科學(xué)探究過程中學(xué)生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)

　　從目前小學(xué)科學(xué)實驗教學(xué)的情況來看，在學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的過程中，很多教學(xué)都涉及實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)。而現(xiàn)在的實驗教學(xué)情況很不樂觀，實驗教學(xué)效果很不理想，大多數(shù)情況都是學(xué)生按照教師或教材上預(yù)先設(shè)計好的步驟機械地操作，刻板地記錄數(shù)據(jù)，然后拼湊實驗報告，以完成實驗教學(xué)的任務(wù)。這種做法對培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰翢o益處，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。從實際教學(xué)情況來看，不但不會降低教學(xué)難度，而且不會節(jié)省教學(xué)時間。學(xué)生在似懂非懂的情況下依據(jù)別人的實驗設(shè)計，花費的時間和精力似乎不少于學(xué)生自行設(shè)計實驗的時間和精力。因此，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力不僅完全有必要，而且是提高教學(xué)質(zhì)量、鍛煉學(xué)生動腦動手能力的根本途徑。我們根據(jù)學(xué)生情況，并參照心理學(xué)、教育學(xué)的一些理論知識，制訂了以下方案，并且已經(jīng)運用于實踐，取得顯著成效。
　　一、根據(jù)不同實驗類型確定設(shè)計環(huán)節(jié)
　　小學(xué)科學(xué)實驗總共可分為：探索性實驗、驗證性實驗和測定性實驗，不同類型的實驗都有其特定的實驗設(shè)計思路，并不是千篇一律的。探索性實驗的設(shè)計思路是：為考查學(xué)生所研究的科學(xué)中，涉及的幾個物理量之間的關(guān)系，讓學(xué)生通過一些開放性的實驗，想方設(shè)法測出這幾個物理量的幾組數(shù)值，通過分析總結(jié)，最后歸納出這些物理量之間的函數(shù)關(guān)系。驗證性實驗的設(shè)計思路是：任何科學(xué)規(guī)律都包含兩部分，即條件和結(jié)論，在滿足定律所規(guī)定的條件下，進(jìn)行實驗設(shè)計(在實驗中重復(fù)定律所描述的科學(xué)過程)，測出幾組描述該科學(xué)過程的物理量的值，如果他們的函數(shù)關(guān)系與定律相吻合，則定律得以驗證。對測定性實驗來說，其思路是：通過測量與待測量的有關(guān)幾個物理量，這些物理量有些可以直接測得，有些需要通過一些實驗得出，然后找出待測量與這些已經(jīng)測得的物理量之間的關(guān)系，再由這個關(guān)系求出待測量。
　　在測定一杯水能溶解多少克鹽的實驗中，通常的實驗步驟是：1．量出100毫升自來水待用；2．稱出若干份食鹽，每份2克；3．將食鹽逐份加入水中，邊加邊攪拌，直至不能溶解；4．記錄所加鹽的重量。其實，在實驗過程中，學(xué)生根據(jù)多種實驗方法設(shè)計出不同的環(huán)節(jié)。有的學(xué)生先稱出一小袋食鹽的重量，然后往水中慢慢加入食鹽，直至不能溶解，再稱出剩下的食鹽的重量，兩者之差便是所溶解的食鹽量。學(xué)生通過不同的實驗方法得出不同的實驗結(jié)果，通過分析得出更加科學(xué)的實驗方法。
　　二、確定實驗設(shè)計能力構(gòu)成要素，弄清它們的關(guān)系
　　一般來講，實驗設(shè)計能力包括：判斷能力、時空想象力和數(shù)學(xué)計算能力，這三種能力與實驗設(shè)計環(huán)節(jié)中的確定譜聯(lián)的能力、創(chuàng)設(shè)科學(xué)圖景的能力和量值估算能力相對應(yīng)。這三種能力是構(gòu)成實驗設(shè)計能力的三要素，三者相互關(guān)聯(lián)，彼此依存，構(gòu)成一個有機的統(tǒng)一體——實驗設(shè)計能力。弄清這三個要素及它們之間的關(guān)系之后，就可以制訂并實施設(shè)計方案。在探究磁鐵什么地方磁力最大的時候，學(xué)生可以通過從磁鐵的不同位置拿開小鋼珠所要的力的大小，在感性上對磁鐵的磁力有大致的了解，或者在磁鐵的不同部位懸掛回形針，根據(jù)最大限度能懸掛的回形針的數(shù)量來達(dá)到對磁鐵磁力的整體認(rèn)識。
　　三、根據(jù)三種要素的特點，進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練
　　所謂訓(xùn)練，是指有目的、有計劃地采取適當(dāng)?shù)姆椒ê褪侄?，通過不斷地重復(fù)，試圖改進(jìn)某種動作行為或智力活動方式，逐步達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)。因此，練習(xí)不能機械、單純的重復(fù)，這對技能的形成沒有好處。但是，如果動作方式在沒有任何改善的情況下，盲目地重復(fù)練習(xí)往往會把現(xiàn)在的動作方式固定下來，以后需要改進(jìn)的時候就比較困難。就好比一個人寫字，如果沒有按照一定的要求，有計劃有目的地練字，只是機械重復(fù)寫字動作，那么他的字永遠(yuǎn)都是老樣子，很難有所提高。蘇聯(lián)教育家贊可夫十分重視練習(xí)在學(xué)習(xí)中的作用，但他反對盲目單調(diào)的重復(fù)。因此，練習(xí)不僅要重復(fù)，還要不斷改進(jìn)。在做《空氣的熱脹冷縮》實驗時，可以讓學(xué)生通過不斷改變燒杯中水的溫度，使氣球內(nèi)空氣的溫度也隨之變化，反復(fù)觀察氣球的膨脹與收縮現(xiàn)象，強化學(xué)生對操作步驟的掌握，加深對空氣熱脹冷縮的理解。
　　四、綜合訓(xùn)練，增強實驗設(shè)計能力
　　學(xué)生在形成各要素的技能之后，就可以通過綜合訓(xùn)練來培養(yǎng)實驗設(shè)計能力。可以采取以下做法：學(xué)生按照教材中的思路完成實驗設(shè)計以后，教師可以要求學(xué)生進(jìn)行再設(shè)計，根據(jù)自己的思路完成實驗。之后，再讓學(xué)生練習(xí)設(shè)計與本實驗類型相同的一些實驗，強化學(xué)生的設(shè)計思路和實驗器材的使用。在條件允許的情況下，讓學(xué)生之間的設(shè)計方案加以比較，尋找別人的優(yōu)點，認(rèn)識自己的不足，達(dá)到共同進(jìn)步的目的。
　　結(jié)語：在科學(xué)探究過程中，必須通過這些途徑：確定實驗類型—設(shè)計環(huán)節(jié)—分化練習(xí)—綜合訓(xùn)練，最終加強學(xué)生實驗設(shè)計的能力。