小學科學課實驗設計研究

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摘要：小學科學課學生實驗設計能力是科學素養的重要組成部分，也是實現科技創新的重大前提。科學課堂教學中，很多探究實驗前都要有一個完整的實驗設計方案或設想。經過多年科學課的教學實踐，做了大量的科學調查、分析，對培養學生實驗設計能力進行了嘗試研究。

關鍵詞：實驗設計；能力；課程理念；科學素養

近年來，大家開始側重讓學生進行實驗設計，考查學生的實驗能力、思維能力和創新能力，以及進行科學實驗的思想和方法。在日常科學課堂教學中，部分的實驗教學雖然重視培養學生的實驗能力，但一部分教師把實驗能力的培養等同于單一的實驗操作技能的培養，很少讓學生獨立進行實驗設計，或者說實驗設計能力的培養缺乏系統性。培養學生實驗設計能力是減輕學生負擔、提高教學質量、培養創新能力、提升科學素養的重要途徑。

一、現狀分析

在小學科學課堂中，學生普遍存在實驗設計能力不強的問題，究其原因，主要存在于以下幾個方面。1.科學教師師資問題制約著實驗教學在小學，首先要保證語數外三門主課的師資；其次要保證音體美三門專業性較強的副課的師資；而科學、思想品德這幾門被認為專業性不強的“副課”，50%~70%由主課教師兼職，部分學校專職科學的教師偏少。兼職教師精力有限，在科學知識、科學技能等方面并不是很專業，因此在教學中，這部分教師更關注結果，而不注重探究的過程，更不會去培養學生的實驗設計能力。2.科學教師課程理念沒有完全轉變對教師而言，課堂教學就必須給學生自由的空間，依據學生的志趣、才能、資質和特長，尊重學生個體的差異性、獨特性、創造性，鼓勵學生自由探索，大膽猜測，大膽質疑，敢于發表不同意見，甚至是異想天開。但很大一部分教師還沒有完全擺脫“以知識為中心”的課程觀念的束縛，還沒有完全建立以全面提高學生的科學素養為宗旨的教學觀念。因此，在課堂中，實驗教學往往匆匆而過，實驗設計等不到關注。3.學生實驗訓練時間得不到保證實驗設計包括提出問題、作出假設、制定計劃、實施計劃、得出結論、表達與交流等方面，過程長環節多。科學學科在小學階段每周只有2~3課時，一節課留給實驗探究環節的時間并不是很多，老師在上課時要求學生在較短時間內完成，有時教師為了得到正確結論，不愿花費很多時間讓學生自己去設計，大多時候是模仿做一下算了，得到結論就可以了。這樣一來，實驗教學經常匆匆而過，學生的實驗設計能力自然難以提高。4.學生缺少實驗成功的體驗良好的學習環境要為學生創造成功的機會，培養成功心理，讓學生多點成功的體驗，減少失敗的負面影響，鼓勵進步，增強信心。但目前的教學環境下，部分老師有一種誤解，經常要求實驗設計面面俱到，學生很難取得成功、很難獲得老師的表揚。長此以往，在多次失敗的打擊下，學生就會對實驗設計產生厭倦、害怕甚至對抗的心理。在這種消極情緒的支配下，又怎能提高學生設計科學實驗的能力呢？

二、培養策略

學生實驗設計能力的培養是一個長期的過程，教師要轉變自己的課程觀念，明確培養學生實驗設計能力的重要性，把新的課程觀念轉化成教學行為。筆者經過多年的實踐，總結了一些經驗，認為培養學生實驗設計能力可以從以下幾個方面進行。策略一：學會提出問題和確立目標1.問題意識要培養學生的自主設計實驗方案，教師首先要學會如何通過適當的情景、矛盾的沖突、知識的遷移等形式，啟發學生敢于質疑，引導學生學會質疑，培養學生提出科學問題的習慣，讓學生敢問、愿問、會問，提出的問題有科學性、研究性。如，教學“空氣中有什么”，上課時教師點燃蠟燭，并用空杯子倒扣使它慢慢地熄滅，讓學生認真觀察這一過程，并思考：“對剛才的現象有問題嗎？”學生紛紛舉手：“蠟燭為什么會熄滅？蠟燭為什么是慢慢熄滅，而不是一下子熄滅？”他們七嘴八舌，很想通過實驗來解決問題。這樣一來，有了問題就有了解決問題的欲望，就想設計一個實驗來做給大家看。在實驗過程中，學生又會產生新的問題：“水為什么會上升？燃燒用去了多少氣體？”2.目標意識實驗目標是實驗的出發點，也是實驗的最終歸宿。沒有明確的實驗目標，實驗教學成了無本之木，難以達到預期的效果。在教學中，引導學生對所提出的問題進行比較和評價，從而篩選出有價值的問題，使后續的猜想與假設有明確的對象和目標。如，在教學“空氣中有什么”時，當學生看到教師的演示實驗，把空杯子倒扣在蠟燭上，蠟燭慢慢熄滅，學生提出了很多問題，其中很多問題和今天上課的內容一下子聯系不起來，教師可以接著啟發學生：“有辦法使蠟燭不熄滅嗎？”有學生說：“把杯子稍微抬高一點，讓空氣流進去？”還有學生說：“在杯子頂部鉆個小孔。”教師可以引導：“你們認為蠟燭燃燒和空氣有關嗎？空氣能幫助蠟燭燃燒嗎？空氣中到底有什么呢？”這樣一來，大家目標就很一致了，學生探究欲望也被激發了。策略二：學會文本的“學習”和“模仿”1.解讀文本現行的小學科學教材有著大量的文本信息，同時還有各種插圖。如何有效地處理這些文本信息直接關系到學生對科學知識的接收、吸收、消化與運用。文本信息處理得當，科學課堂如虎添翼。學生首先要“學習”教材中蘊含的大量有關實驗設計的背景材料內容。學習和解讀科學家們是如何發現問題、提出問題、分析問題的，是如何選擇實驗材料、提出假設、設計實驗、作出預期、得出結論的，從而激發學生探索生命科學的興趣，在輕松愉快的觀察過程中既掌握了知識、領悟了科學的思想觀念，又學習了科學工作的方法和技能，為實驗設計打下堅實的基礎。2.模仿文本人們的大量行為都是通過模仿而習得的。模仿學習是小學生學會探究性實驗的第一步。由于小學生各方面的能力都不強，當學生學習完課本中科學家們某個探索性實驗后，教師就應該提出一些類似的問題，鼓勵學生運用領悟的科學探究過程和方法；模仿科學家選材、安排實驗步驟、做出假設、預期、分析實驗現象、得出實驗結論、表達和交流。如，在“小車的運動”一課中就安排了學生模仿設計實驗方案的練習。課本提出“一輛載重車行駛的速度與哪些因素有關？”讓學生猜想，學生提出各自的猜想，有的說：“與汽車拉力的大小有關。”有的說：“與路面的好壞有關。”有的說：“與輪子的多少有關。”學生的猜想很多。教材設計了“用小車做實驗，驗證我們的假設”的實驗方案，如下：課本提供的范本實驗方案：研究“小車運動的速度與什么因素有關”實驗方案問題：小車運動的速度與什么因素有關？假設：與拉力大小有關。拉力越大，走得越快；拉力越小，走得越慢。保持不變的是：需要改變的是：實驗設計與記錄：拉力（墊圈數）實驗結果（厘米）最后結果第一次第二次第三次第四次第五次結論：這是一個很好的實驗方案，為學生自主模仿設計實驗方案提供了范本。策略三：加強有效訓練，夯實實驗基礎1.遷移訓練——樹立實驗設計信心課本實驗是學生既熟悉又親切的知識，師生在完成課本實驗后可靈活地改變實驗的某個條件，讓學生模仿課本實驗的程序進行簡單的實驗設計，使學生從中獲得成功感，增強對實驗設計的興趣。這樣遷移課本實驗設計原理，滲透實驗設計的策略，可以幫助學生樹立實驗設計的自信心。如五年級上冊“種子發芽實驗（一）”一課中，在“設計種子發芽實驗”這個環節，書本中有一個完整的實驗方案“綠豆種子發芽是否需要水”，不同層次的學生可以模仿書本中的方案進行實驗探究。在這篇課文中有這么一段話“在種子發芽需要的條件中，光、溫度、水等三個條件，適合我們進行實驗研究。選擇其中的一個條件，設計實驗檢驗我們的猜測。”當學生理解并會做書本中關于“種子發芽是否需要水”的實驗后，他可以馬上遷移到“種子發芽是否需要陽光”“種子發芽是否需要溫度”等實驗，這樣學生會非常順利設計出新的實驗方案，給自己樹立了信心。2.重點訓練———明確實驗設計思路一個完整的實驗探究過程包括以下六個環節，發現問題、提出假說、實驗設計、實驗實施、推導結論和運用結論。在這六個環節中實驗設計是聯系問題和結論的必經橋梁。教師定期用一個范例實驗詳細重點訓練設計思路，以點帶面。因此，我們可以在每冊教材中選擇一篇課文進行重點訓練，讓學生更加明確實驗探究的六個基本環節。如：四年級上冊可以選擇“溶解的快與慢”，四年級下冊的“面包發霉了”，五年級上冊的“運動和摩擦力”，五年級下冊的“下沉的物體會受到水的浮力嗎”，六年級上冊的“電磁鐵的磁力”，六年級下冊的“小蘇打和白醋的變化”。這些課文中都有典型的實驗設計，學生通過教師專業系統的重點訓練，確保足夠的時間，耐心指導學生設計實驗，讓學生明確整個實驗流程。3.專題訓練———增強實驗設計的靈活性當學生明確了實驗設計的基本原則和思路之后，一定數量的設計練習是必要的，它可培養學生綜合處理信息的能力、邏輯思維能力以及語言文字的表達能力等，提高學生對實驗設計題的應答準確性。為了使學生更好地掌握實驗設計的方法，提高運用知識解決問題的能力，可以按照實驗設計題的類型采用專題訓練的做法。因此，除了教材中實驗訓練外，我們還可以選擇課外的一些小實驗，加強學生設計實驗能力的培養。如：A筷子的神力思考：把一根筷子插入裝著米的杯子中，然后將筷子上提，筷子會把米和杯子提起嗎？B瓶子賽跑思考：裝有沙子和裝有水的兩個同等重量的瓶子從一個高度滾下來，誰先到達終點？C漂浮的針思考：針為什么會浮在水面上？選擇一些課本中沒有的實驗或現象，讓學生利用原有的知識和課堂上學到的實驗設計等方法，讓學生嘗試能否解決生活中的一些現象，能否學以致用，從而更加靈活多變地掌握、熟悉實驗設計的思路。策略四、適時開放實驗，培養創新能力（略）1.改變條件演繹新實驗2.改變器材演繹新實驗3.改驗證性為探索性實驗小學生的科學實驗設計能力的培養是一個長期的過程。能力的形成是經過長期反復實踐逐步形成的，學生實驗設計能力的培養不是一蹴而就的。相信經過全體科學老師的辛勤工作，學生實驗設計能力培養的大膽探索與實踐，學生的實驗設計能力會得到大幅提高，學生的思維能力和動手能力也將得到極大發展。

參考文獻：

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作者:馮建方 單位:浙江省杭州市余杭區信達外國語學校