不同年級學(xué)生實驗設(shè)計能力特點

陶洪

《小學(xué)科學(xué)課程標準》倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)。探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標，又是科學(xué)學(xué)習(xí)的方式。靳玉樂教授將探究分為廣義和狹義兩個概念：廣義的探究，是指一切發(fā)現(xiàn)和認識，一切獨立解決問題的活動;狹義的探究，則是指個體圍繞一個明確的問題或任務(wù)，通過假設(shè)、推理、驗證等一系列的探究過程，而最終解決問題或完成任務(wù)的各類活動。無疑，實驗是探究過程中的重要一環(huán)。實驗，是指在科學(xué)研究中為檢驗?zāi)撤N理論或假設(shè)而進行的某種操作或從事某種活動。設(shè)計方案是科學(xué)探究中十分關(guān)鍵的一步，它確定了探究活動的大致思路、具體探究的方式方法和途徑，既是對學(xué)生現(xiàn)有生活經(jīng)驗的考查，同時也考驗學(xué)生的獨立思考能力，需要學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗和知識水平，想盡辦法進行驗證假設(shè)。設(shè)計實驗，就是要解決我要怎么做才能獲得證據(jù)和我為此要做哪些準備這兩個問題。這樣做，收集到的證據(jù)才具備目的性和指導(dǎo)性。在教學(xué)過程中，不同年段學(xué)生體現(xiàn)出的設(shè)計實驗?zāi)芰σ渤尸F(xiàn)階梯狀上升。

一、低年級學(xué)生初步具備控制變量的思想

從2017年開始，小學(xué)科學(xué)課由三年級起始改為一年級起始。在2017年前，學(xué)生接觸的第一次對比實驗出現(xiàn)在“我們周圍的材料”這一單元。在本單元中，通過對比木片、塑料片、紙片和金屬片來認識各種材料的性質(zhì)。以《哪種材料硬》一課為例，要證明四種材料中哪一種的硬度更強。

學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗，提出使用相互刻畫的方式進行比較。筆者先讓學(xué)生按照自己的想法嘗試實驗比較。在小組合作中，不同的學(xué)生在刻畫的過程中得到了不同的結(jié)果。在第一階段實驗完成后，許多學(xué)生提出了自己的疑惑。通過討論和老師分析，發(fā)現(xiàn)不同的力度、不同的方向都可能得到不同的實驗結(jié)果，所以在刻畫的過程中，盡量要使用同樣的力度。其實，這其中就隱藏著一個控制變量的概念。學(xué)生初步體會實驗中的定量和變量，為之后正式學(xué)習(xí)對比實驗鋪墊。

二、中年級學(xué)生在老師指導(dǎo)下初步具備設(shè)計能力

在小學(xué)階段比較經(jīng)典的對比實驗，是對比鹽在水中溶解得快慢。這在舊版教科版科學(xué)中，是四年級上冊《溶解得快與慢》，在新版教科版科學(xué)中，是三年級上冊《加快溶解》。在本課中，學(xué)生第一次接觸對比實驗。在對比實驗中，要注意每次只能改變一個因素，為確保公平，除了改變的那個因素外，其余的因素均應(yīng)保持一致。三年級的學(xué)生沒有能力自主設(shè)計一個對比實驗，這時，老師就要設(shè)立臺階，幫助學(xué)生一步步認識什么是對比實驗，怎么樣設(shè)計一個對比實驗。第一步，筆者以兩個學(xué)生比賽跑步為例，讓學(xué)生思考怎么樣進行比賽更加公平。學(xué)生都很積極踴躍。通過整理發(fā)現(xiàn)，要知道哪位同學(xué)跑得快，就要起點、終點相同，同時出發(fā)等等，也就是每個因素都要保持一致才能體現(xiàn)公平的原則，才能看出這次比賽誰是勝利者。第二步，筆者展示了關(guān)于溫度與溶解關(guān)系的空白表格，讓學(xué)生討論在加熱與溶解關(guān)系的實驗中，學(xué)生的推測、變的因素及不變的因素。討論得出結(jié)論后，筆者將學(xué)生的思考用簡筆畫的方式畫出來，學(xué)生照著以上的步驟進行實驗。第三步，是在實驗結(jié)束后，我提出，如果是攪拌與溶解的關(guān)系時，學(xué)生就自行填寫表格和使用畫一畫的方式來展示實驗步驟。設(shè)計三個層次是為了讓學(xué)生能夠一步一個臺階地學(xué)習(xí)對比實驗的設(shè)計與操作。有層次的學(xué)習(xí)設(shè)計能把握學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，提出跳一跳能夠到的目標，讓學(xué)生的思維得到發(fā)展。由于在本課中學(xué)生探究目標被切割成多個小目標，學(xué)生更容易邁上“臺階”，認識對比實驗的內(nèi)涵。這里我們發(fā)現(xiàn)，同樣的一節(jié)課，對學(xué)生的能力要求基本是一致的。在三年級起始的科學(xué)課中被設(shè)置為四年級內(nèi)容，而在一年級起始課的科學(xué)課中被設(shè)置為三年級內(nèi)容，可見，學(xué)生的不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)也會對學(xué)生設(shè)計探究實驗的能力造成影響。

三、高年級學(xué)生設(shè)計對比實驗的能力顯著提高

高年級學(xué)生設(shè)計對比實驗的能力有了顯著提高。如，教科版五年級上冊《怎樣得到更多的光和熱》中，學(xué)生設(shè)計物體顏色與吸熱關(guān)系時，考慮的因素不僅僅局限于實驗本身紙的顏色和材質(zhì)，其他條件，如擺放的地點、角度、方式、時間等盡量保持一致。有的學(xué)生還會對地點的略微差異導(dǎo)致的陽光不同產(chǎn)生懷疑。

除了設(shè)計對比實驗外，模擬實驗也是實驗中重要的一種。高年級學(xué)生已具備結(jié)合生活經(jīng)驗和已有科學(xué)知識，設(shè)計模擬實驗的能力。如，五年級“光”這一單元，學(xué)生能應(yīng)用所學(xué)習(xí)的光的知識并結(jié)合生活經(jīng)驗（如熱水器的樣子），設(shè)計太陽能熱水器，可見，學(xué)生設(shè)計實驗的能力較中低年級有了明顯的進步。

綜上所述，探究是一種能力的發(fā)展，而不是教學(xué)的目的。在實際教學(xué)中，要注意摒棄為探究而探究的形式主義，更應(yīng)注重在教學(xué)過程中認識不同年段學(xué)生的認知特點。根據(jù)其特點，有針對地進行教學(xué)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。這對于學(xué)生的終身發(fā)展有著不可或缺的意義。