“下水实验”试什么

实验是科学课的基础。但实验较难掌控，它受到材料、时间、环境等因素的影响，容易出现误差。因此，教师要“下水”做实验。让学生做的实验，教师课前要先去做一做，保证课堂教学的顺利实施。随着科学课程新理念的推进，绝大多数的教师已经不再是拿起材料就去上课，他们在课前已经把实验室的器材都检查过一次，也准备了充足的材料，可是在课堂教学中还是会出现探究体会不深刻、实验效果有误差、实验数据不准确、交流讨论不及时等各种问题。下水实验还要试些什么呢？如何让自己的下水实验更有成效，更好地为课堂教学服务呢？笔者将结合一些案例，从实验设计、实验材料、实验操作、实验时间四个方面对下水实验进行微探。

一、试一试实验设计是否最佳

一个好的实验设计不仅要与研究问题匹配，恰当地解决研究者所要解决的问题；还要有较好的“内在效度”，即能够有效地控制无关变量，使反应变量的变化完全由自变量决定；实验结果应具有一定的科学性、普遍性，能够推论到其他被试或其他情境，即有较高的“外在效度”。 可以说，一个好的实验设计等于实验成功的一半。

“空气有重量吗”（教科版三上《空气有重量吗》）实验中，先自制小天平，一端挂上瘪气球，另一端挂上重物，如笔帽、垫圈、橡皮泥等让天平平衡；然后取下气球充气后在挂上；观察天平的变化。教材希望通过这个实验来证明空气有重量。经过多次课前实验我发现：自制天平有些难度，比如按图钉、栓细线、保平衡；将气球充气后挂上，绳子没有系紧还会漏气，影响实验观察。可想而知，三年级学生精细操作能力差，完成这样的实验效果肯定不佳。另外，学生们把过多的精力放在实验操作上，分散了对实验结果的关注，他们的探究体验并不深刻。

细细研读教材，选用自制天平是根据学生的日常生活基本经验。教材还提到杆秤和弹簧秤，由于它们最小测量值有限，故不宜用它们来称量空气。由此我想到，现在的学生更经常接触到的是电子称，把“自制小天平”换成较“精密的电子秤”直接称重读数是可行的。通过教学实践发现，这样的实验设计操作起来简单易行，能够有效地控制无关变量。学生看到前后数字，比比大小就可知道气球中空气的重量。这个量化结果是空气有重量的有力证据，也可以说明空气很轻，实验现象更明显，更容易让学生理解并记忆深刻。

比较这两个实验，学生都能得到“空气有重量的，但是重量很轻”这个结论。但后者在“内在效度”和“外在效度”方面明显表现的更好，达到的效果也更佳。

设计是实验的灵魂。对于教材的设计，我们在了解编写意图的基础上，要去审视、筛选、整合和创造，抱着“或许另一种设计更合适”的质疑态度，多做下水实验，从与研究问题匹配的匹配度、内在效度、外在效度三个方面完善教学设计，确保学生的探究体验更深刻。这也是教师践行科学精神的体现。

二、试一试实验材料是否合格

材料是实验成功的基本条件。离开了合格的材料，实验的成功简直就是天方夜谭。科学实验材料主要有两类，一类来自实验室，如温度计、酒精灯、学生实验盒等。绝大多数教师都能进行下水实验，保证这些仪器的合格精确。另一类来自学生身边的物品，如食盐、塑料瓶、回形针等，这些材料被认为是生活中的材料，很多教师认为只要带来带足就可以了。可事实却并非如此。

五下《沉和浮》单元中，大量用到学生身边的物品，如胡萝卜、橡皮泥、牙签等。“观察同种材料构成的物体在水中的沉浮规律”和“分析物体在水中的沉浮规律”两个实验中都用到胡萝卜，教材认为它能浮在水中，并且容易准备。可是在实验中我发现学生准备的胡萝卜有的沉，有的浮，有的浮着浮着又沉下去了，现场一片混乱，学生甚至得出大的胡萝卜浮，小的胡萝卜沉这样错误的结论。实验以失败告终。课后我多次下水实验发现，胡萝卜的比重和水差不多，加上品质问题，质地疏松的胡萝卜在水中是浮的；质地较密的胡萝卜沉在水底；浸在水中久了，切块的胡萝卜吸足水就下沉了。如果改成和水的比重相差比较大的白萝卜进行实验，就不会出现这样的尴尬和误导了。

看来，科学虽然源自生活，但科学实验要高于生活。学生准备的生活材料往往就地取材，这些材料的可变因素较大，实验的可控性自然也较差。实验材料自身的不合格会造成实验的失败，甚至引起学生对科学知识的怀疑和误解。

材料是实验主角。对于学生准备的材料，我们在布置学生收集材料之前，要先试行收集材料，下水检验，去检验、去筛查，确立“生活中的材料并非都是科学的材料”的思想，去掉有争议、不合格的材料，选择更准确的、更稳定的材料，保证实验的成功。

三、试一试实验操作是否顺利

学生规范地进行实验操作是实验成功的重要一环，它将直接影响到实验数据的准确性。如研究“摆的快慢与哪些因素有关”（教科版五下《摆的研究》）这个实验，很多学生反映操作不顺利，老师也发现得到的数据有误差。于是我进行了下水实验，发现几次测量摆每分钟摆动的次数都不一样。经分析主要是影响这一结果的因素很多，即使是同一个摆，秒表计时的准确、摆动一次的计算、摆线的放手等操作都会影响数据的结果。因此，在实验中，对于秒表如何使用、计时员和操作者如何统一、摆怎么算是摆动一次、摆线如何拉直、要怎样放手让摆自由摆动都进行规范地指导和训练，这样学生的探究得心应手，得到的数据也准确了。

这次下水启示我们，学生的年龄特征决定了他们的动手能力并不强，在我们看来特别简单的操作，他们也手忙脚乱，容易出现失误。如果我们及时对操作要领进行适当的指导和训练，就能将实验误差降低最低。

操作是实验成功的保证。对于实验操作，课前我们不仅要下水亲历，还要思考“学生能顺利完成吗”。这样教师估量实验难度、明确操作要点，对可能出现的影响实验结果的不当操作充分估计，及时指导，扫除障碍，提高学生实验的成功率。

四、试一试实验时间是否恰当

科学探究包括五个要素：提出和聚焦问题，设计研究方案，收集和获取证据，分析数据、得出结论，表达与交流。实验只是其中的一部分，之后的表达与交流是探究的重头戏。如何合理编排时间，调控课堂节奏，是教师的一项基本技能。

“观察阳光下影子的变化”（教科版五上《 阳光下的影子》）实验中，教材建议每隔10分钟观察一次，、并记录影子的长短变化和方向。按部就班的教学得到了这样的结果：一节课40分钟，记录4个数据；等待时间过长，学生显得散漫并无兴趣；整理交流要到下节课，贻误了时机。对时间能不能有更好的编排呢？一位教师在多次下水实验发现：选择上午第二节课或下午第二节课来观察记录（如遇到不是第二节课的时候，可以跟其他老师商量调整），影长和方向变化比较明显，间隔5分钟记录一次就能采集到能说明事实的数据。这样就可以将40分钟课堂做如下安排：

一节户外课，不能始终在户外，一定要留有时间让学生静下来交流自己的发现。不然，只看见热闹的场面，而实际上学生没有任何的思考。流于形式的课堂不是我们科学课所要追求的。

时间是课堂中一个决定性的变量。一节课只有40分钟，下水中我们要充分了解每个实验所需的时间，进行合理的调整和控制，时刻提醒自己：学生实验体验的时间够吗？留给他们交流讨论的时间够吗？如何主宰时间，决定探究了探究的程度，决定了课堂的性质。

涉水方知水深浅，弄潮儿才宜统三军。下水实验的实质就是一种用心的备课，是一种精心的预设，是“以学定教”的教育思想的体现。教师要通过下水实验试出最典型、最纯粹的实验设计，试出最合格、最精准的实验材料，试出最及时、最适当的操作指导，试出最合理、最恰当的时间编排，达到教学的最优。

【作者单位：古田县平湖中心小学福建】