运用微型实验室开展中小学科学“做中学”的实践探索

（一）研究的主要动因

2001年教育部制定了 “做中学”科学教育计划，由教育部和科学技术协会共同倡导、发起和推动的“做中学”科学教育改革实验是旨在促进我国幼儿园、小学科学教育发展，实现素质教育目标的一项重大教育改革计划。 2006年《全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020年)》向全社会公布，未成年人科学素质行动是“十一五”期间实施的主要行动之一。

“做中学”的方式应该是多种多样的，而观察和实验是学习《科学》的基础，也是“做中学”的重要学习方式之一。以实验为基础展开科学教育过程，是各国中学理科教学改革的一个共同特征。目前，在我国的中小学新课标科学教材中，实验的比重已大大增加，很多实验设计也更多地体现了生活化、简单化、微型化的教学思想。然而，现实的实验教学又是怎样呢？我们通过对在校中小学生的抽样调查发现：中小学生几乎都喜欢做科学实验，绝大多数的中小学生希望有一个自己的实验室，家里也能做实验。然而，在我国中小学科学教育中，学习方式主要是听老师讲或看老师做实验为主，家庭小实验几乎成了教材的一个摆设，大部分学生依然缺少亲自动手的机会。

学生不可能每节课都到实验室学习，更不可能每人单独使用一套仪器。因此，我们认为，非常有必要通过其它途径为中小学生的动手动脑提供良好的实验条件，试图为学生们创建一个自己的微型实验室。

通过网上检索与文献资料查阅，我们知道德国等欧、美发达国家的孩子很多都有自己的家庭实验室；温州实验小学 “把科学实验室带回家中——家庭实验室科技实践活动” ，通过小课题研究等开展科技实践活动，它的特点是空间大，时效长，对老师的要求比较高；由武汉时代科普研究所研发的学生家庭实验室（器材），确实能为学生的实验提供良好的器材保障。它的主要作用是完成新课标中的多个学生实验，以及部分课本中的演示实验，但价格较高，要建立一个小学或初中科学的学生家庭实验室，需要几千元，较难普及，而且学生自己进行课本以外的拓展实验难度较大。

（二）力图研究与拟解决的主要问题

我们的研究针对当前我国儿童玩具存在科技含量较低或科技含量单一的问题，而适合中小学生的玩具更是少之又少；学校的科学学习中学生动手实验不够，缺少实验时间、实验器材或器材较贵的现状，力图探索具有普适性的实验器材和较高时效性的微型实验活动为突破点，开发实验包为核心，然后围绕实验包作拓展的应用研究，包括文字、网站与学校实验。

（三）开展本研究的价值意义

本研究不但要通过研发中小学生实验工具包，让绝大多数学生都能够拥有一个自己的“微型实验室”，为中小学生的动手动脑提供良好的物质保障，而且，还要进行优化的活动设计，为孩子们提供一位 “身边的专业辅导教师”，随时随地引导学生有效进行更多的动手实验，开展“做中学”科学教育活动，普及提高中小学生的科学素养，使素质教育落到实处。

四、研究与实践过程

平台

实施策略

兴趣小组

家     庭

实践基地

中小学生实验工具包

“动手学”网站

配套网站

辅 导 教 材

《趣味科学小实验精选》书

“动手学”实验包

研发

构 成

安全手册

器 材

应用

特点

功能

课     堂

研究流程如图:

（一）研发实验工具包，为“动手学”提供物质保障

尽管绝大多数的中小学生希望有一个自己的实验室，家里也能做实验。然而，根据多年的教学经验和生活实际，学生家里很难在实验需要时找到大部分实验器材、材料，很多器材、材料普通商店难以买到，甚至还需要批量购买。经常购买不但不方便，而且不够实际，效果不好。

本研究中的实验工具包要为学生建立一个“微型实验室”，其功能定位类似于学校的实验室，或者说是学校实验室的某种浓缩，形式为集成的、小巧便携的实验包。具体地说，就是把一些实验常用的仪器、材料（除有毒、有腐蚀性作用等以外），能准备的都装齐备好，集中放在一个专用的工具包内，学生实验时只要打开实验工具包，就能开始做实验。这个工具包是轻小的，方便携带的。无论在家里还是课堂上都可以使用。

   考虑到课堂内外中小学生进行动手学的自主性和大多数学生都能接受的现实性，因此，器材挑选的首要原则是安全性和普适性。为此，我们组织了一线中小学优秀科学教师，从中外数千个科学小实验和中小学科学教材中，精选近百种器材，自主研发了手提式中小学生科学实验工具包——“动手学”实验包。

（二）优化活动设计，为有效进行“动手学”创建引导平台

利用实验包虽然可以自己动手做课堂和课本中的许多实验，但要进行拓展的应用，对中小学生而言就难了。做什么才是有用、有趣？怎么做才能成功、有效和安全？只有通过专业人士优化的活动设计才能进行更有效的应用。

考虑到目前小学科学教师的师资现状和中小学科学的衔接，我们组织了以一线中学科学教师为主，与小学科学教师一起，围绕我国的中小学科学课程目标，首先精心挑选和设计了几百个趣味科学小实验，再发给在校的学生，由学生进行第二次删选，编着《科学趣味小实验精选》一书。书中的活动设计提倡安全性、趣味性、时效性、普适性，且尽可能以浅显明了现象解释部分高科技的内涵，实现“轻松小实验，探索大世界”。

（三）利用多种方式，为优化“动手学”活动搭建交流平台

  1、建立“动手学”网站.

通过建立配套的“动手学”网站，搭建交流平台，可以优化活动过程以及实验方案更新和进一步丰富的空间。

2、创建QQ群——科学天地，作为交流的平台，让它成为孩子们的第二课堂

3、校园电视台进行实验展示

4、实验比赛。有条件的还可以进行亲子实验擂台，让孩子和家长一起进行实验。

（四）开辟多条途径，探索“动手学”实施策略

首先在部分中小学校中建立实验基地，尝试“做中学”的实施策略，主要通过以下途径方式分别组织开展活动：

（1）课堂教学结合做。可以是课前预习先行做、课中实验随堂做、课后巩固补充做，起到铺垫积累、有效理解、强化巩固的辅助作用，提高教学的有效性。

（2）兴趣小组引着做。分别在快乐驿站、小社团等课外兴趣小组中组织开展活动。这个时间内，有学校专职的科学老师作为指导老师，可以与书本知识内容相挂钩，一周内相关知识涉及到的科学小实验进行探究；或可以进行课外拓展，对教材进行进一步挖掘和提升；还可以由学生自主选择，一起实验。

（3）家里学生自主做。学生把实验包放在家里，在课外时间自己做、或与父母一起做、或与同学一起做，学习的内容、学习的时间、学习的进度、学习的伙伴都有学生自己选择，可以充分体现学生学习的独立性、自主性，满足学生的个性化需求，实现学生的个性化发展。

（4）实践基地专题做。针对教学实际情况，在某一特定的时间进行专题实践学习，采用实验与习题相辅相成的教学方式，可以用实验理解、启示习题作业，也可以进行趣味性、实用性的实验或自行设计、验证实验等等。

目前这主要是指周六的专题实践时间。比起双休日在各类补习学校听课做练习，学生当然是喜欢做实验。这个时间学生的兴趣是最高了，因为是双休日，学生相对空闲，没有在学校里在时间方面受太多的限制，同时，指导老师准备与实验相关的习题。这种实验与习题相辅相成的学习方法行之有效，大受学生们的欢迎！

（五）争取多方联动，稳步推行 “动手学”

“动手学”实验包目前在国内属于首创，因此它的应用推广需要有计划、由步骤的稳步进行。2006年9月，首先在全区选择了有代表性的6所学校6个班级250名学生进行实验，实验班学生通过建立微型实验室，在教师引导下运用实验工具包，开展趣味实验游戏活动。试验取得了实验师生和家长的一致肯定后，2007年9月逐步扩大到实验学校的整个年级段。2008年9月我们通过积极努力争取到了区政府、科技局、教育局相关领导的大力支持， “动手学”实验工具包进入全区各中小学的各个班级。同时通过各种活动，提高家长对科学素养重要性以及与实验相关性的认识，了解实验工具包的使用价值，实验工具包逐步进入了寻常百姓家庭。并通过各种活动，搭建平台，做好督促、评价等持续推动工作，实现普及提高儿童科学素养的目的，在使用过程中进行及时总结、改正的基础上努力向其它地区推广。

五、成果主要内容

（一）研发了中小学生手提式实验工具包——“动手学”实验包

我们专为小学和初中学生研发成了中小学生手提式实验工具包——“动手学”实验包，其呈现形式为一个特制的52cm*36cm*10cm的轻巧手提箱（后有照片，详见附件中的实物）。

1、“动手学”实验包的构成：（1）器材。实验包内包含的器材物品有电磁器具、光学器具、计量器具、生化用品、容器及塞子、生活用品、试剂、文具、纸板印刷品、杂物等，并专门设计了泡沫箱，以便于储藏和携带；（2）安全手册。有针对某些试剂、物品、实验的重要的基本安全事项；还有是安全的一般问题、化学实验须知等，其它还有关于垃圾清除和实验设备的清洗……（详见附件）

2、“动手学”实验包的特点：（1）安全可靠。（2）便捷高效。包内实验器材的选择精心考虑各种器材之间的配套性，以尽可能方便、快捷地使用。如：潜望镜、望远镜等外观模型印刷纸板的设计中，不但尺寸和其相应的镜片配套，而且都在合适的位置留好了插镜片的标记，并都用打孔机打有深浅适宜的针孔缝隙，只需几分钟即可以做成。这样不但明白了怎么做，而且保证人人都能做成功，学生既有成功的体验，又有充足的时间进行探索学习，充分体现了便捷高效；（3）、实用经济。从两方面考虑。首先是选材考虑价廉物美，能达到预期效果就行。如：许多仪器的外部支架（望远镜、潜望镜等）选用纸模板，印上漂亮的颜色和图案，只是关键部位用真家伙（镜片），同样可以做成真实有效的望远镜等各种仪器。其次是选择器材时尽量一物多用，发挥其多功能用途。如：钉子和塑料滴管，除了打孔和取液外，还可以把钉子和塑料滴管用胶带粘在一起，即可做成浮沉子在，再配上牙签，就可以演示鱼鳔和潜水艇的不同的浮沉原理了，因此，这里的钉子和滴管的规格都是精心考虑配套设置的；又如：望远镜的镜片还可以作放大镜用于制作显微镜等等。

3、“动手学”实验包的功能： ①可建成小学、初中的家庭实验室。与现行中小学科学教材配套，可以基本完成小学科学课堂内外的实验（除需用到有毒、有腐蚀作用或存在安全阴患实验以外），以及初中科学（物理、化学、生物等）课堂内外的许多实验；②可制作完成《趣味科学小实验精选》一书中的20多种自制科学小玩具、100多个科学实验游戏；③为课堂内外的数千个小实验提供了器材。

（二）编着了实验包使用的辅导教材——《趣味科学小实验精选》一书。

孩子在动手玩中学科学，需要进行有效的引导，优化活动内容，提高探究的实效。

为此，我们编着了实验包使用的辅导教材——《趣味科学小实验精选》一书。

书中共有两百多幅彩色照片和许多卡通画，近四万字（见附件），内容包括：

（1） 20多种自己做的科学小玩具。回飞镖、针孔照相机、自制潜望镜、自制万花筒、自制幻灯机、自制伽利略望远镜、红蓝立体眼镜、真正的日晷、风速仪等；

（2）100多个科学实验游戏。内容涵盖了声与光 、力与运动、冷与热、电和磁、生物、化学等多个领域。

 书中小实验的介绍主要分为三部分：①准备好—说明实验需要的器材和来源（来自实验包、家用两种）；②动手做：即为实验步骤，其中包括了一些实验现象的描述。③为什么？这部分是对实验现象、结果的解释。有些小实验还有第四部分④小知识：主要是知识的拓展应用。

《趣味科学小实验精选》书的主要特点是：（1）适用人群广。由于书的编写立足于孩子，采用图文结合的方式，对实验原理的阐述定位于科普常识的介绍，以适合孩子、家长等更广泛的群体，有利于家长的参与和科学知识的普及。（2）趣味性强。书中所选小实验以日常生活中常见、常用的事物为着眼点，以孩子的兴趣为出发点，让孩子感到科学无处不在，科学有用又有趣；（3）时效性好。书中所选小实验不但现象明显，而且绝大部分可以在短时间内完成，保证实验的实效性好；（4）科技含量高。书中所选的很多小实验能说明科学大道理。如：《简易“暖房”》小实验能让孩子也知道当前世界热门话题——温室效应；《走弯路的光》小实验则能说明前沿科技——光导纤维原理以及外科手术中内窥镜的作用；而《三色陀螺》《分解颜色》《会变魔术的圆盘》则能分别揭开色光的三原色——电视机彩色显像、颜料的三原色——彩色打印机、视觉暂留效应——电影的神秘面纱；〈〈模拟“肺”〉〉实验则能让学生轻松明白因看不见而难以理解的肺的工作原理等等，部分活动能以浅显明了现象解释高科技的内涵，实现“轻松小实验，探索大世界”。

六、成果实践效果

我们对使用“动手学”实验包的实验教师、学生和家长进行了访谈和问卷调查：

调查结果显示：《趣味科学小实验精选》一书中的实验受到了小学生100%的喜爱，用“动手学”实验包建立家庭“微型实验室”受到了参加实验小学生99%和中学生92%的喜爱；绝大部分家长对“动手学”实验包也是相当满意的，尤其小学满意度为96%。中小学生都认为方便实验、增加实验机会，增加了学习科学的兴趣、提高了动手能力，同时也拓宽了视野。对科学教师进行访谈时，则反映学生有了实验包，实验准备起来方便，有利于家庭小实验作业的布置，也降低了课堂实验工作强度，实验开设率大幅提高。对学生进行访谈时则反映，实验包填补了课外少玩具的烦恼，沈家门四小的一位爱玩电脑的实验学生对老师说：“有了这个实验包，我其它东西都不要玩了”。可以说，趣味实验游戏能把部分学生从网吧里、电脑游戏里拉回到实验吧——科学的殿堂里，在提高孩子科学素养的同时，引导孩子健康地成长；而且，趣味实验在许多家庭还成为家里孩子与父母一起做的亲子活动，促进家长科学素养的提高。

课题经浙江省教育厅基础教育处方红峰副处长（原浙江省科学教研员）鉴定认为：本课题研究紧扣科学课程目标，有计划地设计活动及相关的器材，使学生业余生活得到拓展和延伸，并紧紧服务于课程；器材设计实用、活动设计吸引力强、接受度高，研究成果不仅能提高学校实验课的开设率，同时还增加了学生课余自由探究的机会，大大提高了学生动手做的机会，对中小学科学教育质量的提高具有不可估量的现实意义，值得推广。

经浙江省物理特级教师、浙江省功勋教师、原浙江省特级教师协会会长徐承楠老师鉴定认为：该课题是一项原创性研究，目前在国内尚未见同类的研究成果。课题所依据的理论先进，研究方法科学，贴近当前教育实践。对当前小学、初中的科学教育有十分积极的意义，具有推广的价值。

运用“动手学”实验包，进行《家庭“微型实验室” 的建立和有效使用——中小学科学“做中学”的实践探索与研究》的课题成果在2008年浙江省第三届教研课题成果评比中荣获了一等奖，并在省课题会议上作了成果展示报告。2009年12月，又被中国科协评为全国《全民科学素质行动》实施工作优秀案例（共评选出37个），也得到了区、局各级领导的高度重视。由分管中小学教学的时任副局长唐汉成（现任局长）亲任组长进行课题成果的推广，列入了2009年、2010年普陀区科技项目计划，并在2009年、2010年投入项目经费几十万元，目前已经在普陀区所有小学和部分中学中推广使用。

总之，用“动手学”实验包引导孩子做趣味科学小实验游戏，是一项能够实现大众型、普及型的科普活动，它对提高公民，尤其是未成年人的科学素养是能够起到积极有效的作用的。

七、成果特色与创新

本项目的最大创新之处在于：通过开发大众型、普及型的科普资源——“动手学”实验包以及可以配套使用的《趣味科学小实验精选》一书，寓教于玩乐，使未成年人的科学素养得到有效而快速的提高，还能促进父母的科学素养的提高，同时又能激发孩子学习科学的兴趣，提高中小学科学教育质量，有助于将《全民科学素质纲要》落实到最基层——家庭，具有较好的现实意义和推广价值。

  由于运用“动手学”实验包开展科学教育的“做中学”，是一项原创性的研究项目，在国内尚未见同类产品，学生、家长、和教师并不了解它的功能和作用，尤其在我国目前的形势下，较难摆脱应试教育的影响，要让大多数家长的意识转变是一件不容易的事情，因此，它的推广需要政府推动，社会、教师、家长的多方配合和支持。

另附：实物——“动手学”实验包一个，内含《趣味科学小实验精选》一书和实验器材、安全手册等一套

图片资料册一本：“动手学”实验包和《趣味科学小实验精选》一书的图片、活动图片和影像资料）