一、结构性实验材料的基本认识
1.引导型实验材料
引导型材料引发学生思考，让学生自主产生探究问题。引导型实验材料更能激发学生学习的兴趣。如小学《科学》三上第四单元第5课《我们周围的空气》，准备材料为塑料袋，棉线、针等。探究目的为空气是存在于我们周围的一种物质，可以被我们感知；对无法直接进行观察的物质借助其他媒介，感知它们的存在；用特殊的方式对物质进行观察。明白科学的结论需要客观事实来加以证明。教师提问：大家都认为我们的周围充满了空气，但是口说无凭，你们有什么证据可以证明空气的存在吗？如果现在只提供塑料袋、棉线和针，怎么证实空气的存在？学生这样的操作：将塑料袋灌满空气；用棉线扎紧口袋，用手摸一摸，按一按，听一听；在袋子上用针扎一个小孔，让空气吹在脸上，听听气流发出的声音，说说对空气有什么感觉？小学生看到电池、电珠、电线，就想到要让电珠亮起来；看到磁铁与铁钉，就想拿起来吸一吸；看到放大镜，就想放一放书上的文字。引导型实验材料，有助于学生产生思考，拓展思维。
2.观察型实验材料
观察型实验材料具备有效建构科学概念。小学《科学》三上第四单元第4课《比较水的多少》，准备的材料：塑料量筒，水，烧杯，双黄连口服液瓶，碎碎冰塑料管等。探究目的：液体具有一定的体积，液体的体积是可以测量的。初步形成量筒的模型，建立毫升的概念。培养学生自主设计实验，并能及时记录相关数据的能力。认识到比较的方法是多种多样的，对比较的方法进行分析和统一，有助于确立科学的标准。《蜗牛》《蚯蚓》等动植物的研究，都需要准备观察型实验材料。这些课中用到的一些蜗牛、蚯蚓等最好让学生自己准备一些。在材料的寻找过程中学生对这些小动物的生活环境和生活习性会有一个全面的了解，也增长了不少相关的课外知识。
3.模拟型实验材料
模拟型实验材料在小学科学教学中有很多，特别在宇宙单元。小学《科学》五下第一单元第2课《沉浮与什么有关》，准备材料潜水艇模型，透明塑料管，橡皮泥，注射器，水槽，清水等。探究目的为潜水艇应用了物体在水中的沉浮原理；用控制变量的科学方法，探究物体沉浮的原因；学习用分析的方法研究影响沉浮的因素；感受科学原理应用于实际的巨大作用。学生这样的操作：用塑料透明塑料管把潜水艇模型和注射器连接起来，在潜水艇模型下面粘上些橡皮泥。注射器推进后，将潜水艇模型放入水中，潜水艇模型浮在水面。抽拉注射器，使水进入潜水艇模型，潜水艇模型就会下沉。在《昼夜交替现象》一课中，我们还需要准备太阳、地球的模拟材料。模拟型实验材料，准备的情况越是接近真实，实验的效果会越好。
4.测量型实验材料
测量型实验材料往往存在于科学课堂中的主体位置，也是我们每堂课所要探究的主体材料。如小学《科学》五下第一单元第5课《浮力》，准备的材料：橡皮泥（共用），泡沫塑料块，测力计，棉线，塑料支架，盛水器皿等。探究目的：上浮物体在水中都受到浮力的作用，我们可以感受到浮力的存在，可以用测力计测出浮力的大小。物体浸入水中的体积越大，受到的浮力也越大。学习用弹簧秤测量泡沫塑料块在水中受到的浮力。运用浮力和重力的概念，解释物体在水中的沉浮。懂得数据在分析解释现象过程中的重要性。学生这样的操作：用橡皮泥将塑料支架固定在盛水器皿内的底部。将棉线的一段系在泡沫塑料块上，另一段系在测力计的挂钩上。先测量泡沫塑料块的重量，然后将泡沫塑料块放入水中后，再测量重量。5.拓展型实验材料拓展型实验材料可以让学生继续深入探究。如小学《科学》五下第一单元第2课《沉浮与什么有关》，准备的材料：塑料浮标，钢珠，水槽，清水等。探究目的：物体在水中有沉有浮，判断物体沉浮有一定的标准。对物体沉浮做出预测，并用实验验证，做好记录。认识到用实验验证猜想，能及时纠正自己的错误概念。学生这样的操作：将红色浮标上部套入白色浮标下部，组成完整的浮标。通过拉拔红色浮标头，调节浮标的长短，影响浮标在水中的沉浮状况。在浮标中装入钢珠，加重浮标的重量，影响浮标的沉浮。拓展型实验材料适用于科学课堂教学后半程，继续引发学生的深入探究。如“烧瓶吸取鹌鹑蛋”、“自制喷泉”、“磁铁捞钥匙”等。
二、结构性实验材料的设计方法
我们准备结构性实验材料，必须紧紧围绕着教学目标。
1.结构性实验材料的积累
《种子发芽实验(一)》教学目标：种子发芽需要一定的条件；经历设计种子发芽实验的过程，用对比实验的方法观察、记录水分是否影响种子的发芽；养成对实验观察的兴趣。我们根据该课教学目标准备材料：塑料盒2只，若干绿豆种子,餐巾纸，直尺,放大镜，针等。小学《科学》三上第三单元第3课《比较韧性》，教学目标：物理性质可以用来描述材料，如硬度、柔韧性、吸水性和在水中的沉浮能力；柔韧性是指物体在受力变形后，不易折断的性质；用简单测量的方法检验材料的物理性质，通过比较发现材料的不同韧性的物理特性；发展对物质世界的探究兴趣，认同物理性质是可以被观察和测量的观点。结构性材料因思维层次而组合。小学《科学》五上第一单元第5课《食物链和食物网》，我们需要认识动植物之间存在着食物能量交换关系。我们寻找各种废旧图片，用剪刀将找到的图片中的动植物部分分别剪下，然后就可以根据图片中的动植物的食物关系进行排列活动了。教师要做到有目的地积累上课需要的材料。并在课后整理归纳材料，形成材料系统。上完课，就将用过的材料丢弃了，是十分可惜的。有很多材料是能重复使用的，老师对自己使用过的材料进行再整理，可以重复利用，把这节课用到的实验材料用文字记录整理，形成材料系统。根据所整理好的文字和表格材料，根据在课堂上的材料使用情况，及时总结和修改材料使用的不足，最终将形成具有指导作用的小学科学材料系统。
2.结构性实验材料的抉择
材料的材质、价格、是否典型等影响着我们的抉择。我们需要根据性价比、成本效应等来抉择这些实验材料。尽量选择容易的。各种纸片，各种塑料瓶罐，各种食品包装，都是我们科学课里很好的探究材料。走进我们的生活，走进大自然，都会发现很多现有的材料资源，甚至生活中的各种石头，都需要我们搜集，因学生操作而决定。为了学具的结构更清楚，必须有足够的材料，数量上能满足每个学生都有操作实践的机会，质量上要有多种材料说明同一种事实。《磁铁有磁性》一课中，在选择各种分值的硬币中，一元的，五角的，一角的，特别是五角和一角的硬币有两种，一种能被磁铁吸住，另一种不能被磁铁吸住，这在选材上要有代表性。而在《油菜花开了》中就应选择既有花蕾的，又有开一半的，还有全开的油菜花作为研究对象。代表性的材料，不仅决定了学生实验的有效性，而且提高了教师教学的目的性。教师可以自己准备一些演示实验用的材料，这就要求教师课前要深钻教材，避免盲目性。教师也可以自制一些实验教具，弥补实验器材的不足。
3.结构性实验材料的控制
我们需要考虑材料的层次性，结构性实验材料因课堂进程而控制。如《材料在水中的沉浮》一课，探究目的：认知有的材料在水中漂浮，有的材料在水中下沉，物体在水中的沉浮与构成的材料有关；用简单实验的方法检测材料的沉浮性质，通过比较发现材料的不同沉浮特性；发展对材料科学探索的兴趣。我们可以提供的材料：木片，铁片，塑料片，水槽，清水等。教师出示这些材料。猜测：如果将它们放入水中，它们在水中的沉浮是怎样的？老师演示操作，学生观察操作过程。指导学生分组实验。①将小组的预测填入准备好的表格中。②将各种材料逐渐放入水中。③观察各种材料在水中的沉浮状况。④将实验结果记录在表格中。小组汇报。实验结果是否与预测相同？哪些物体在水中浮？哪些物体在水中沉？学生思考：你认为物体的沉浮与制造物体的材料有关系吗？引导学生根据实验记录，对比分析实验结果，用事实说话。师生小结：物体在水中的沉浮与制造物体的材料有关。我们根据数据展现的典型性，包括正确与失败、正面与反面、短时与长期等，合理选择实验材料。如《各种各样的岩石》一课，教师可以选择本地比较有代表性的岩石，有花岗岩、砂岩、页岩、石灰岩、大理岩五种。学生通过仔细观察、动手实验，相互交流，共同归纳，找到了每种岩石的特征，并能把这些岩石加以区分。
三、设计结构性实验材料还应注意的问题
我们不仅要关注材料挑选的简易性，目标达成的有效性，而且还要考虑到小学科学材料的共用性，科学学科本年段的材料的共用，中小学科学的实验器材的共用，小学科学与小学其它学科材料的共用。
1.材料的必要性
课前确定材料的必要性，考虑准备的材料是否有问题。教师课前要精心检查准备的材料，防止因为材料的原因而引起学生错误的认识。关注因材料而引起学生过多的关注无关现象。教师从学生的角度出发，下水实验所提供的材料。教师把材料交给学生活动，不但自己要明确，还必须让学生知道，为什么要做这些活动，以充分调动学生的内因，发挥他们的积极性、主动性、创造性。让学生带着问题去研究。
2.学生是材料的主人
很多种情况下，我们使用的材料完全一样，但由于给学生的自由权利程度不一样，其教学效果就会大相径庭。只有给学生充分的自主支配材料的权利，学生才能发现事物多样的属性，利于发展他们多种能力。
3.材料的有效性
小学低年级的学生基本处于混合思维阶段；小学中年级的学生基本处于复合思维阶段；小学高年级的学生基本处于前概念思维阶段。年龄较大的儿童，甚至成人，当他们初次在一种新学科中建立概念的时候，也常常是混合思维阶段。因此，教师要了解学生，为学生提供材料时必须考虑学生的年龄特征，让学生有能力从材料中发现其意义，避免学生在探究学习中产生困难。教师在科学探究活动中，为学生提供的材料不同，提供的材料方式不同，实际上反映不同的教学思想。教与学是一个不可分隔的整体，为学生提供有结构的材料是探究型学习的基础和保证，但提供了有结构的材料并不是意味着学生探究学习的完成，我们必须深入理解探究型学习的实质，以一个研究者、引领者的身份指导学生的探究活动，让每一个学生经历探究历程，在这一过程中得到科学素养的培养。
作者：沈辽 单位：杭州市萧山区戴村镇云石中心小
