學生實驗設計能力培養(yǎng)初探

鄔繼軍

就目前小學科學實驗教學情況來看，很多教學涉及實驗設計能力的培養(yǎng)?，F(xiàn)在的實驗教學多數(shù)都是學生按照教師或課本上預先設計好的過程機械地操作儀器，盲目地記錄數(shù)據(jù)，然后拼湊實驗報告。這種做法對培養(yǎng)學生能力毫無益處。從實際教學情況來看，也不會降低教學難度，學生在不明就里的情況下聽懂或看懂別人的實驗設計，花費的精力似乎不少于學生親自設計所花費的精力。筆者通過幾年的教學實踐發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學生實驗設計能力不僅完全可行，而且是提高教學質量、減輕學生負擔的根本途徑。我們根據(jù)學生情況并參照心理學、教育學規(guī)律，制定了以下方案，經(jīng)實施成效顯著。

一、劃分實驗類型，明確設計環(huán)節(jié)

小學科學實驗按其目的可分為：①探索性實驗；②驗證性實驗；③測定性實驗。每種類型的實驗都有其特定的設計思路。探索性實驗的設計思路是：考查所研究的科學過程中涉及到哪幾個物理量（即所研究的過程需要用哪幾個參量來描述），想辦法測出這些物理量的幾組對應值，然后分析歸納得到這些物理量之間的函數(shù)關系。驗證性實驗的設計思路是：任何科學規(guī)律都包含條件、結論兩部分，滿足定律所要求的條件進行實施（即在實驗中重復定律所描述的科學過程），測量幾組對應的描述該科學過程的物理量的值，如果其間的函數(shù)關系與定律結論吻合，則定律得以驗證。對測定性實驗，我們主要研究的是間接測定某個科學的實驗。其思路是：考查待測量在哪些科學過程中出現(xiàn)，又與描述這些過程的哪些量有關，在這些量中又有哪些可以直接測量，找出這些直接可測量與待測量之間的關系，再由該關系求出待測量。

通過分析發(fā)現(xiàn)，無論哪種實驗，都離不開兩組相關對應的物理量測定。按照《譜論》的觀點，我們把兩組相關對應的物理量叫做物理顯譜聯(lián)。這樣，無論哪種類型的實驗，都可以歸納為以下幾個環(huán)節(jié)：①確定譜聯(lián)，創(chuàng)設科學圖景；②選擇器材；③編排實驗步驟；④設計記錄表格。實驗設計過程的實質，就是設計測譜聯(lián)和處理譜聯(lián)方法的過程。清楚了實驗的設計環(huán)節(jié)和思路，就可以有針對性地對學生進行設計能力的培養(yǎng)了。

二、確定能力構成要素，找出其中關系

與實驗設計環(huán)節(jié)相對應，實驗設計能力包括：①尋找確定譜聯(lián)的能力（判斷力）；②創(chuàng)設科學圖景的能力（時空想象力）；③量值估算能力（計算能力）。這三部分稱為實驗設計能力構成三要素。其中尋找確定譜聯(lián)的能力與確定譜聯(lián)和設計記錄表格相對應；量值估算能力與合理篩選實驗儀器相對應。三者彼此依存，相互關聯(lián)，構成一個有機的統(tǒng)一體——實驗、設計能力。例如，量值估算的對象是譜聯(lián)中涉及的物理量，創(chuàng)設的科學圖景中涉及的物理量還是譜聯(lián)中的物理量，而確定譜聯(lián)從某種意義上講也隱含了構想科學圖景的過程。弄清了三要素之間的關系及其特點，就可以根據(jù)其特點和規(guī)律制定實驗實施方案。

三、依據(jù)要素特點，進行強化訓練

心理學研究發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)能力一般需經(jīng)過這樣的過程：尋找能力構成要素→分別強化形成技能→綜合連貫形成能力。按照上述理論，培養(yǎng)和提高學生實驗設計能力的關鍵是強化能力構成要素形成技能，而練習又是形成技能的基本途徑。

所謂練習是指有目的、有計劃地采取必要的方法，并不斷改進某種動作方式或智力活動方式，逐步熟練和完美的重復活動過程。因此練習不同于動作的機械重復。單純的重復對技能的形成不一定有好處。在沒有改善動作方式的指導和要求的情況下，盲目重復往往會把不正確的動作方式鞏固下來。有人寫了一輩子的字，仍然寫不好，這是由于沒有根據(jù)一定要求有計劃地練字，只是機械重復寫字動作的緣故。蘇聯(lián)教育家贊科夫十分強調練習在學習中的作用，但他反對盲目地、多次地、單調的重復。所以要想通過練習形成技能，必須做到以下幾點：

①明確練習的目的和要求，掌握有關技能的基本知識。在練習過程中，老師既要對學生進行全部練習目的指導，又要讓學生了解每一種練習的具體目標和要求。當學生明確了練習的目的要求以后，便能形成完成練習的內(nèi)部動因，從而調動學習的積極性，更加自覺地進行練習。否則練習會使學生感到枯燥無味。例如，指導學生練習量的值估算時，學生明確了進行量值估算是為了確定所選儀器的量程（測量范圍），再傳授給他們具體的估算方法后，學生都能踴躍地練習估算。

②要掌握正確的練習方法。掌握正確的練習方法，可以避免盲目嘗試，提高練習的效果。我們的做法是：教師首先通過言語講解，使學生獲得關于練習方法的清晰表象。有了模仿的樣板以后，再讓學生自己練習，就可以收到較好的效果。例如，指導學生練習確定譜聯(lián)時，教師先示范確定譜聯(lián)，再讓學生練習確定同一類型的譜聯(lián)，并通過反復練習進行強化。在練習之前，要對不同類型的設計要素進行劃分，以便對每部分分別強化。劃分的原則是：1. 根據(jù)實驗類型進行劃分；2. 根據(jù)譜聯(lián)類型劃分；3. 根據(jù)儀器類型劃分。

③要讓學生知道每次練習的結果。學生在每次練習之后，如能及時知道練習的結果，并對結果有所分析，就能對自己做出正確評價，也就能集中精力克服困難，改正錯誤。從生理機制上看，肯定成績和優(yōu)點就能使有關的神經(jīng)聯(lián)系受到陽性的強化；而挖出缺點和錯誤，就能使有關的神經(jīng)聯(lián)系受到陰性的強化，這樣就加速了分化過程，促進了正確的暫時神經(jīng)聯(lián)系系統(tǒng)的形成。例如，我們對學生的設計方案及時采用面批面改的形式進行評價，肯定成績與優(yōu)點，指出缺點和不足，提出改進意見。通過這樣的反復強化，使學生對構成實驗設計能力的諸要素都能熟練掌握，就可以進一步通過綜合訓練而逐步形成能力了。

四、加強綜合訓練，培養(yǎng)設計能力

在學生熟練掌握了構成實驗設計能力諸要素——技能之后，就可以通過綜合訓練培養(yǎng)設計能力了。具體做法是：讓學生按照教師傳授的設計思路對教材中的實驗進行再設計，實驗課上讓學生按自己的方案完成實驗。實驗課后，再讓學生練習設計一些與本實驗同類型、同系列的實驗以強化其掌握設計思路和儀器性能，在條件允許的情況下讓學生通過實驗發(fā)現(xiàn)自己方案的不足，并加以修正，教師同時對學生的方案進行批改，并引導學生共同分析。分析的內(nèi)容包括：1. 實驗類型；2. 設計環(huán)節(jié)；3. 譜聯(lián)類型和儀器類型（即實驗系統(tǒng)）。通過分析，使學生進一步提高綜合能力，把各個環(huán)節(jié)連貫起來，從而形成完整的實驗方案，最后達到培養(yǎng)和提高設計能力的目的。