小学科学教学中的模拟实验

小学科学教学中的模拟实验大桥二小天天乐乐【内容摘要】模拟实验属于综合科学过程技能，有利于充分发挥学生的想象力、洞察力、判断力，提高处理问题能力、自我建构的认知能力，启迪学生创造性思维,培养创造能力。本文从模拟实验的分类、作用、意义等方面阐述了模拟实验的重要性；同时就如何在小学阶段有效地开展模拟实验，从构建模型、模拟实验、形成认识、扩展认识等几个方面进行了重点论述。【关键词】构建模型、模拟实验、形成认识、扩展认识【正文】《小学科学课程标准》中指出：“小学科学课程是以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程。科学学习要以探究为核心。”科学实验是培养科学素养和科学探究能力的主要方式之一，其中的模拟实验属于综合科学过程技能，有利于充分发挥学生的想象力、洞察力、判断力，提高处理问题能力、自我建构的认知能力，启迪学生创造性思维,培养创造能力。1.模拟实验的概念及类型模拟实验是根据研究对象的本质特性，建立或选择一种与研究对象相似的模型，用间接的方法在模型上进行实验研究，再将研究的结果推广到对象客体中去，从而达到解释、认识对象的目的。模拟实验的主要类型：从实验目的上可分为：验证已知、探索未知、检验成果；从实验方式上可分为：实物模拟、情境模拟、数字模拟。模拟实验是对直接实验的必要补充：有利于研究及其宏观或微观的对象，培养学生的空间能力、有利于研究存在时间和周期过长或过短的对象，具有实践性、探究性；体现了学习内容的丰富性、深刻性。2.小学科学模拟实验的一般过程小学科学中常见的模拟实验有三类。模拟运动：模拟昼夜、四季、月相的规律等。模拟成因：模拟火山、地震、岩石风化、地表变化，模拟风、雨、露的形成等。模拟原理：模拟呼吸运动、血液循环、轮船模拟实验等。模拟实验的一般过程：2.1掌握原理理解前提是模拟实验的基础，因为只有了解客观事物的现象、认识到研究对象的本质、准确的描述原型，才能构建对应的模型，进行模拟实验，解释现象。如果把研究对象的每个部分看成是一个要素，各个要素通过发挥各自不同的作用联系在一起，那么就构成了一个相对统一、封闭的系统，其中要素与要素之间、要素与系统之间的联系就是这个研究对象的内部构造和学习的知识点。要在建立模型前，使学生充分了解研究对象存在的客观事实、现象，并且掌握产生这一现象的成因、原理等相关知识。例如：在做模拟昼夜、四季变化等模拟实验之前，学生应该知道一天有昼夜变化、一年有四季变化这种自然现象；掌握有关昼夜、四季成因的知识，即昼夜和四季的成因是地球自转和公转的结果；知道地球自转和公转的方向和形式，以及与太阳、月球的位置关系等。又如：在做月相成因模拟实验前，学生应知道每月月相变化的现象，知道月相变化的成因，观察过月相、画过月相图。因此，教师在教学中应运用多种教学方法、通过多种手段帮助学生观察相关自然现象、理解知识、认识原理或成因，以便较准确的反映客观事实，增强模拟实验的实效性。2.2建构模型模型是对研究对象（原型）的简单化模拟。可分为：物理模拟、概念模型、数学模型。模型可以是一个装置、一个计划、一份草图、一个等式、一个计算机程序，甚至仅仅是一种想象，其价值在于能够解释原型的本质或其运动机理。2.2.1建构思维模型：即设计实验。通过对研究对象（原型）的认识、理解，构思、设计一个可以解释对象的模拟实验，详细写出实验内容、实验目的、实验原理、实验步骤、实验记录单和预期效果、画出实验装置草图等。这里渗透着“猜想——假设——验证”的思维过程，教师要帮助学生挖掘相关素材、引导学生有目的设计周密的研究计划。2.2.2构建物理模型：选择恰当的仪器、材料、工具等组装模拟装置（模型）。要让学生知道模型中每种材料“相当于”原型中的哪个要素，要明确实验材料与客观对象的一一对应关系，即要分清楚“用什么模拟什么”、“怎样模拟”，这是做好模拟实验的关键。意义在于应用简单实物，通过想象、类比和模仿等手段与研究对象建立关联，研究对象的本质、找到规律，得出结论。例如：在应用三球仪模型做月相成因模拟实验时的一一对应关系是：手电筒——太阳地球仪——地球小足球——月球建构模型是进行模拟实验的前提，实验结果的真实性取决于模型和原型的相似度，或模仿实验条件的真实程度。例如：用沙盘、喷壶模拟雨水冲刷、河流搬运对地表改变的作用实验，如果水流量不够或沙盘过小，都会影响模拟效果。因此，在选择实验材料时，应注意提高模型或实验条件与原型的相似度，增强模拟实验的可信度。2.3收集资料2.3.1模拟实验：按照实验步骤，应用模型，按照研究对象的运行规律、形成机理等，进行推测性的模仿，演绎其变化过程。例如：用手电筒和地球仪模拟昼夜的成因，实验中要认真细致，要注意保持“太阳”和“地球”相对位置的稳定性，尽量接近原型、缩短误差。2.3.2观察记录：观察实验现象与原型中的现象是否一致或相似，理解实验现象的本质。在仔细观察的同时，通过测量、画图、拍照等方式认真记录实验现象。例如：在假设太阳（手电筒）相对不动的情况下，观察地球仪上一个确定的观察点（北京）在受光面、背光面以及左右侧光面四个位置上受到光照的变化，模拟出昼夜变化。又如：画出用酒精灯、冷玻璃片、烧杯、水等材料模拟雨的形成实验简图；用拍照方式记录模拟生态园（生态瓶）各个时间段的变化情况研究如何维持一个小的生态系统内的平衡。2.4形成认识通过模拟实验收集资料，把观察记录的资料进行归纳推理，得出结论，印证原型中的现象、原理、成因等机理的本质，最终形成正确的认识。在小组内讨论交流；在全班解释现象、发布观点。2.5扩展认识2.5.1理想化与局限性。要引导学生对模拟实验与客观对象做进一步的比较，使学生知道这种所谓的模拟实验具有很大的理想化成分，是对研究对象本身做了“概括”、对实验环境做了“限制”、对事物运动变化过程做了“简化”，使丰富的环境、多变的事物、复杂的过程概括为“简单”，成为一个“理想实验”。但正是因为这种实验对影响事物变化的因素做了限制，使大多数因素“固定”、“不变”，只研究其中部分因素引起的变化，因而具有“局限性”。例如：模拟火山实验中，加热用厚土豆泥覆盖的番茄酱，直至番茄酱喷出，但是事实上岩浆的运动变化是没有规律可循、非常复杂的，并不像模拟的那样单一。要让学生明确知道模拟实验虽然能够解释客观事物的一些本质特征，但是具有主观性，与客观实际有明显差距，不能用模拟实验完全代替对客观事物本身的观察、记录，有时不正确的模拟实验还会把人引入歧途。2.5.2模拟的还原所谓还原，就是要将研究的结果推广、还原到研究对象中去，让学生最终从模拟的情境中走出来，回到真实的现实中来，认识到刚才的实验只是一个简单的模仿，手电筒、地球仪、小足球等还是它自己，与真实的、客观存在的太阳、地球、月球的实际其情况是不同的，模拟的运行轨迹和方式与真实的客观事实是不完全相同的、甚至有很大差异。例如：模拟四季的成因实验，我们往往描述的是地球近日点、远日点某一时刻的位置，以表示不同季节。但是我们要让学生知道：事实上所有的星体、万事万物时时刻刻都在永不停息的运动着，我们定格在某一时刻、某一位置的“点”上的实验只是简单化的模仿、是一个“理想化”的状态，使学生用客观眼光看待事物，知道模拟实验并非是客观实际的真实反映，从而培养学生严谨求实的科学态度。3.过程评价教师要发挥科学教育的导向性功能，指导学生掌握进行模拟实验的方法，适时评价他们的得失和正误。培养学生的探究能力，学会通过实验印证预测的成因、形成自己的认识。在扩展认识阶段应注意全面的引导性评价，培养创造精神和严谨求实的科学态度。总之，在模拟实验中掌握原理是基础，构建模型是关键，收集资料和形成认识是重点，扩展认识、过程评价是保证。教师可以应用个别指导、集体讨论、演示指导等多种方法指导学生进行模拟实验，在模拟实验中逐渐培养学生的科学素养。