小學(xué)科學(xué)實驗改進的誤區(qū)及解決的策略

蔣建綱

不知道從什么時候開始，對教材實驗的改進，已成為老師上公開課、評優(yōu)課的必選項了。不管是評優(yōu)課、公開課還是展示課，只要是課堂上有實驗操作的，都無一例外地對教材上設(shè)計的實驗進行了改進、創(chuàng)造，似乎不對實驗進行改進這就是一節(jié)失敗的課。老師希望通過實驗設(shè)計的改進與創(chuàng)新，幫助學(xué)生直觀清晰地觀察到現(xiàn)象，揭示實驗所蘊含的科學(xué)道理，從而建立科學(xué)概念，提高實驗?zāi)芰Γl(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的作用。

但是很多老師在改進、創(chuàng)新實驗的時候，往往會走進一些誤區(qū)，忽略了學(xué)生本身的學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)特點，一味地追求改進，使得新的實驗方法達不到有效目的，反而使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得不到有效的培養(yǎng)，出現(xiàn)勞而少功、欲速不達的結(jié)果。

誤區(qū)一：實驗不符合學(xué)生認知規(guī)律

教師在教學(xué)時，希望學(xué)生能從問題出發(fā)，選擇合適的器材和設(shè)計出科學(xué)可行的方法進而有步驟操作、取證、分析總結(jié)出實驗結(jié)果。實際上學(xué)生的學(xué)習(xí)是建立在豐富的日常生活直接經(jīng)驗基礎(chǔ)之上的，科學(xué)探究時往往會借助這些直接經(jīng)驗來設(shè)計實驗從而解決科學(xué)問題。而學(xué)生設(shè)計的實驗往往是他們真實認識水平的外顯，或多或少有些不足之處。為了順利通過實驗建構(gòu)科學(xué)概念，這時候老師會“善意”地幫助學(xué)生“設(shè)計”實驗，而設(shè)計的實驗往往會出現(xiàn)不符合學(xué)生的認知規(guī)律。

案例：《運動與摩擦力》研究表面粗糙程度對摩擦力的影響

生：木塊放在毛巾上，用測力計拖動木塊，測得的力就是木塊在粗糙物體表面受到的摩擦力。（圖1）

師：我們也可以將測力計提環(huán)固定在鐵架臺上，掛鉤勾住木塊，木塊下面墊上毛巾，用手拖動毛巾，使毛巾和木塊發(fā)生摩擦，測力計的示數(shù)則認為當(dāng)時的摩擦力。（圖2）

分析：這個實驗的難點在于從靜摩擦到滑動摩擦有一個轉(zhuǎn)變的問題，很多學(xué)生在兩種力過渡的一剎那間測力計控制不好，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)困難。為了提高實驗效果，老師卻忽略了學(xué)生的認知規(guī)律，利用力的作用是相互的概念，幫助學(xué)生設(shè)計這樣的實驗，主觀認為學(xué)生能夠了解老師的意圖。

皮亞杰認為小學(xué)生的思維水平處于具體運算階段，而教師對實驗的設(shè)計具有形式運算思維，實際上學(xué)生不具備這種發(fā)展準備，他們難以理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，超出了學(xué)生的認知規(guī)律。因此雖然實驗的成功率提高很多，但是學(xué)生很難理解木塊在毛巾表面移動受到的摩擦力和拉動毛巾時木塊受到的摩擦力是一樣，實驗的原理、方法的設(shè)計，均超出了小學(xué)生的認知規(guī)律，學(xué)生只知其然不知其所以然。因此這種不符合學(xué)生認知規(guī)律的實驗設(shè)計就談不上實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，影響學(xué)生“學(xué)會學(xué)習(xí)”的核心素養(yǎng)。

解決策略：

小學(xué)生思維發(fā)展的基本特點是以具體形象思維為主要形式逐步過渡到以抽象邏輯思維為主要形式；但是這種抽象邏輯思維在很大的程度仍然是直接與感性經(jīng)驗想聯(lián)系的，仍然具有很大成分的具體形象性。 因此教師在幫助學(xué)生設(shè)計實驗時，要了解學(xué)生的知識準備和認知發(fā)展水平，有針對性地設(shè)計符合學(xué)生認知規(guī)律的學(xué)習(xí)內(nèi)容，才能使學(xué)生選擇正確的方法，有效地獲取知識、應(yīng)用知識從而解決問題。

誤區(qū)二：學(xué)生不理解實驗設(shè)計內(nèi)涵

小學(xué)科學(xué)中，有部分學(xué)習(xí)內(nèi)容還是比較難的，公認的有沉浮單元、宇宙單元。老師為了讓學(xué)生更準確地收集到實驗數(shù)據(jù)，設(shè)計的實驗本身會非常的實用，卻忽略了實驗對學(xué)生來講的可接受性、可理解性，超出學(xué)生對實驗設(shè)計內(nèi)涵的理解。

案例：《浮力》測量泡沫塊受到的浮力

師：我的實驗方法介紹給大家：將測力計掛鉤用細線綁住一塊木塊，木塊下面再吊一個鉤碼。（1）鉤碼在水中，木塊在空氣中；（2）鉤碼在水中，木塊在水中，比較兩次的數(shù)據(jù)變化。我們發(fā)現(xiàn)第二次實驗的數(shù)據(jù)變小了，為什么會變?。渴且驗槭艿搅怂母×?。變小的數(shù)據(jù)就是木塊受到的浮力的大小。（見圖示）

分析：浮力實驗，本身是一個難點，本案例中教師為了使學(xué)生成功測出物體在水中受到的浮力，可謂煞費苦心。實驗的設(shè)計內(nèi)涵對于初中的青少年來說能夠理解，而對于小學(xué)五年級兒童來講則很難理解，甚至還會產(chǎn)生為什么水里要掛一個重物，這個對測浮力有什么影響等更多問題。學(xué)生不理解實驗內(nèi)涵而進行的的實驗操作、數(shù)據(jù)采集、結(jié)論歸納又有什么意義呢？所以教師不能只關(guān)注自己的教學(xué)，更應(yīng)關(guān)注學(xué)生的學(xué)，急于求成的活動對于學(xué)生能力的提升是無益的。

解決策略：

以探究的方式學(xué)習(xí)科學(xué)，是科學(xué)課程倡導(dǎo)的核心理念。在探究活動中，學(xué)生肯定會遇到一些困難，教師不能因為學(xué)生遇到困難而強勢主導(dǎo)，應(yīng)根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，了解學(xué)生對實驗方法理解的水平，找到更合適的實驗方法，適當(dāng)提供學(xué)習(xí)支架，使學(xué)生通過老師搭建的支架，逐步攀升，理解實驗內(nèi)涵，順著支架深入有序地開展探究活動，提高實驗的成功率。

誤區(qū)三：數(shù)據(jù)不必要事事取證收集

學(xué)生動手實驗，獲取實驗數(shù)據(jù)，是對事物、現(xiàn)象進行定性、定量分析的基礎(chǔ)。收集的數(shù)據(jù)指向內(nèi)在的規(guī)律和聯(lián)系，數(shù)據(jù)的可靠性直接影響實驗?zāi)康牡倪_成[，所以老師們非常重視實驗數(shù)據(jù)的收集。確實，建立在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，實驗結(jié)論的可靠性才更強，對于一些實驗結(jié)果一目了然的現(xiàn)象，有些老師仍一味地追求用數(shù)據(jù)說話，過度放大實驗數(shù)據(jù)的作用，反而讓學(xué)生覺得這樣的數(shù)據(jù)收集意義不大。

案例：《光和影》影子大小和什么因素有關(guān)

生：將光源、木塊、屏放置一條直線，移動木塊，使木塊靠近（遠離））光源，會發(fā)現(xiàn)影子變大或者變小。

師：你有什么證據(jù)說明影子大小發(fā)生變化了嗎？為了使實驗更加精確，你會用什么辦法呢？

生：……

師：老師給大家準備一張打好格子的 “屏”，大家只要數(shù)一數(shù)影子占據(jù)了多少個格子，再比較一下，就能比較出影子的大小了。

分析：確定影子的大小，是一個極為簡單的定性研究，況且本實驗中影子大小變化的過程可以呈現(xiàn)為動態(tài)，只需憑目測完全能夠判斷出來，不需要所謂的收集數(shù)據(jù)，但這位老師為了讓學(xué)生有實證意識，特意設(shè)置收集數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，希望學(xué)生通過收集到的數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。實際上的結(jié)果卻是，學(xué)生被動的采集數(shù)據(jù)，用一些毫無意義的數(shù)據(jù)來說明一目了然的實驗現(xiàn)象。表面看學(xué)生有了實證意識，學(xué)生也能習(xí)得這樣的程序，但費時費力，學(xué)生不愿意接受這樣的為了數(shù)據(jù)的采集而進行的數(shù)據(jù)采集。

解決策略：

要收集有效的數(shù)據(jù)，教師必須對教材進行深入分析，分析教材中的實驗是否有必要收集精準的數(shù)據(jù)，是否有必要通過精準的實驗數(shù)據(jù)來支持科學(xué)結(jié)論，這樣，在準備教學(xué)時才能采取相應(yīng)的策略來處理實驗的安排，提高實驗的有效性，不會出現(xiàn)為科學(xué)結(jié)論而出現(xiàn)不科學(xué)的數(shù)據(jù)收集。上述實驗最多只需畫出影子輪廓，將輪廓比較一下即可。（如下圖所示）

小學(xué)科學(xué)教材中的一些實驗，由于實驗本身的操作難度較高，使得學(xué)生操作時成功率不高，從而無法獲得可靠的事實與依據(jù)。這樣的結(jié)果不僅僅是浪費教師學(xué)生的精力和寶貴的時間，更可怕的是會挫傷學(xué)生科學(xué)探究的積極性。老師針對這樣的實驗，也會盡力去改進實驗，經(jīng)過改進的實驗表面看似乎有利于實驗的研究，但有時效果卻不盡如人意。

案例：《浮力》測量泡沫塑料塊受到的浮力

生：繪圖設(shè)計的實驗。

師：都設(shè)計得很好，但是實驗操作卻都很不方便。圖1，測力計不可能放入水中；圖2，在拉測力計的時候固定在水槽底部的滑輪容易掉落，容易失??；如果強行固定，水槽就不能做其他實驗了。老師想到了一個辦法。（圖3）

分析：老師針對實驗中的操作難點，改進了實驗：一個學(xué)生用力握住裝有定滑輪的手柄，另一個學(xué)生拉動測力計讀數(shù)即可。但在筆者實際操作過程中發(fā)現(xiàn)，這樣的改進一點效果都沒有，首先學(xué)生兩只手會互相干擾，影響操作；其次小學(xué)生單手抓住手柄往水槽用力很難頂住拉測力計時泡沫受到的浮力，容易引起實驗的失敗，因此這樣的改進是不能解決實驗操作難點的。

解決策略：

要讓科學(xué)探究更有效，實驗本身，必須設(shè)計行之有效的方法，不但易于操作，且取證方便，從而達到有效的實驗效果，真正完成探究的目標。浮力實驗的改進，老師們想出了很多的辦法，有的改進材料，有的改進方法，還有的發(fā)明自制教具，都是為了提升實驗教學(xué)的有效性。這個實驗老師可以這樣改進：（圖4）

這樣改進的好處：1.兩個學(xué)生合作實驗時可以有序合作，不會發(fā)生干擾，有序?qū)嶒灢僮鳎?.只要抓住“L”形手柄的一端，不需要用很大的力量，就能頂住塑料塊受到的浮力，有效實驗操作。

2017《小學(xué)課程標準》提出，學(xué)生要知道科學(xué)探究需要圍繞已提出和聚焦的問題設(shè)計研究方案，通過收集和分析信息獲取證據(jù)，經(jīng)過推理得出結(jié)論?？茖W(xué)實驗教學(xué)盡量做到讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)、合理設(shè)計、反復(fù)操作，保證實驗的獨創(chuàng)性。雖然在設(shè)計實驗中，暴露缺陷各不相同，但也為同伴提供了質(zhì)疑的外部條件。如一定需要老師參與實驗設(shè)計，老師也應(yīng)該深入研究學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、實驗的內(nèi)涵、實驗操作的難度等，多思考、多創(chuàng)新，設(shè)計出符合學(xué)生發(fā)展，才能夠解決教學(xué)中的問題，從而提升實驗的質(zhì)量。同時實驗的設(shè)計要能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，能加深理解事物的基本原理和運行規(guī)律，讓學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)，在實驗中成長。

【作者單位：蘇州高新區(qū)金色小學(xué)校 江蘇】