劉蕓

科學(xué)想象實驗是一種實驗方法，用于探索科學(xué)問題，運(yùn)用科學(xué)原理改善人們的生活。它將科學(xué)概念和實踐相結(jié)合，以一系列有吸引力的實驗為基礎(chǔ)，將科學(xué)理論、數(shù)據(jù)和可視化技術(shù)轉(zhuǎn)化為有用的結(jié)論，激發(fā)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)原理進(jìn)行思考、分析和創(chuàng)造，為解決實際問題提供有效的解決方案。本文從推測實驗現(xiàn)象、分析變化規(guī)律、總結(jié)共同特點、遷移科學(xué)規(guī)律、類比本質(zhì)特征等方面介紹小學(xué)科學(xué)想象實驗的開展方式，從認(rèn)知能力、觀察能力、操作能力、探究能力、科學(xué)思維能力等方面提出了具體的小學(xué)想象實驗教學(xué)模式。

想象實驗是以學(xué)生已經(jīng)獲得的知識體驗為前提，是不同于教師示范的實驗。在想象實驗中，學(xué)生充分調(diào)動積極性，對實驗中出現(xiàn)的問題進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐茖?dǎo)和科學(xué)聯(lián)想，以達(dá)到解決問題的目的。想象的過程能夠讓學(xué)生積累解決問題的方法和技能，發(fā)展學(xué)生的理性思維和創(chuàng)新能力，從而樹立科學(xué)精神。在教學(xué)過程中，要注重教學(xué)示范與學(xué)生實踐，注重形象化的教學(xué)，將其與示范和學(xué)生實踐相結(jié)合，充分發(fā)揮其積極作用，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

一、小學(xué)科學(xué)想象實驗的開展方式

（一）推測實驗現(xiàn)象

小學(xué)階段的科學(xué)想象實驗可以從實驗的現(xiàn)象進(jìn)行推斷。在小學(xué)教學(xué)中，實驗現(xiàn)象往往是比較清晰和直觀的。通過對實驗的觀察，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)有的知識和體驗對其進(jìn)行理性想象和推理，并進(jìn)行相應(yīng)實驗，這是最容易實現(xiàn)的一種科學(xué)想象實驗。小學(xué)科學(xué)課程主要通過培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識周圍環(huán)境的習(xí)慣，促使其對科學(xué)問題進(jìn)行思考，從而逐漸培養(yǎng)其科學(xué)思想。雖然以想象的方式進(jìn)行科學(xué)探究，但是在實驗方式和步驟上也要做到科學(xué)化和理性化，學(xué)生的推理、想象和解釋要有充足的基礎(chǔ)。

比如“沉和浮”知識的教學(xué)中，教師可以給學(xué)生提供豐富的實驗材料，讓學(xué)生去想象、推測、驗證不同事物的漂浮現(xiàn)象，并總結(jié)和歸納漂浮法則。例如，教師向?qū)W生展示泡沫塊、蘿卜、小石子、橡皮、回形針、木塊等，讓學(xué)生分別針對不同材料做實驗，其余學(xué)生則根據(jù)自己的想象力和想法做出正確判斷，最終得出結(jié)論。教師再列出一些材料，讓學(xué)生根據(jù)浮力定律進(jìn)行各種聯(lián)想實驗，從而推斷出重力、密度與物質(zhì)浮力之間的關(guān)系。

（二）分析變化規(guī)律

小學(xué)生認(rèn)識事物的變化規(guī)律多是靠觀測和實驗來完成的，而這些現(xiàn)象的特點和變化規(guī)律常常沒有以直觀的方式表現(xiàn)出來，從而會影響學(xué)生的認(rèn)識和判斷力。教師可以運(yùn)用想象實驗的方法，讓學(xué)生更深刻地認(rèn)識事物發(fā)展的客觀法則和內(nèi)在關(guān)系，用自己的想象力去比較和剖析這些事情，從而更好地掌握各種事物的發(fā)展和演變規(guī)律，從而促進(jìn)不斷地發(fā)展自己的科學(xué)思維。

比如，通過對油菜花的觀測，學(xué)生可以認(rèn)識到油菜花從開花到成熟的整個歷程及花和果的相互聯(lián)系。通過對油菜開花、結(jié)莢、枯萎的細(xì)致研究可以看出，每一階段的開花與結(jié)莢都是從萌芽發(fā)育而來。然后教師給學(xué)生演示其他花苞，引導(dǎo)其進(jìn)行想象實驗，設(shè)想將來的花苞會有怎樣的改變。學(xué)生做出理性推理，快速地說明花苞會慢慢生長、開花、枯萎，枯萎處會結(jié)出細(xì)小的果子。通過這種方法，可以促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思考，了解花朵在不同時期內(nèi)的發(fā)育和生長情況。

（三）總結(jié)共同特點

相似的東西通常都有共通性，要想把相同的東西逐一剖析和研究，勢必耗費(fèi)很多時間和精力。在想象實驗中，教師可以指導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行探究，激發(fā)其對相似事物的推理和歸納，可以有效降低重復(fù)實驗次數(shù)，從而獲得更好的實驗效果。

比如，在導(dǎo)線與絕緣子的實驗中，首先，教師讓學(xué)生了解橡膠的導(dǎo)電性能；其次，學(xué)生自己去測試其他常用物品，從而對導(dǎo)線及絕緣材料有一個基本概念；最后，教師指導(dǎo)學(xué)生解析和判定材料的傳導(dǎo)特性，并鼓勵其歸納出“銅絲、鐵絲等材料易于傳導(dǎo)，而塑料、橡膠等材料不易傳導(dǎo)”的觀點，讓學(xué)生對導(dǎo)線、絕緣材料的導(dǎo)電性和不同材料的導(dǎo)電性有較為具體的認(rèn)識，對日常使用的器具、材質(zhì)等有初步理解，從而加深對日常使用材料的導(dǎo)電性的理解。

（四）遷移科學(xué)規(guī)律

一些在初等教育中不能進(jìn)行的實驗，如關(guān)于探索地球的一些實驗，教師可以通過仿真和想象力來引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)知識。小學(xué)生的認(rèn)知模式主要依靠意象和直覺，教師可以在課堂進(jìn)行模擬，讓學(xué)生在掌握了一定的客觀法則后，再利用自己的想象力去完成那些不可能實現(xiàn)的實驗。

比如，日夜變化實驗，對小學(xué)生來說，他們很難用自己的經(jīng)驗來探究日夜的變化。教師可以用手電筒、地球儀、人物貼畫等方式來模仿地球的轉(zhuǎn)動，幫助學(xué)生更好地理解“由于光線被阻擋而造成光明與黑暗之間的改變”。然后學(xué)生用自己的想象力來傳遞這種法則，想象自己看到一個星球在圍繞太陽轉(zhuǎn)動時，會感覺到晝夜的交替和氣溫的高低。

（五）類比本質(zhì)特征

小學(xué)生大都處于具象的思考狀態(tài)，所以在進(jìn)行小學(xué)科學(xué)實驗時要盡量做到形象、清楚，但是一些具體的實驗步驟和操作卻不能很好地體現(xiàn)。在這種情況下，教師可以利用特定的方法來幫助學(xué)生了解實驗的各種現(xiàn)象，比如，教師可以用色彩鮮艷的物質(zhì)來代替不太顯眼和難以發(fā)現(xiàn)的東西，使學(xué)生有針對性地探索，由此得出一些看不見的實驗想象，發(fā)現(xiàn)它們的本質(zhì)，從而形成科學(xué)想象力。

二、小學(xué)科學(xué)想象實驗的創(chuàng)新教學(xué)策略

（一）用想象實驗提高學(xué)生的認(rèn)知能力

一方面，想象實驗可以促進(jìn)知識的吸收，使學(xué)生能夠?qū)F(xiàn)有知識與實驗相聯(lián)系，通過對已有認(rèn)知的重構(gòu)，在新的認(rèn)知上得到進(jìn)一步發(fā)展。另一方面，在教學(xué)實踐中，通過對實驗進(jìn)行創(chuàng)新，使學(xué)生主動參與、充分想象，從而提高認(rèn)知水平。

比如，四年級的小學(xué)生已經(jīng)具備一些人生閱歷，知道摩擦現(xiàn)象，但是對摩擦的影響因素及如何減少摩擦等缺乏足夠的研究。教師可以讓學(xué)生觀看相關(guān)視頻，即以汽車、紙箱等不同的材料為實驗對象進(jìn)行相應(yīng)測試。教師可以讓學(xué)生想象一下，為何不同材料的摩擦力會有所差別，當(dāng)學(xué)生回憶實驗時，就會想起有些團(tuán)體用汽車做移動對象，有些團(tuán)體用紙箱做移動對象，兩者的質(zhì)量不同，產(chǎn)生的摩擦力也會不同。在想象實驗中，雖然沒有進(jìn)行實踐摸索，但學(xué)生的認(rèn)知卻有了變化。

（二）用想象實驗培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力

在科研活動中，觀察是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的一種有效途徑。但是小學(xué)生的觀察力較弱，一方面，小學(xué)生的好奇心很強(qiáng)，非?；钴S，難以對一個物體或現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)觀察；另一方面，小學(xué)生受外部環(huán)境的影響較大，在觀察過程中會被同學(xué)的一言一行所影響，導(dǎo)致學(xué)習(xí)過程不完整。為了解決這個問題，教師可以在觀看部分引進(jìn)想象實驗，先讓學(xué)生去想象，然后將想象的與所看到的事物進(jìn)行比較，從而更好地進(jìn)行觀察，更清晰地了解事物的本質(zhì)。

比如，在“探索綠豆萌發(fā)的外部環(huán)境”實驗中，要求學(xué)生每日澆水并隨時觀測。首先，教師要引導(dǎo)學(xué)生將自己的經(jīng)歷與想象力聯(lián)系起來，有的學(xué)生認(rèn)為綠豆一日內(nèi)可以萌發(fā)，有的學(xué)生認(rèn)為種子先萌發(fā)后生根。其次，教師不要輕易地否認(rèn)學(xué)生的想象力，要引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察，找到正確答案，從而提高觀察能力，加深對實驗的認(rèn)識。

（三）用想象實驗培養(yǎng)學(xué)生的操作能力

在小學(xué)科學(xué)實驗中，實驗的成功與否與學(xué)生的實際動手能力有著密切聯(lián)系。學(xué)生親身實踐、探究學(xué)問的秘密并不是一蹴而就的，需要一點一點地累積。為了提高學(xué)生的實際應(yīng)用技能，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索和實驗，注重對學(xué)生動手能力的訓(xùn)練，引進(jìn)想象實驗，讓學(xué)生運(yùn)用想象力搭建實驗?zāi)Ｊ?，從而其培養(yǎng)良好的操作能力。

比如，“建高塔”的實驗中，教師準(zhǔn)備塑料瓶、膠帶、沙子等材料，讓學(xué)生搭建一座不易倒塌的“高塔”。首先，教師向?qū)W生介紹一些日常生活中經(jīng)常見到的高樓，并引導(dǎo)其將各種各樣的高樓進(jìn)行對比，幫助學(xué)生對這種高聳的建筑有一個基本認(rèn)知；其次，讓學(xué)生想一想什么樣的建筑最穩(wěn)定；最后，教師引導(dǎo)學(xué)生回想自己學(xué)過的知識，做一些想象實驗，學(xué)生很容易就能把“高塔”的形狀勾勒出來。在此學(xué)習(xí)過程中，想象實驗是教學(xué)活動的中心環(huán)節(jié)，通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行聯(lián)想和對比，為以后的教學(xué)工作打下良好基礎(chǔ)。

（四）用想象實驗培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

在教學(xué)中，教師要創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)膯栴}情境，營造輕松自在的教學(xué)氛圍，讓學(xué)生自主地去探究問題，科學(xué)合理地使用想象力，在進(jìn)行思維活動的同時探索新的解決方法。在科學(xué)教學(xué)中，教師要鼓勵學(xué)生大膽想象，然后進(jìn)行實驗，以提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新思考能力。

比如，利用塑料杯、氣球皮、音叉等材料進(jìn)行鼓膜振動實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)音叉距離耳膜較遠(yuǎn)或較輕時，會出現(xiàn)很小的振動，這種現(xiàn)象很難察覺，因此會產(chǎn)生誤差。此時，教師就可以提出怎樣解決教學(xué)計劃的問題，激發(fā)學(xué)生的思維和想象力。有的學(xué)生認(rèn)為，不管距離耳膜多遠(yuǎn)，音叉都要有很大振動，要將音質(zhì)聚集在耳膜上，那么如何將音質(zhì)聚集在耳膜上呢？有的學(xué)生認(rèn)為，用不銹鋼的杯子來代替音叉，然后用杯口對著耳廓，這樣音質(zhì)就會通過杯子的邊緣集中起來，耳膜的振動就會大大加強(qiáng)了。通過想象實驗，學(xué)生可以很好地將所學(xué)知識進(jìn)行遷移和運(yùn)用。

（五）用想象實驗發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力

思維是以感覺和表象為基本依據(jù)的，科學(xué)思維是將思維的對象具體到科學(xué)范疇中去，將對象轉(zhuǎn)化為科學(xué)現(xiàn)象、過程和結(jié)果。在想象實驗中，學(xué)生將自己的知識、方法和過程用想象力表達(dá)出來，從而了解知識與法則之間的聯(lián)系，將自己的領(lǐng)悟和見解相融合，推動思維的發(fā)展。

三、結(jié)語

目前我國對小學(xué)科學(xué)想象實驗的實踐性研究較少，挖掘具有代表性的材料是當(dāng)前教學(xué)中迫切需要解決的問題。為探索想象實驗的有效途徑，推動小學(xué)科學(xué)教學(xué)良性發(fā)展，科學(xué)教師應(yīng)從多方面完善教學(xué)策略，逐漸形成一套完整的想象實驗操作程序與方法，全面優(yōu)化教學(xué)模式，為小學(xué)科學(xué)教育的改革提供豐富的資源與經(jīng)驗，為學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的發(fā)展打下扎實基礎(chǔ)。