块铝箔和一块银片重叠在一起,用舌尖舔舔它们重叠的地方,舌头会感到微麻,同时也尝到了一丝浓浓的香味。原来是把自己的舌头变成了一块电池,电子从铝箔经唾液到达银片,然后从银片与铝箔接触的地方直接返回铝箔。当电子经过舌头时,它们会刺激味蕾中的神经细胞,这样就尝到了电的味道。
   “触电的感觉”实验:先用铁钉在铁片的中心打一小孔,用丝线穿过把它拴住;然后用毛皮用力摩擦塑料盘的内侧,用手提着丝线的一端,把铁片放入塑料盘内,用手指去接触铁片。当用手指靠近铁片时,会有微麻的感觉,同时可看到电火花,并听见放电的声音。原来是因为铁片放进塑料盘内时,塑料盘上的电荷就会聚集到铁片上,因而手指靠近铁片时,就会有微麻的感觉,也能看见电火花,听到放电声。
  1.3 提供探究空间
   科学的本质是探究,是不断地追求真理和修正错误,是不断地创新。低成本实验的材料虽然简易,但要把事物的现象说明白却不那么容易。而且,越是简单有趣的现象,有时解释起来越是费事。所以说,通过低成本实验,将科学探究引到学生身边,为学生提供广阔的探究空间,能使学生通过类似科学家的探究活动,来理解科学概念和科学探究的本质。
   如“蜜蜂的数学才能”实验:将浓白糖水倒一些在小瓷盘里,第一天,把糖水盘子放在离蜂巢约5米远的地方;第二天,把糖水盘子移动到比原来远1米的地方;第三天,在第二天的基础上,将盘子再移远1米的距离……这样依此类推,蜜蜂就会在应该放置糖水的新位置处等候。又如“倒翻陀螺”实验:在剖成半球形的乒乓球的剖面中间浇上一些蜡油,粘上一根火柴,火柴梗的露出端不能太长,制成“倒翻陀螺”;将“倒翻陀螺”的圆底着地,快速旋转起来,当陀螺圆底着地转到快结束时,陀螺突然自动翻个筋斗,作转柄在下、圆底在上的旋转。这样的实验怎么解释呢?学生查资料、问老师、找家长,好像都不能圆满回答,更加激励他们认真学习,深入探究。
  1.4 培养科学品质
  有些科学实验需要学生进行较长时间的观察、对比和研究,对于培养学生的耐心、毅力等科学精神很有作用。如“塑料袋内挂满水珠”实验:先用塑料袋把一株花盆里的植物从茎的基部以上全部包起来,用胶带扎紧,不要漏气;然后将包好的植物放在阳光下晒4—5个小时,仔细观察会发现塑料袋内挂满水珠。学生在长时间的观察和实验中,知道了植物根吸收的水分除一小部分被植物利用外,大部分由于蒸腾作用,从叶表面的气孔排出体外,粘附在塑料袋上。
  有些实验不会一帆风顺,当实验不成功时,需要学生自己去分析失败的原因,改进方法,重新实验,直至成功,学生应在一次次的失败与改进中,培养一丝不苟、严谨求实、追求真理、敢于创新的科学品质。如“瓶子里的幽灵”实验:在玻璃瓶里倒入滚烫的热水,3分钟后,将瓶里的热水倒掉,把气球迅速地套在瓶颈上,将冷水浇在瓶腹上,发现气球被一只看不见的魔手“抓”进了瓶子里。在设计这个实验时,学生一般要试做多次,才会获得成功。一些学生在选择倒在玻璃瓶的水时,刚开始用冷水,不成功;又选用一般的热水,还是不容易成功;最后选用滚烫的热水,才获得成功。对于选择多长时间将瓶里的热水倒掉,他们也经过多次的试验,才确定“3分钟”比较适宜。这样,学生优秀的科学品质就在一次次的试验和改进中得到培养。
  1.5 培养学习能力
  1.5.1 观察能力
  观察是实验的开始,是学生获得感性认识的源泉,是掌握科学方法的基础。学生要对事物发展变化进行观察,如观察“晾干衣物”实验:在有风的天气,将2块湿毛巾分别放在晾衣绳和塑料桶里,可发现“有风、显露的面积大”能加快蒸发的速度。也可以对自然现象进行观察,如用放大镜观察雪花,可发现雪花是由许多单个的雪晶体构成的。在实验和观察活动中,学生的观察能力得到很好的培养。
  1.5.2 动手能力
  勤于动手、擅长动手是实验的关键。学生在寻找材料、绘制设计图、操作实验过程、改进实验中无不要手脑并用。同时,学生在实验过程中既要学会操作,更要大胆操作和创新性的试验,其动手能力才能得到明显的提高。如学生在玩“甩漂漂石”的游戏中发现扁平、光滑的石块作快速的水平运动时能漂在水面上,垂直落下则沉于水底。这种现象使学生联想到:塑料盘子平放在水面能漂浮在水面上,如果将塑料盘子竖直地放进水里会怎么样呢?于是马上动手试验,以证实自己的想法,还用浮力产生的原因解释这个现象,学生的动手操作能力得到很好的培养。
  1.5.3 创新能力
  培养有创新能力的学生是每个教育工作者义不容辞的责任。开展科学课程低成本实验,首先,必须利用生活中的常见物品来代替实验室中的仪器,这就要求学生充分发挥自己的创新思维,寻找可以替换的器材。例如“筷子提米”实验中,用普通的水杯很难成功,学生想到了用塑料杯来做这个实验。
  其次,有了器材还要动脑精心设计,用简单的实验来揭示科学原理,这需要学生具有创新能力。如学生有几枚硬币,银行的工作人员却说有2枚硬币是假的,怎样用实验来鉴别呢?在知道了假硬币是铁做的时,想到了用磁铁来做这个实验:将2本书叠在一起放在桌子上,把第3本书靠在2本书上,形成一个斜面;把条形磁铁放在这个斜面的中间,让硬币沿着磁铁滑下“斜面”,滑到“斜面”下方的是真硬币,被吸在了磁铁上面的是假硬币。
  再次,需要学生主动地思考实验现象产生的原因,培养学生分析问题和解决问题的能力,促使学生逐步养成能思善想的探究习惯。如一位学生在家里打开果酱瓶盖时,家长让他将果酱瓶放在热水龙头下,用热水冲果酱瓶的盖子30秒钟,然后打开。经过试验,果然可以不费力地打开果酱瓶的盖子。这是什么原因呢?家人无法解释,这位学生自己到学校图书室去查阅资料,知道了果酱装瓶的过程,结合学习过的热胀冷缩的知识,理解了这个实验现象产生的原因。
  
  2 科学课程低成本实验的教学应用策略
  
  2.1 结合教材,随堂实验
  光靠教材中介绍的实验,远远不能满足教学需要,特别是在一些教学的重点、难点上,没有实验,光靠教师在课堂上反复讲解,往往很难达到满意的教学效果。此时,教师如果能根据需要,巧用学生所熟悉的材料,操作一些使学生有亲切感、新奇感的科学实验,增强学生的感性认识,学生就很容易理解接受,难点就能迎刃而解。如教学《磁铁的磁性》时,学生对磁铁周围存在着磁场很难理解,这时学生自己操作“看得见的磁场”实验:把磁铁放在桌上,将塑料盘子放在磁铁上面,再把铁屑适量地撒在塑料盘子里,并不断地用手敲击塑料盘,可看到塑料盘上的铁屑形成了一个围绕着磁铁向外散开的图形,磁场的分布情况就形象地展示在学生面前,这同时也就攻克了教学难点。
  2.2 配合练习,同步实验
  一道好的习题,其本身就是一个科学问题,是人们根据实践或实验编制出来的。如果在遇到一些较抽象的难解习题时,适当配合同步的科学实验,将习题所依托的问题情景再现出来,使学生身临其境,动脑动手,观察思考,就能帮助学生做好习题。如有一道这样的习题:将铁钉刺进汽车轮胎,轮胎会爆裂吗?学生由于没有这方面的生活体验,根本无从答题。师生共同设计、操作了“刺不爆的气球”实验:将气球吹大,用细线扎紧气球口,并在气球表面上贴上一小片透明胶带;用针从透明胶带上刺穿气球,发现气球里的空气慢慢地从针孔里漏了出来,没有发出“砰”的响声。这是由于透明胶带比较结实,能抵抗压缩空气的力量,所以空气是慢慢地漏出来。这样,学生就很容易知道上面这道习题的答案了。
  2.3 科技活动,课外实验
   课内教学内容毕竟要受到教学大纲的限制,而课外科技活动无论在内容的深度、广度上,还是在活动的方式、方法上都有较大的灵活性,能够搞得丰富多彩,更大限度地发展学生的兴趣和调动他们的学习主动性。教师要引导学生充分利用课外时间,巧用身边随手可得的物品,因地制宜地开展丰富多彩的课外科学实验活动,使实验向课堂外、向家庭、向更大范围扩展,让学生学得主动,学得扎实,学得灵活,学得愉快。如学生在“冰的探索”的科技活动中,学生开展冰的探索,设计和操作有关冰的实验。
   “结实的冰球”实验:把雪捏成一个坚硬结实的小球,然后把它放在冰柜里半个小时,取出时雪球变成一个小冰球。“水在冰柜里膨胀”实验:装满水的塑料瓶,放到冰柜里,半天后取出,塑料瓶里的水结成了冰块,膨胀到了瓶口外。“冰块溶化”实验:在托盘上放置一个杯子并放入一块冰,然后往杯中倒满水(冰块的一大部分会高出水面),等待冰块溶化;当冰块融化后,水不会溢出杯子。通过一系列对冰的探索活动,学生不但可以了解冰的特性,还可以在活动中培养科学的态度和创新的能力。
  2.4 节假日期间自主实验
   节假日期间有比较充裕的时间,这正是学生开展低成本科学实验的好机会。在教师和家长的鼓励下,学生可以利用身边物品和废旧材料,自主设计、制作出很多妙趣横生的实验,体现奇思妙想的乐趣。如利用水和家里常见的物品,自己创作和操作很多有关水的科学实验,如巧换鱼缸水、浑水自动变清、会“爬”的水、水变“胶水”、水拱成“山”、用水吸水、不漏的水等70余个有关水的实验,由此认识水的好多作用。
   科学课程低成本实验的形式灵活多样,内容丰富多彩,材料随手可得,类型和层次千差万别,能满足各种不同学生的需要和爱好,非常适合学生自主开发和动手操作,发展学生的个性特长,培养他们的创新意识和实践能力。因此,开发和应用低成本、高价值的实验并应用于科学教育,是科学教师进行科学实验教学需要探索的新的思路和方法。
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