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【摘要】本文以《水结冰了》一课的实验教学设计为例，论述教师应根据学生的学情和实验教学目标，引导学生进行思考和探究，鼓励学生改进和创新实验装置，丰富学生在科学探究过程中的直观体验，有效培养学生的创新能力和科学素养。
【关键词】结冰 科学探究 直观体验 实验教学
【文章编号】0450-9889（2019）01A-0088-02
《水结冰了》是教科版小学科学教材三年级下册《温度与水的变化》单元第三课，本课有两个探究活动：1.认识冰的物理性质。2.研究水在什么温度时结冰，这是本节课实验教学的重点，也是后续课程有效展开探究的前提和基础。基于生活经验，三年级学生对冰已有一定的认识，通过半年的科学课学习，学生基本掌握观察具体事物与现象的方法，但对水转变成冰的状态并没有形成概念式思维。本课教学是第一次以实验的方式，让学生在特定条件下体验液态向固态转变的过程，使学生能够科学、准确、直观地获得观察认知，帮助学生构建相应的科学概念。
一、实验教学目标、重点和难点
根据对教材结构与内容的分析，在充分尊重学生前概念的基础上，笔者确定了四维实验教学目標、教学重点和教学难点。
实验教学目标：①设计简单的实验方案，选择工具，观察水结冰过程中温度的变化。②发展学生观察和描述现象的能力，让学生对研究物质变化作出合理的推论。③激发学生对现象发生过程的探究兴趣，引导学生尊重事实，培养学生的创新精神。④培养学生爱护环境、节约用水的意识。
实验教学重点：科学、准确、直观地观察水结冰过程中温度变化的阶段性过程。
实验教学难点：及时捕捉到水开始结冰的瞬间。
二、实验内容设计
为了有效达成教学目标，笔者将本课实验内容设计为三个部分：①用多维立体测量仪测量常温下水的温度。②用多维立体测量仪测量水刚开始结冰时的温度。③数据汇总与分析。
三、实验过程设计
（一）根据教材进行实验
1.第一次实验
第一次实验，采用了教材中提及的实验器材和装置。根据教材中的实验原型，用“一只保温杯或在普通塑料杯外包裹一条干毛巾”来保温。在实际操作过程中，学生会发现：结冰现象比较细微，无论是用毛巾包裹烧杯还是透明的塑料杯都会遮挡观察视线，难以捕捉到水刚好结冰时的现象。在测量过程中，温度计摆放不便，会出现温度计碰杯壁或碰杯底的现象，导致读数不准确。实验需要多支温度计，操作繁琐，破损率高。
2.第二次实验
第二次实验用铁架台代替人工手持温度计（见图1）。然而，铁架台组装繁琐，不方便拿取，加重了教师课前的准备工作。这次实验也无法观察到水在0℃时开始结冰的实时现象。
根据学生汇总的实验数据，发现有一半的小组实验数据标记为水开始结冰时的温度低于0℃（见表1）。通过反复实验，不能捕捉到水在0℃时刚好结冰的现象，而往往是低于0℃、结冰面较大之后，学生才观察到结冰现象。基于这样的实验现象，学生无法直观构建水在0℃时开始结冰的科学概念。
（二）教师与学生一起改进实验方法
为了使实验过程更规范，结冰现象更明显，教师与学生一起自制实验装置——多维立体测量仪实验装置，替换原实验中的实验装置。设计图和实物图分别见图2和图3。通过增加温度传感器及单片机主控，液晶显示屏（平板）实时显示温度，防水摄像装置实时采集水结冰的过程，特别是能够捕捉到水开始结冰的瞬间，丰富了学生在科学探究过程中的直观体验。
（三）用自制实验装置进行实验
第一步，学生用多维立体测量仪测量常温下水的温度。实验开始，学生用多维立体测量仪进行分组实验，测得常温状态下水的温度。小组汇报实验数据，讨论交流，提出下一个探究问题：水在什么温度时开始结冰呢？
第二步，学生用多维立体测量仪测量水开始结冰时的温度。
第三步，进行数据汇总与分析。汇总学生收集到的水在0℃时结冰的画面和温度，并进行分析，得出结论：学生能及时捕捉到水是从0℃时开始结冰的瞬间现象。
四、教学反思
三年级的学生是第一次接触小学科学的课程，开始学会用感官感受外界事物的变化，但是所获得的有限生活经验往往缺少科学的论证，仅仅停留在“知道”或者“了解”的层面，并没有养成严谨的科学探究的思维。实验可以给予学生在科学探究过程中的直观体验，有效培养学生的创新能力和科学素养。教师有必要根据学生的学情、教学的情况、遇到的问题等，及时调整实验教学设计，鼓励学生改进和创新实验装置。
在本课教学中，与原实验相比，自制教具——多维立体测量仪的引入保证了实验结果的准确性，有以下3个创新点：①用温度传感器代替了煤油温度计。②用自制保温杯和试管架代替了包毛巾保温和人工手持温度计的方法。③用防水摄像装置实时采集水结冰的过程，既达到本节课设定的教学目标，也突破了本节课的教学重点和教学难点。多维立体测量仪能够帮助学生科学、准确、直观地捕捉到水刚开始结冰时的现象，帮助学生构建相应的科学概念;解决教材和操作过程中的问题，有效鼓励学生持续性探究;辅助学生获得观察认知，有效培养学生的科学素养和创新能力。此外，该装置还可以应用于本单元系列实验，例如《测量水的温度》和《冰融化了》。
在这样的实验课堂上，学生不但对物质变化有了感性的认识、丰富了原有认知，还激发了积极性，对科学探究产生了兴趣。在今后的的教学活动中，笔者会给学生们更多的机会，鼓励他们敢于思考，勤于动手，善于观察。
作者简介：曾娜霞（1992— ），女，广西贵港人，毕业于广西大学，硕士，小学科学教师，研究方向：科学教育。
（责编 雷 靖）
【关键词】结冰 科学探究 直观体验 实验教学
【文章编号】0450-9889（2019）01A-0088-02
《水结冰了》是教科版小学科学教材三年级下册《温度与水的变化》单元第三课，本课有两个探究活动：1.认识冰的物理性质。2.研究水在什么温度时结冰，这是本节课实验教学的重点，也是后续课程有效展开探究的前提和基础。基于生活经验，三年级学生对冰已有一定的认识，通过半年的科学课学习，学生基本掌握观察具体事物与现象的方法，但对水转变成冰的状态并没有形成概念式思维。本课教学是第一次以实验的方式，让学生在特定条件下体验液态向固态转变的过程，使学生能够科学、准确、直观地获得观察认知，帮助学生构建相应的科学概念。
一、实验教学目标、重点和难点
根据对教材结构与内容的分析，在充分尊重学生前概念的基础上，笔者确定了四维实验教学目標、教学重点和教学难点。
实验教学目标：①设计简单的实验方案，选择工具，观察水结冰过程中温度的变化。②发展学生观察和描述现象的能力，让学生对研究物质变化作出合理的推论。③激发学生对现象发生过程的探究兴趣，引导学生尊重事实，培养学生的创新精神。④培养学生爱护环境、节约用水的意识。
实验教学重点：科学、准确、直观地观察水结冰过程中温度变化的阶段性过程。
实验教学难点：及时捕捉到水开始结冰的瞬间。
二、实验内容设计
为了有效达成教学目标，笔者将本课实验内容设计为三个部分：①用多维立体测量仪测量常温下水的温度。②用多维立体测量仪测量水刚开始结冰时的温度。③数据汇总与分析。
三、实验过程设计
（一）根据教材进行实验
1.第一次实验
第一次实验，采用了教材中提及的实验器材和装置。根据教材中的实验原型，用“一只保温杯或在普通塑料杯外包裹一条干毛巾”来保温。在实际操作过程中，学生会发现：结冰现象比较细微，无论是用毛巾包裹烧杯还是透明的塑料杯都会遮挡观察视线，难以捕捉到水刚好结冰时的现象。在测量过程中，温度计摆放不便，会出现温度计碰杯壁或碰杯底的现象，导致读数不准确。实验需要多支温度计，操作繁琐，破损率高。
2.第二次实验
第二次实验用铁架台代替人工手持温度计（见图1）。然而，铁架台组装繁琐，不方便拿取，加重了教师课前的准备工作。这次实验也无法观察到水在0℃时开始结冰的实时现象。
根据学生汇总的实验数据，发现有一半的小组实验数据标记为水开始结冰时的温度低于0℃（见表1）。通过反复实验，不能捕捉到水在0℃时刚好结冰的现象，而往往是低于0℃、结冰面较大之后，学生才观察到结冰现象。基于这样的实验现象，学生无法直观构建水在0℃时开始结冰的科学概念。
（二）教师与学生一起改进实验方法
为了使实验过程更规范，结冰现象更明显，教师与学生一起自制实验装置——多维立体测量仪实验装置，替换原实验中的实验装置。设计图和实物图分别见图2和图3。通过增加温度传感器及单片机主控，液晶显示屏（平板）实时显示温度，防水摄像装置实时采集水结冰的过程，特别是能够捕捉到水开始结冰的瞬间，丰富了学生在科学探究过程中的直观体验。
（三）用自制实验装置进行实验
第一步，学生用多维立体测量仪测量常温下水的温度。实验开始，学生用多维立体测量仪进行分组实验，测得常温状态下水的温度。小组汇报实验数据，讨论交流，提出下一个探究问题：水在什么温度时开始结冰呢？
第二步，学生用多维立体测量仪测量水开始结冰时的温度。
第三步，进行数据汇总与分析。汇总学生收集到的水在0℃时结冰的画面和温度，并进行分析，得出结论：学生能及时捕捉到水是从0℃时开始结冰的瞬间现象。
四、教学反思
三年级的学生是第一次接触小学科学的课程，开始学会用感官感受外界事物的变化，但是所获得的有限生活经验往往缺少科学的论证，仅仅停留在“知道”或者“了解”的层面，并没有养成严谨的科学探究的思维。实验可以给予学生在科学探究过程中的直观体验，有效培养学生的创新能力和科学素养。教师有必要根据学生的学情、教学的情况、遇到的问题等，及时调整实验教学设计，鼓励学生改进和创新实验装置。
在本课教学中，与原实验相比，自制教具——多维立体测量仪的引入保证了实验结果的准确性，有以下3个创新点：①用温度传感器代替了煤油温度计。②用自制保温杯和试管架代替了包毛巾保温和人工手持温度计的方法。③用防水摄像装置实时采集水结冰的过程，既达到本节课设定的教学目标，也突破了本节课的教学重点和教学难点。多维立体测量仪能够帮助学生科学、准确、直观地捕捉到水刚开始结冰时的现象，帮助学生构建相应的科学概念;解决教材和操作过程中的问题，有效鼓励学生持续性探究;辅助学生获得观察认知，有效培养学生的科学素养和创新能力。此外，该装置还可以应用于本单元系列实验，例如《测量水的温度》和《冰融化了》。
在这样的实验课堂上，学生不但对物质变化有了感性的认识、丰富了原有认知，还激发了积极性，对科学探究产生了兴趣。在今后的的教学活动中，笔者会给学生们更多的机会，鼓励他们敢于思考，勤于动手，善于观察。
作者简介：曾娜霞（1992— ），女，广西贵港人，毕业于广西大学，硕士，小学科学教师，研究方向：科学教育。
（责编 雷 靖）