优化实验设计，培养学生自主探究能力
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摘 要 根据新课标指引，科学课要以培养学生自主探究为核心提升其科学素养。科学课是以实验为基础的课堂，因此优化实验设计，激发学生自主探究欲望，提高课堂效率，是实验教学的关键。基于《气体的热胀冷缩》，笔者改进教材观察肥皂膜的实验，提供了三组不同的实验器材供学生选择，突破了实验的单一性，培养了学生动手操作和合作能力，提高了自主探究能力和科学素养。
关键词 热胀冷缩 实验改进 自主探究
中图分类号：G623.6 文献标识码：A
在飞速发展的新时代，科技和人才竞争日益激烈。世界各地比以往更为迫切的需要先进的科学知识和优秀的人才。从2020年起，国家开始实施“强基计划”。因此，教育者对学生的学术志趣引导、科学素养提升、数理基础强化的提前布局就迫在眉睫。
《气体的热胀冷缩》选自粤教版小学科学三年级上册，是第4单元《热与温度》第21课的内容。在这一课之前，学生已有学习《液体的热胀冷缩》的基础，在这一节课之后将学习《固体也会热胀冷缩吗》。本节课具有承前启后的作用，在这一单元中占有重要的地位。因此理解和掌握气体的热胀冷缩显得尤为重要。
1实验存在的问题
本节课教材安排了两个活动，其中第2个活动是“会变化的肥皂膜”。实验内容是在烧瓶口沾上肥皂水，形成肥皂膜。将烧瓶分别放入冷水和热水中，观察肥皂膜的变化。教材中的配图则展示学生将烧瓶分别放入冷水、温水和热水中，配图旁边的教材卡通人物彬彬提示“可以试一试用手捂热烧瓶”。在实际教学中，笔者发现了本实验的一些不足之处：
（1）将烧瓶分别放入冷水、温水中时，实验现象没有明显对比;（2）泡泡是透明的，老师进行演示实验时，学生难以观察;（3）用手捂热烧瓶时间长，实验效果不明显;（4）演示現象单一，缺乏说服力;（5）教材中实验指引与配图内容不一致，指示不明确。
2器材改进
基于以上思考，笔者取消了将烧瓶放入温水的这一步骤，并替换掉观察肥皂膜的实验。另外提供了3组不同的实验器材，让学生有选择的自主探究。
A组：热水、冷水、烧杯、烧瓶、气球
B组：热水、冷水、烧杯、无针头注射器
C组：热水、冷水、烧杯、连接吸管的烧瓶、红墨水
3优化实验设计
通过活动一“乒乓球能鼓起来吗”，学生观察发现完好的瘪乒乓球在热水中能鼓起来，裂开的瘪乒乓球则不能。由此得出结论：乒乓球里的空气受热膨胀了。
接下来的实验教学笔者改进了教材原本的活动二“会变化的肥皂膜”，设计了以下分组实验，多法验证“气体的热胀冷缩”现象：
第一步：引导学生设计实验方案。
为了突破学生设计实验方案的难点，出示以下问题：
（1）空气有什么特点？（2）用什么容器装空气？如何密封？（3）怎样让空气受冷和受热？（4）用什么办法才能看清空气的体积发生了变化？
老师介绍ABC三组实验材料，让学生自主选择感兴趣的材料进行实验设计。最后，全班交流，利用投影仪展示小组的实验计划，师生共同完善实验计划。
第二步：小组合作探究。
学生根据实验方案领取器材进行实验。教师提醒：在实验过程中，小心热水，注意安全，仪器要轻拿轻放;小组分工合作，细心观察实验现象，及时记录。
（1）方法一：调皮的气球。
在烧瓶口套上气球，先放入热水中，再放入冷中，通过气球的鼓凹来判断气体体积的变化。
（2）方法二：会动的针筒。
把注射器塞子抽至中间，盖住头帽。把注射器倒立放进热水中，会发现塞子缓缓上升，直至停下;再放入冷水中，会发现塞子缓缓下降。
（3）方法三：会吹泡泡的烧瓶。
烧瓶的瓶口连接吸管，并把瓶口密封。把烧瓶放入热水中，吸管放入红墨水中，会发现吸管的一端吹出泡泡。再把烧瓶放入冷水中，会发现吸管吸进了一段红墨水。
第三步：汇报交流，得出结论：
（1）小组交流汇报实验现象。
（2）学生得出结论：气体在受热时体积会膨胀;受冷时体积缩小。
4改进实验的效果与优点
4.1实验现象效果明显
老师提供的实验器材，便于获取，易于操作，实验现象明显。学生能直观的观察到气体受热体积膨胀，受冷体积缩小这一现象。
4.2实验教学以生为本
（1）老师设计的实验新奇有趣，符合三年级学生活泼好动的学情，有效的激发学生的好奇心;
（2）在小组合作探究的环节，学生自主选择不同的实验器材，突破了教材的单一性，学生从一个验证实验的旁观者，变成一个设计实验的探究者。这极大激发了学生主动探究的积极性，创新思维得以发展，合作学习和动手操作能力得以提高;
（3）每个学生生活背景和生活经验不一，因此每个学生对热胀冷缩的前概念不一样。本节课学生可以根据自己的能力和熟悉的器材，选择设计不同的实验方法，体现了老师分层教学，因材施教的原则;
（4）学生通过多种实验方法验证，最后得出空气热胀冷缩这一结论，开阔了学生广阔的视野，培养了严谨的科学态度。
4.3实验环节层层递进
从开始的演示实验（瘪乒乓球鼓起），到对比实验，最后设计实验，学生在逐步模仿、思考中，提高了实验迁移能力。
学生通过参与“提出猜想→设计实验方案→讨论交流，确定方案→分组实验→讨论分析→得出结论”的过程，像科学家一样完成了科学活动的探究过程，在实验中体验、感悟和内化，感受科学的乐趣，提高了自主探究能力。
参考文献
[1] 郝京华.科学课程标准解读[M].湖北教育版社，2002.
[2] 黄璨.化学新课程中微型实验探究活动的设计[M].北京：化学工业出版社，2005：72-75.
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