創設真實情境和劣構問題的嘗試
——以《虹吸現象》一課為例
蘇韻冬一、問題的提出
我校自2023年以來，每星期都會在三至五年級開展一節校本科學實驗課，其目的在於培養孩子的動手能力和解決問題的能力，使孩子能熱愛科學，從科學實驗中尋求樂趣。這些實驗課的內容和平時的科學課不一樣，主要注重動手操作，並且實驗的內容也是科學課教科書上沒有的。
在一次虹吸現象的實驗中，我給五年級的學生準備了兩個大水杯和一根粗細和軟硬合適的塑料水管。先讓學生在乙個水杯中灌滿水，然後將水管浸到水中灌滿水，最後拿出水管的一端放到另乙個水杯中，水就慢慢流出來了。實驗結束我，我告訴學生這就叫虹吸現象。
五年級的學生跟著老師一步一步地做，都很容易成功，學生聽老師講解時也很認真，這節課看起來很完滿了。
但課後卻出現了乙個意向不到的事，乙個平時成績相當好的學生和我說了一句悄悄話：「老師，其實我們班的同學基本上都沒聽明白你剛剛在說什麼，只是覺得這個實驗挺好玩而已。」我不禁在想，我們開這校本科學實驗課的初衷是什麼？
不就是要訓練學生解決問題的能力嗎？學生按部就班地跟著老師做實驗，根本就沒有達到這個目的。所以，我決定用「情境導向的模型」，把實驗變成乙個有挑戰性的問題，創設真實情境，設計劣構問題，讓學生的科學**能力能得到實質上的鍛鍊。
二、第一次研究
在科學概念的學習上，小學生對「虹吸現象」這個知識是比較陌生的，而且小學生的物理知識並不豐富，還沒學過 「大氣壓力」，只在三年級的「空氣」這一單元中學習過 「空氣會佔據一定的空間」，「空氣能被壓縮，產生推動物體的力」。所以，讓學生理解「液態連通器」和「大氣壓力」這兩個知識點，初步認識虹吸現象就可以了。
我計畫按三個環節來組織教學：創設農田灌溉的情境——學生分組實驗——講解虹吸現象。
我設計的情境是讓學生幫農民伯伯把高山湖泊中的水引入到山下的農田裡灌溉。這節課在讓學生理解高山湖水灌溉農田上花費了大量的時間，基本上沒有學生想到運用虹吸現象引水。在分組實驗中我給的材料是一根細而硬的管子和乙個小的鐵碗。
學生想到的方法有：①把整個管子放進裝滿水的碗裡，等管子都注滿水了，把一頭拿出來，水就流出來了。②把管子在水中慢慢地擠壓，把空氣全部擠出，水就可以自動注滿管子，然後再拿出一頭讓水流出來。
③用管子的一端連線實驗室的水龍頭，然後慢慢注水進水管，滿了以後用手指壓著一端再放進碗裡，水就能從碗裡流出了。④用嘴把水吸出來後，迅速把管口垂下。結果能成功的小組只有1個，其他小組都以失敗告終。
課後我進行了反思。
1．創設的情境不適合城市學生
為啥學生對創設的情境沒有共鳴呢？我校的孩子都長期成長於大城市裡，根本就不了解農村是如何灌溉農田的，更何況在真實的生產活動中，農民也不會用虹吸原理來解決這個問題。所以想出來的方法簡直是讓我們啼笑皆非，甚至有的學生說：
「在湖底挖個洞不就行了？」
2．材料的選擇制約了學生
實驗失敗與我給予學生的材料有直接的關係。理論上四種方法都可以成功，但真正做實驗的時候就有問題了。管子太硬根本就擠壓不動，所以方法②是不可能實施的。
鐵碗太小，要把整段水管放進去比較困難，要等水慢慢進入水管更是花了九牛二虎之力都不行，把所有學生都急壞了，方法①也沒有小組可以成功。管子太細，連線水龍頭也比較困難，要慢慢注滿水也花了很長時間，方法③還是有1個小組做成功了，但難度較大。方法④雖然容易成功，但出於衛生的考慮，我不建議學生使用。
3．學生嘗試不到成功的喜悅，興趣和積極性受到打擊
由於實驗材料的制約，學生花費了大量的時間在失敗的實驗中。個別自信心不足的學生慢慢失去了興趣，開始做一些影響課堂紀律的事情了。老師只好在各個小組的紀律管理、衛生管理等問題上疲於奔命。
最後為了不影響課堂紀律，老師唯有把實驗中斷，把實驗原理用傳統的講授方式說了一遍。課後大部分學生的反饋都是不明白實驗原理，更不知道學習了什麼。
二、第二次研究
這一次我做了以下改進：創設的情境應該接近孩子的現實生活，應該是科學原理在生活中的真實再現；優化材料，給學生成功的體驗；讓學生通過討論，制定多種方案做好記錄表，並對方案逐一嘗試寫出成功的關鍵點。
我計畫按四個環節來組織教學：創設魚缸換水的情境——分組討論、記錄方案——學生分組實驗、記錄實驗心得——分析總結，找出虹吸現象成功的關鍵點。
我搬來了乙個很大的魚缸，裡面的水已經很髒了，我布置學生的任務是讓學生幫忙把魚缸的水換掉。學生很積極，第乙個學生說要把水倒出來，我讓他來嘗試，結果發現魚缸太重不可能。第二個學生說要用勺子舀出來，結果發現魚缸上面有燈管等罩住了，勺子舀不到。
第三個學生說看過爸爸是用一根水管換水的，我給他一根水管，學生插進水裡發現裡面有空氣，水出不來。於是我們把解決問題的關鍵轉移到「如何排出水管裡的空氣」上。這次實驗成功率很高，所有小組都成功了，最後學生還把魚缸的髒水真給換掉了。
課後我進行了反思。
1．優化材料後缺乏挑戰性
在這次實驗中我們優化了材料，把細、硬的水管換成了較軟而且管口較大的，把鐵碗也換成較大的玻璃水槽。優化了材料後，用方法③比較容易成功，把軟管接上水龍頭就行了，最快的小組在5分鐘內就完成了實驗。而其他小組看到別人成功紛紛效仿，這反而使大部分的學生因為缺乏挑戰性而不需要思考其他方法。
2．學生還是沒有理解虹吸現象的原理
由於大部分的學生都使用方法③就輕鬆完成挑戰，而對必須要排盡空氣的方法①則較少人去做。所以很多學生對「水管內部不能進入空氣」這一關鍵點還沒能關注到。所以，如何讓學生理解「液態連通器」這一內涵還需要想其他的方法進行引導。
三、第三次研究
過於簡單的任務可能不利於學生形成概念，我決定在以下方面進行改進：增加挑戰難度，構建劣構問題——給學生粗細不一的水管，讓學生能在比較多種解決方案中優選出最佳的解決方案；如果挑戰難度增加，一節課完成幾個實驗的時間就不足了，所以決定把實驗時間延長，由原來的一節課增加到兩節課。
我計畫按四個環節來組織教學：創設魚缸換水的情境——分組討論、記錄方案——挑選材料——學生分組實驗、記錄實驗心得——分析總結，找出虹吸現象成功的關鍵點。
這個實驗我採用連續1小時的課來進行，情境還是運用魚缸換水的方式，但材料老師不硬性規定，我給了粗細不同的兩種水管讓每個小組選擇。因為本次實驗給了粗細不一的水管給學生，學生慢慢就發現細管**現的問題是空氣難以排出，所以才導致實驗失敗。而粗水管由於較容易排出空氣所以實驗容易成功。
很多小組都能總結出虹吸現象的關鍵點是水管中不能有空氣。
多給了時間學生後，還有部分學生發現了如何輕鬆完成方法①的竅門：先把水管中的水「甩」掉，放的時候水管兩頭一高一低，空氣就能很容易地出來了。課後我進行了反思。
經過三個迴圈的教學嘗試後，我認識到，給予小學生有難度的、有挑戰性的劣構問題情境更能提高學生的興趣，也能更好地使學生在動手操作中建構科學概念。
平時的科學實驗，老師給予學生真正動手的時間大約只有十多分鐘，但十來分鐘孩子能真正建構出科學概念嗎？經過這個課例的嘗試，我體會到，時間真的是乙個非常重要的變數，乙個有難度的挑戰如果沒有給予充足的時間，談何容易啊？
第三次研究只提供了兩種水管，對於我們期待的從多種方案中優選最佳方案帶來了不便，其實完全可以多給幾種水管，讓學生通過更多的嘗試去比較和選擇，使得對「劣構問題」的研究更具有挑戰性。
廣東省佛山市禪城區鴻業小學（528000）
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