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《磁铁能吸引什么》实验中的材料选择和设计
〔摘要〕本文以小学二年级学生认知发展特点为基础，结合科学课程标准要求，探讨科学活动材料的选择策略和设计原则。科学活动材料的选择和设计对科学课堂的组织和架构具有极其重要的作用和影响。教科版科学教材以探究性学习为主，探究性学习以做实验为主，而做实验离不开实验材料的选择和设计。课堂实验成功与否，课堂实验设计能否引发学生思考，都与科学活动材料的选择与设计分不开。本文选择教科版科学二年级教材中三个科学实验材料改进的实验案例，进一步说明科学活动材料的选择策略和设计原则的重要性。
〔关键词〕小学科学；材料的选择和设计；策略
一、引言
（一）材料选择与设计的研究背景
2022年版《义务教育科学课程标准》强调“做中学”，科学材料是科学探究活动的基础载体。
皮亚杰的儿童认知发展理论认为，二年级学生处于具体运算阶段初期，依赖直观体验，需通过材料操作实验构建科学概念。
（二）材料选择与设计的研究意义
优化科学材料的选择和设计可提升学生探究兴趣，使科学实验更顺畅，降低科学概念和知识的抽象性，促进学生科学思维能力的发展。
二、材料选择的标准
（一）安全性
小学科学活动材料的选择应避免使用有毒有害的材料，如腐蚀性、刺激性或有毒物质；尽量不使用锋利的工具以及高温、易碎、易爆物品；对能用安全材料替代的尽量用安全材料替代。
（二）结构性
材料需直接关联实验主题，材料应能直观体现实验现象，应便于控制变量，给学生的材料所选择的结构要具有层次性。
（三）贴近生活易于获取
实验材料应优先选择学生熟悉的日常物品，避免高价材料，尽量使用经济、低价的材料实现实验效果。可以结合当地实际情况，选择当地具有的资源做实验材料以实现实验效果。
（四）操作简单，具有可操作性
小学科学教学应选择易操作、趣味性强的材料实现实验效果。应适合学生的年龄特点，避免太复杂的组装或者太难的操作，尽量使用具有可操作性的材料。
（五）环保与可持续性
小学科学实验材料宜选择使用耐用的、可重复利用的材料，鼓励使用旧报纸、塑料瓶等可回收利用的材料，尽量使用实验后可降解的材料。
（六）激发学生兴趣与创造力
小学科学活动材料的选择应具有趣味性，可以加入色彩、声音等元素，允许学生自主设计，让学生体验自己的创造力，活动材料也需适合小组合作。
（七）符合科学规范性
小学科学活动材料的选择需符合科学规范。比如测量工具需满足基本精度，在给材料命名时需使用通用科学术语，在使用工具时应贴好标签，实验中用好记录表、记录单。
三、材料设计的原则
（一）设置对照原则
设置对照原则的目的是最大限度地减少误差，设置对照是科学实验的基石，其核心在于通过严谨比较，确保实验结果的客观性和可靠性。通常通过对照组和实验组的比较，排除无关变量的干扰，从而准确评估实验处理的效果。在选择小学科学活动材料时通常设置对照组和实验组，根据对照类型（有空白对照、自身对照、条件对照、阳性对照、阴性对照）的不同，明确自变量，控制其他变量，并选择简单、安全、结果明显的实验材料，以确保实验结果的客观性和可靠性。
（二）单一变量原则
单一变量原则是指在实验设计中，控制其他因素不变，只改变其中一个因素，以观察其对实验结果的影响。应用单一变量原则的主要目的是排除其他因素的干扰，确保实验结果的准确性。遵循这一原则，既有利于对实验结果进行科学分析，又能增强实验结果的可信度和说服力。在小学科学活动材料的设计中也需控制单一变量，只有一个变量的材料不相同，其他变量的材料都相同，以确保实验结果的准确性。
（三）平行重复原则
在科学活动中，遵循平行重复原则是确保实验结果可靠性和可重复性的核心方法之一。其核心思想是通过多次独立的重复实验或样本设计，减少偶然误差的影响，验证结果的稳定性和一致性。平行性是在同一实验条件下，设置多个完全相同的处理组，以验证结果的稳定性。重复性是在不同时间、批次或实验条件下重复实验，排除偶然因素或系统误差的干扰。在活动材料设计中应用平行重复原则的方法如下：每组实验材料至少设计3个平行样本（如3个重复样本），避免单一样本的偶然性；确保所有平行样本的原料、制备工艺、处理条件完全一致（如温度、时间、浓度等）；将材料样本随机分配到不同实验组，避免因批次不同或操作差异产生误差。
下面，笔者以教科版科学二年级下册《磁铁能吸引什么》实验为例，谈一谈对科学活动材料选择标准与设计原则的若干思考。
四、实验教学案例分析
（一）材料的选择和设计具有结构性
在教科版科学二年级下册第一课《磁铁能吸引什么》的实验中，学生需要知道磁铁能吸引铁、镍、钴等物体这个概念。教材通过设计用磁铁吸引各种物体的活动让学生直接观察到磁铁能吸引铁、镍、钴的现象。在这个实验中，活动材料的选择和设计都是为了帮助学生形成概念。美国哈佛大学教授兰本达在她的著作《小学科学教育