小學(xué)科學(xué)課學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的實(shí)踐與研究

馮建方

摘 要：小學(xué)科學(xué)課學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)科技創(chuàng)新的重大前提?？茖W(xué)課堂教學(xué)中，很多探究實(shí)驗(yàn)前都要有一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案或設(shè)想。經(jīng)過多年科學(xué)課的教學(xué)實(shí)踐，做了大量的科學(xué)調(diào)查、分析，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力進(jìn)行了嘗試研究。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；能力；課程理念；科學(xué)素養(yǎng)

近年來，大家開始側(cè)重讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑺季S能力和創(chuàng)新能力，以及進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的思想和方法。在日?？茖W(xué)課堂教學(xué)中，部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ徊糠纸處煱褜?shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)等同于單一的實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)，很少讓學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，或者說實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)缺乏系統(tǒng)性。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)、提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、提升科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。

一、現(xiàn)狀分析

在小學(xué)科學(xué)課堂中，學(xué)生普遍存在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力不強(qiáng)的問題，究其原因，主要存在于以下幾個(gè)方面。

1.科學(xué)教師師資問題制約著實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在小學(xué)，首先要保證語數(shù)外三門主課的師資；其次要保證音體美三門專業(yè)性較強(qiáng)的副課的師資；而科學(xué)、思想品德這幾門被認(rèn)為專業(yè)性不強(qiáng)的“副課”，50%～70%由主課教師兼職，部分學(xué)校專職科學(xué)的教師偏少。兼職教師精力有限，在科學(xué)知識(shí)、科學(xué)技能等方面并不是很專業(yè)，因此在教學(xué)中，這部分教師更關(guān)注結(jié)果，而不注重探究的過程，更不會(huì)去培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

2.科學(xué)教師課程理念沒有完全轉(zhuǎn)變

對(duì)教師而言，課堂教學(xué)就必須給學(xué)生自由的空間，依據(jù)學(xué)生的志趣、才能、資質(zhì)和特長，尊重學(xué)生個(gè)體的差異性、獨(dú)特性、創(chuàng)造性，鼓勵(lì)學(xué)生自由探索，大膽猜測(cè)，大膽質(zhì)疑，敢于發(fā)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(shí)為中心”的課程觀念的束縛，還沒有完全建立以全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的教學(xué)觀念。因此，在課堂中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往匆匆而過，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等不到關(guān)注。

3.學(xué)生實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練時(shí)間得不到保證

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括提出問題、作出假設(shè)、制定計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、得出結(jié)論、表達(dá)與交流等方面，過程長環(huán)節(jié)多?？茖W(xué)學(xué)科在小學(xué)階段每周只有2～3課時(shí)，一節(jié)課留給實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)的時(shí)間并不是很多，老師在上課時(shí)要求學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)完成，有時(shí)教師為了得到正確結(jié)論，不愿花費(fèi)很多時(shí)間讓學(xué)生自己去設(shè)計(jì)，大多時(shí)候是模仿做一下算了，得到結(jié)論就可以了。這樣一來，實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)常匆匆而過，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力自然難以提高。

4.學(xué)生缺少實(shí)驗(yàn)成功的體驗(yàn)

良好的學(xué)習(xí)環(huán)境要為學(xué)生創(chuàng)造成功的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)成功心理，讓學(xué)生多點(diǎn)成功的體驗(yàn)，減少失敗的負(fù)面影響，鼓勵(lì)進(jìn)步，增強(qiáng)信心。但目前的教學(xué)環(huán)境下，部分老師有一種誤解，經(jīng)常要求實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)面面俱到，學(xué)生很難取得成功、很難獲得老師的表揚(yáng)。長此以往，在多次失敗的打擊下，學(xué)生就會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生厭倦、害怕甚至對(duì)抗的心理。在這種消極情緒的支配下，又怎能提高學(xué)生設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力呢？

二、培養(yǎng)策略

學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)是一個(gè)長期的過程，教師要轉(zhuǎn)變自己的課程觀念，明確培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的重要性，把新的課程觀念轉(zhuǎn)化成教學(xué)行為。筆者經(jīng)過多年的實(shí)踐，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

策略一：學(xué)會(huì)提出問題和確立目標(biāo)

1.問題意識(shí)

要培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，教師首先要學(xué)會(huì)如何通過適當(dāng)?shù)那榫啊⒚艿臎_突、知識(shí)的遷移等形式，啟發(fā)學(xué)生敢于質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)問題的習(xí)慣，讓學(xué)生敢問、愿問、會(huì)問，提出的問題有科學(xué)性、研究性。

如，教學(xué)“空氣中有什么”，上課時(shí)教師點(diǎn)燃蠟燭，并用空杯子倒扣使它慢慢地熄滅，讓學(xué)生認(rèn)真觀察這一過程，并思考：“對(duì)剛才的現(xiàn)象有問題嗎？”學(xué)生紛紛舉手：“蠟燭為什么會(huì)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(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來做給大家看。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生又會(huì)產(chǎn)生新的問題：“水為什么會(huì)上升？燃燒用去了多少氣體？”

2.目標(biāo)意識(shí)

實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是實(shí)驗(yàn)的出發(fā)點(diǎn)，也是實(shí)驗(yàn)的最終歸宿。沒有明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)成了無本之木，難以達(dá)到預(yù)期的效果。在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所提出的問題進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)，從而篩選出有價(jià)值的問題，使后續(xù)的猜想與假設(shè)有明確的對(duì)象和目標(biāo)。

如，在教學(xué)“空氣中有什么”時(shí)，當(dāng)學(xué)生看到教師的演示實(shí)驗(yàn)，把空杯子倒扣在蠟燭上，蠟燭慢慢熄滅，學(xué)生提出了很多問題，其中很多問題和今天上課的內(nèi)容一下子聯(lián)系不起來，教師可以接著啟發(fā)學(xué)生：“有辦法使蠟燭不熄滅嗎？”有學(xué)生說：“把杯子稍微抬高一點(diǎn)，讓空氣流進(jìn)去？”還有學(xué)生說：“在杯子頂部鉆個(gè)小孔。”教師可以引導(dǎo)：“你們認(rèn)為蠟燭燃燒和空氣有關(guān)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(biāo)就很一致了，學(xué)生探究欲望也被激發(fā)了。

策略二：學(xué)會(huì)文本的“學(xué)習(xí)”和“模仿”

1.解讀文本

現(xiàn)行的小學(xué)科學(xué)教材有著大量的文本信息，同時(shí)還有各種插圖。如何有效地處理這些文本信息直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的接收、吸收、消化與運(yùn)用。文本信息處理得當(dāng)，科學(xué)課堂如虎添翼。

學(xué)生首先要“學(xué)習(xí)”教材中蘊(yùn)含的大量有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的背景材料內(nèi)容。學(xué)習(xí)和解讀科學(xué)家們是如何發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題的，是如何選擇實(shí)驗(yàn)材料、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、作出預(yù)期、得出結(jié)論的，從而激發(fā)學(xué)生探索生命科學(xué)的興趣，在輕松愉快的觀察過程中既掌握了知識(shí)、領(lǐng)悟了科學(xué)的思想觀念，又學(xué)習(xí)了科學(xué)工作的方法和技能，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.模仿文本

人們的大量行為都是通過模仿而習(xí)得的。模仿學(xué)習(xí)是小學(xué)生學(xué)會(huì)探究性實(shí)驗(yàn)的第一步。由于小學(xué)生各方面的能力都不強(qiáng)，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)完課本中科學(xué)家們某個(gè)探索性實(shí)驗(yàn)后，教師就應(yīng)該提出一些類似的問題，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用領(lǐng)悟的科學(xué)探究過程和方法；模仿科學(xué)家選材、安排實(shí)驗(yàn)步驟、做出假設(shè)、預(yù)期、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論、表達(dá)和交流。

如，在“小車的運(yùn)動(dòng)”一課中就安排了學(xué)生模仿設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的練習(xí)。課本提出“一輛載重車行駛的速度與哪些因素有關(guān)？”讓學(xué)生猜想，學(xué)生提出各自的猜想，有的說：“與汽車?yán)Φ拇笮∮嘘P(guān)?！庇械恼f：“與路面的好壞有關(guān)?！庇械恼f：“與輪子的多少有關(guān)?！睂W(xué)生的猜想很多。教材設(shè)計(jì)了“用小車做實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證我們的假設(shè)”的實(shí)驗(yàn)方案，如下：課本提供的范本實(shí)驗(yàn)方案：

研究“小車運(yùn)動(dòng)的速度與什么因素有關(guān)”實(shí)驗(yàn)方案

問題：小車運(yùn)動(dòng)的速度與什么因素有關(guān)？

假設(shè)：與拉力大小有關(guān)。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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與記錄：

結(jié)論：

這是一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)方案，為學(xué)生自主模仿設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案提供了范本。

策略三：加強(qiáng)有效訓(xùn)練，夯實(shí)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

1.遷移訓(xùn)練——樹立實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)信心

課本實(shí)驗(yàn)是學(xué)生既熟悉又親切的知識(shí)，師生在完成課本實(shí)驗(yàn)后可靈活地改變實(shí)驗(yàn)的某個(gè)條件，讓學(xué)生模仿課本實(shí)驗(yàn)的程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使學(xué)生從中獲得成功感，增強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的興趣。這樣遷移課本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，滲透實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的策略，可以幫助學(xué)生樹立實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的自信心。

如五年級(jí)上冊(cè)“種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)（一）”一課中，在“設(shè)計(jì)種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)”這個(gè)環(huán)節(jié)，書本中有一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)方案“綠豆種子發(fā)芽是否需要水”，不同層次的學(xué)生可以模仿書本中的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。在這篇課文中有這么一段話“在種子發(fā)芽需要的條件中，光、溫度、水等三個(gè)條件，適合我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。選擇其中的一個(gè)條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)我們的猜測(cè)。”當(dāng)學(xué)生理解并會(huì)做書本中關(guān)于“種子發(fā)芽是否需要水”的實(shí)驗(yàn)后，他可以馬上遷移到“種子發(fā)芽是否需要陽光”“種子發(fā)芽是否需要溫度”等實(shí)驗(yàn)，這樣學(xué)生會(huì)非常順利設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)方案，給自己樹立了信心。

2.重點(diǎn)訓(xùn)練——明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)探究過程包括以下六個(gè)環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題、提出假說、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、推導(dǎo)結(jié)論和運(yùn)用結(jié)論。在這六個(gè)環(huán)節(jié)中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是聯(lián)系問題和結(jié)論的必經(jīng)橋梁。教師定期用一個(gè)范例實(shí)驗(yàn)詳細(xì)重點(diǎn)訓(xùn)練設(shè)計(jì)思路，以點(diǎn)帶面。

因此，我們可以在每冊(cè)教材中選擇一篇課文進(jìn)行重點(diǎn)訓(xùn)練，讓學(xué)生更加明確實(shí)驗(yàn)探究的六個(gè)基本環(huán)節(jié)。如：四年級(jí)上冊(cè)可以選擇“溶解的快與慢”，四年級(jí)下冊(cè)的“面包發(fā)霉了”，五年級(jí)上冊(cè)的“運(yùn)動(dòng)和摩擦力”，五年級(jí)下冊(cè)的“下沉的物體會(huì)受到水的浮力嗎”，六年級(jí)上冊(cè)的“電磁鐵的磁力”，六年級(jí)下冊(cè)的“小蘇打和白醋的變化”。這些課文中都有典型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生通過教師專業(yè)系統(tǒng)的重點(diǎn)訓(xùn)練，確保足夠的時(shí)間，耐心指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生明確整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程。

3.專題訓(xùn)練——增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈活性

當(dāng)學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則和思路之后，一定數(shù)量的設(shè)計(jì)練習(xí)是必要的，它可培養(yǎng)學(xué)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(dá)能力等，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的應(yīng)答準(zhǔn)確性。為了使學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，提高運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力，可以按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題的類型采用專題訓(xùn)練的做法。

因此，除了教材中實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練外，我們還可以選擇課外的一些小實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。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(huì)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(gè)同等重量的瓶子從一個(gè)高度滾下來，誰先到達(dá)終點(diǎn)？C漂浮的針?biāo)伎迹横槥槭裁磿?huì)浮在水面上？選擇一些課本中沒有的實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象，讓學(xué)生利用原有的知識(shí)和課堂上學(xué)到的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法，讓學(xué)生嘗試能否解決生活中的一些現(xiàn)象，能否學(xué)以致用，從而更加靈活多變地掌握、熟悉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路。

策略四、適時(shí)開放實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力（略）

1.改變條件演繹新實(shí)驗(yàn)

2.改變器材演繹新實(shí)驗(yàn)

3.改驗(yàn)證性為探索性實(shí)驗(yàn)

小學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)是一個(gè)長期的過程。能力的形成是經(jīng)過長期反復(fù)實(shí)踐逐步形成的，學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的。相信經(jīng)過全體科學(xué)老師的辛勤工作，學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的大膽探索與實(shí)踐，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力會(huì)得到大幅提高，學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力也將得到極大發(fā)展。

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編輯 李博寧