【谈小学科学模拟实验教学现状及策略】 科学模拟实验

谈小学科学模拟实验教学现状及策略

摘 要：
模拟实验；
模拟实验教学；
模型；
原型 实验是人类探索未知世界的有效手段之一。科学实验的 类型有多种，常见的类型有比较实验、析因实验、模拟实验、 判决实验等。在小学科学课中，“科学探究是科学学习的中 心环节”，但由于三四年级教材中研究对象的直观性较强， 所以比较实验、析因实验较多，模拟实验较少出现；
而在五 六年级中，随着研究对象越来越不便于直接观察，模拟实验 开始逐渐增多，如《地球的运动》、《地球表面及其变化》 单元中的实验基本上都是模拟实验。可见，模拟实验是小学 生进行科学探究的重要方法，是培养科学探究素养的重要途 径。

一、模拟实验的内涵 由于受到客观条件的限制，不能对某些自然事物或现象 进行直接的实验，不得不借助于间接的手段，先设计与自然 事物和现象及其发展变化相似的模型，然后通过对模型的实 验和研究来间接地认识原型事物的性质和规律性的实验，被 称为模拟实验。模拟实验具有科学实验和科学模型的双重特性，一方面， 它的主体以实物仪器和器材为中介与客观事物发生相互作 用；
另一方面，实验者所直接研究的对象并不是原型事物本 身，而是用来代替它们的特制模型。所以，模拟实验可以说 是一种特殊的实验，是科学实验和科学模型方法的有机结合 （如图）。

二、当前模拟实验教学现状 1．忽视对模拟实验科学性的研究 模拟实验作为类比思维在实验中的应用，它根据的是相 似性原理，它往往要求模型和研究对象之间具有相似性、模 型所处的实验条件与研究对象所处的实际条件之间具有相 似性。然而，在当前的模拟实验教学中，教师往往忽视了对 模拟实验设计的科学性思考，使两者的相似性得以弱化。

如在五年级中《岩石会改变模样吗》一课中，有这样一 些科学教师均非常熟悉并普遍认可的模拟实验：
取一些棱角明显的碎砖块或碎石块，放进装有半瓶水的 玻璃瓶中，盖好瓶盖，用力摇晃。摇一会儿，把碎砖块或碎 石块取出来，发现砖块或石块已经变小了，它们的棱角已经 消失、表面变得较为光滑，这个实验说明了自然界中的水会 对岩石产生风化作用。

这是一个科学的模拟实验吗？也许我们从来没有提出 过质疑。然而一次听课的过程中，笔者却听到了孩子不同的 声音：【案例】 师：现在我们来交流一下大家的发现。

生1：我发现摇过的石块，比没摇过的石块光滑多了。

（师表扬） 生2：我们留下来的几块石块是有棱角的，而摇过的石 块的棱角已经没有了，这说明水是可以改变岩石模样的。

（师表扬） 生3：我们组的石块已经变的很小了，说明水能很快改 变岩石的模样，而且改变的效果很明显。

师：你们组真棒！还有吗？ 生4：（面带担心受责的表情）老师，我可以问一个问 题吗？ 师：当然可以，你说！ 生4：这些是岩石吗？怎么摇几分钟就变成这样了，我 爷爷家的磨刀石都（磨）那么多年了，可还是老样子！ 生5：我看不一定会改变模样，有些岩石是很硬的 …… “没想到水能这么快地使岩石改变模样”，现实显然不 是这样的！“砖是砖，岩石是很硬的，根本就不一样”、“怎 么摇几分钟就变成这样了，我爷爷家的磨刀石都（磨）那么 多年了，可还是老样子”，学生对实验提出了疑问，他们的 真实想法折射出这样的模拟实验是存在着科学性问题的。

2．忽视对模拟实验技能训练的重视在当前情况下许多教师往往只将模拟实验作为一种手 段，其目的就是为了获得对研究对象的认识、以揭示其本质 和规律，结果导致学生只能在教师的指导下运用模拟实验来 探究事物。出现这种现象的根源就在于教师没有认识到模拟 实验也是一种可以并且需要转化为能力的方法，因而没有对 模拟实验的内涵和教学策略进行研究，也没有对学生运用模 拟实验的能力进行系统的指导与训练，所以模拟实验就成了 游离于学习方法之外的方法。因此听课时常常赞叹某教师自 制模拟实验教具精彩，学生却不知如何使用，使得学习活动 的价值大打折扣。

三、模拟实验教学的策略 1．要确保模型与原型具有概念意义上的相似性 案例中学生的交流，我们会发现，实验之所以没有取得 应有的效果，主要是因为模拟实验中的材料（一般的碎石块） 与原型中的研究对象（各种各样的岩石）的相似度不高：岩 石的硬度差异很大。只有遵循了模拟实验的相似性原理，学 生才能通过对模型的认识与研究，获得关于原型的知识及其 在自然界中的运动变化规律。

要指出的是，由于所要研究的实际问题往往很复杂、有 着众多的因素，为了便于着手分析与研究，模拟实验中模型 选择的思维方法要遵循化繁为简的原则，需要把复杂的实际 问题转化为理想的简单问题，使它保留并突出决定事物本质 属性的主要因素，排除次要因素和偶然因素的干扰。2．要善于将模拟的过程清晰地展示出来 学生如果能通盘考虑模拟实验的步骤，也就能完整、连 贯地完成模拟实验的过程。但是，受小学生年龄特点的影响， 学生的思维能力还不能将模拟实验的步骤完整无误的保存 在记忆中，这样，在将模拟实验的结果类推到原型上的过程 中，学生的思维就容易受到干扰，以致被遗忘。如在上述模 拟实验教学的过程中，教师可以通过板书或多媒体展示出模 拟的过程：
问 题水流的冲刷和搬运能使岩石改变模样吗？ 假 设水流的冲刷和搬运会使岩石改变模样 建立模型 （设计实验） 材 料 用花岗岩碎石块和砂岩碎石块代表河道中不 同种类、不同硬度的岩石 过 程 用摇晃瓶子使花岗岩碎石块和砂岩碎石块发 生碰撞代表岩石在河道水流的冲刷和搬运下的碰撞 实验结果 瓶子中的岩石改变了模样，其中，花岗岩碎石块变化较 小，而砂岩碎石块变化较大。

认识原型 （验证结果） 河道中的岩石也会在水流的 冲刷和搬运下改变模样，不同的岩石变化的速度会有差异。

采用这种表格的方式记录下模型与原型在结构、过程或 功能上的相似处，有利于理顺学生的思维，成功地将模拟实验的结果类推到原型上；
同时，清晰地展示模拟实验的设计 与实验过程，十分有利于让学生领悟模拟实验是一种“了解 原型、提出假设——建立模型、进行实验——明确结果、认 识原型”的问题解决过程。

3．要追求经历过程与学会技能的和谐统一 在模拟实验教学中，教师需要为学生的学习搭建“脚手 架”，帮助他们达成学习目标。但是，教师应该明确：我们 在指导学生运用模拟实验方法去探究事物时，并不仅仅是为 了获得研究的结果，同时也应该引导学生认识模拟实验的过 程，培养学生自主设计、运用模拟实验方法的能力。只有将 经历模拟实验过程与学会模拟实验技能和谐地统一起来，才 能实现模拟实验教学价值的最大化，达到“一箭双雕”的效 果，真正有效地提升学生的科学素养。

事实上，模拟实验过程也是一种模式，让学生熟识模拟 实验的实施步骤，反复经历这样的过程，学生运用模拟实验 的能力就会逐渐形成。不管采用何种方式进行教学，教师都 要让学生在实验前明白实验目的，明确在用什么模拟什么；

实验后要让学生关注实验现象，并能把模拟实验与自然界中 存在的现象联系起来思考。

参考文献：
[1] 科学（3-6年级）课程标准[M].北京：北京师范大 学出版社，2002 [2] 科学（3-6年级）课程标准解读[M].武汉：湖北教育出版社，2002 [3] 科学探究式学习100个问题[M].杭州：浙江教育出 版社，2007