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小学科学课实验设计研究

摘要:小学科学课学生实验设计能力是科学素养的重要组成部分,也是实现科技创新的重大前提。科学课堂教学中,很多探究实验前都要有一个完整的实验设计方案或设想。经过多年科学课的教学实践,做了大量的科学调查、分析,对培养学生实验设计能力进行了尝试研究。

关键词:实验设计;能力;课程理念;科学素养

近年来,大家开始侧重让学生进行实验设计,考查学生的实验能力、思维能力和创新能力,以及进行科学实验的思想和方法。在日常科学课堂教学中,部分的实验教学虽然重视培养学生的实验能力,但一部分教师把实验能力的培养等同于单一的实验操作技能的培养,很少让学生独立进行实验设计,或者说实验设计能力的培养缺乏系统性。培养学生实验设计能力是减轻学生负担、提高教学质量、培养创新能力、提升科学素养的重要途径。

一、现状分析

在小学科学课堂中,学生普遍存在实验设计能力不强的问题,究其原因,主要存在于以下几个方面。1.科学教师师资问题制约着实验教学在小学,首先要保证语数外三门主课的师资;其次要保证音体美三门专业性较强的副课的师资;而科学、思想品德这几门被认为专业性不强的“副课”,50%~70%由主课教师兼职,部分学校专职科学的教师偏少。兼职教师精力有限,在科学知识、科学技能等方面并不是很专业,因此在教学中,这部分教师更关注结果,而不注重探究的过程,更不会去培养学生的实验设计能力。2.科学教师课程理念没有完全转变对教师而言,课堂教学就必须给学生自由的空间,依据学生的志趣、才能、资质和特长,尊重学生个体的差异性、独特性、创造性,鼓励学生自由探索,大胆猜测,大胆质疑,敢于发表不同意见,甚至是异想天开。但很大一部分教师还没有完全摆脱“以知识为中心”的课程观念的束缚,还没有完全建立以全面提高学生的科学素养为宗旨的教学观念。因此,在课堂中,实验教学往往匆匆而过,实验设计等不到关注。3.学生实验训练时间得不到保证实验设计包括提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达与交流等方面,过程长环节多。科学学科在小学阶段每周只有2~3课时,一节课留给实验探究环节的时间并不是很多,老师在上课时要求学生在较短时间内完成,有时教师为了得到正确结论,不愿花费很多时间让学生自己去设计,大多时候是模仿做一下算了,得到结论就可以了。这样一来,实验教学经常匆匆而过,学生的实验设计能力自然难以提高。4.学生缺少实验成功的体验良好的学习环境要为学生创造成功的机会,培养成功心理,让学生多点成功的体验,减少失败的负面影响,鼓励进步,增强信心。但目前的教学环境下,部分老师有一种误解,经常要求实验设计面面俱到,学生很难取得成功、很难获得老师的表扬。长此以往,在多次失败的打击下,学生就会对实验设计产生厌倦、害怕甚至对抗的心理。在这种消极情绪的支配下,又怎能提高学生设计科学实验的能力呢?

二、培养策略

学生实验设计能力的培养是一个长期的过程,教师要转变自己的课程观念,明确培养学生实验设计能力的重要性,把新的课程观念转化成教学行为。笔者经过多年的实践,总结了一些经验,认为培养学生实验设计能力可以从以下几个方面进行。策略一:学会提出问题和确立目标1.问题意识要培养学生的自主设计实验方案,教师首先要学会如何通过适当的情景、矛盾的冲突、知识的迁移等形式,启发学生敢于质疑,引导学生学会质疑,培养学生提出科学问题的习惯,让学生敢问、愿问、会问,提出的问题有科学性、研究性。如,教学“空气中有什么”,上课时教师点燃蜡烛,并用空杯子倒扣使它慢慢地熄灭,让学生认真观察这一过程,并思考:“对刚才的现象有问题吗?”学生纷纷举手:“蜡烛为什么会熄灭?蜡烛为什么是慢慢熄灭,而不是一下子熄灭?”他们七嘴八舌,很想通过实验来解决问题。这样一来,有了问题就有了解决问题的欲望,就想设计一个实验来做给大家看。在实验过程中,学生又会产生新的问题:“水为什么会上升?燃烧用去了多少气体?”2.目标意识实验目标是实验的出发点,也是实验的最终归宿。没有明确的实验目标,实验教学成了无本之木,难以达到预期的效果。在教学中,引导学生对所提出的问题进行比较和评价,从而筛选出有价值的问题,使后续的猜想与假设有明确的对象和目标。如,在教学“空气中有什么”时,当学生看到教师的演示实验,把空杯子倒扣在蜡烛上,蜡烛慢慢熄灭,学生提出了很多问题,其中很多问题和今天上课的内容一下子联系不起来,教师可以接着启发学生:“有办法使蜡烛不熄灭吗?”有学生说:“把杯子稍微抬高一点,让空气流进去?”还有学生说:“在杯子顶部钻个小孔。”教师可以引导:“你们认为蜡烛燃烧和空气有关吗?空气能帮助蜡烛燃烧吗?空气中到底有什么呢?”这样一来,大家目标就很一致了,学生探究欲望也被激发了。策略二:学会文本的“学习”和“模仿”1.解读文本现行的小学科学教材有着大量的文本信息,同时还有各种插图。如何有效地处理这些文本信息直接关系到学生对科学知识的接收、吸收、消化与运用。文本信息处理得当,科学课堂如虎添翼。学生首先要“学习”教材中蕴含的大量有关实验设计的背景材料内容。学习和解读科学家们是如何发现问题、提出问题、分析问题的,是如何选择实验材料、提出假设、设计实验、作出预期、得出结论的,从而激发学生探索生命科学的兴趣,在轻松愉快的观察过程中既掌握了知识、领悟了科学的思想观念,又学习了科学工作的方法和技能,为实验设计打下坚实的基础。2.模仿文本人们的大量行为都是通过模仿而习得的。模仿学习是小学生学会探究性实验的第一步。由于小学生各方面的能力都不强,当学生学习完课本中科学家们某个探索性实验后,教师就应该提出一些类似的问题,鼓励学生运用领悟的科学探究过程和方法;模仿科学家选材、安排实验步骤、做出假设、预期、分析实验现象、得出实验结论、表达和交流。如,在“小车的运动”一课中就安排了学生模仿设计实验方案的练习。课本提出“一辆载重车行驶的速度与哪些因素有关?”让学生猜想,学生提出各自的猜想,有的说:“与汽车拉力的大小有关。”有的说:“与路面的好坏有关。”有的说:“与轮子的多少有关。”学生的猜想很多。教材设计了“用小车做实验,验证我们的假设”的实验方案,如下:课本提供的范本实验方案:研究“小车运动的速度与什么因素有关”实验方案问题:小车运动的速度与什么因素有关?假设:与拉力大小有关。拉力越大,走得越快;拉力越小,走得越慢。保持不变的是:需要改变的是:实验设计与记录:拉力(垫圈数)实验结果(厘米)最后结果第一次第二次第三次第四次第五次结论:这是一个很好的实验方案,为学生自主模仿设计实验方案提供了范本。策略三:加强有效训练,夯实实验基础1.迁移训练——树立实验设计信心课本实验是学生既熟悉又亲切的知识,师生在完成课本实验后可灵活地改变实验的某个条件,让学生模仿课本实验的程序进行简单的实验设计,使学生从中获得成功感,增强对实验设计的兴趣。这样迁移课本实验设计原理,渗透实验设计的策略,可以帮助学生树立实验设计的自信心。如五年级上册“种子发芽实验(一)”一课中,在“设计种子发芽实验”这个环节,书本中有一个完整的实验方案“绿豆种子发芽是否需要水”,不同层次的学生可以模仿书本中的方案进行实验探究。在这篇课文中有这么一段话“在种子发芽需要的条件中,光、温度、水等三个条件,适合我们进行实验研究。选择其中的一个条件,设计实验检验我们的猜测。”当学生理解并会做书本中关于“种子发芽是否需要水”的实验后,他可以马上迁移到“种子发芽是否需要阳光”“种子发芽是否需要温度”等实验,这样学生会非常顺利设计出新的实验方案,给自己树立了信心。2.重点训练———明确实验设计思路一个完整的实验探究过程包括以下六个环节,发现问题、提出假说、实验设计、实验实施、推导结论和运用结论。在这六个环节中实验设计是联系问题和结论的必经桥梁。教师定期用一个范例实验详细重点训练设计思路,以点带面。因此,我们可以在每册教材中选择一篇课文进行重点训练,让学生更加明确实验探究的六个基本环节。如:四年级上册可以选择“溶解的快与慢”,四年级下册的“面包发霉了”,五年级上册的“运动和摩擦力”,五年级下册的“下沉的物体会受到水的浮力吗”,六年级上册的“电磁铁的磁力”,六年级下册的“小苏打和白醋的变化”。这些课文中都有典型的实验设计,学生通过教师专业系统的重点训练,确保足够的时间,耐心指导学生设计实验,让学生明确整个实验流程。3.专题训练———增强实验设计的灵活性当学生明确了实验设计的基本原则和思路之后,一定数量的设计练习是必要的,它可培养学生综合处理信息的能力、逻辑思维能力以及语言文字的表达能力等,提高学生对实验设计题的应答准确性。为了使学生更好地掌握实验设计的方法,提高运用知识解决问题的能力,可以按照实验设计题的类型采用专题训练的做法。因此,除了教材中实验训练外,我们还可以选择课外的一些小实验,加强学生设计实验能力的培养。如:A筷子的神力思考:把一根筷子插入装着米的杯子中,然后将筷子上提,筷子会把米和杯子提起吗?B瓶子赛跑思考:装有沙子和装有水的两个同等重量的瓶子从一个高度滚下来,谁先到达终点?C漂浮的针思考:针为什么会浮在水面上?选择一些课本中没有的实验或现象,让学生利用原有的知识和课堂上学到的实验设计等方法,让学生尝试能否解决生活中的一些现象,能否学以致用,从而更加灵活多变地掌握、熟悉实验设计的思路。策略四、适时开放实验,培养创新能力(略)1.改变条件演绎新实验2.改变器材演绎新实验3.改验证性为探索性实验小学生的科学实验设计能力的培养是一个长期的过程。能力的形成是经过长期反复实践逐步形成的,学生实验设计能力的培养不是一蹴而就的。相信经过全体科学老师的辛勤工作,学生实验设计能力培养的大胆探索与实践,学生的实验设计能力会得到大幅提高,学生的思维能力和动手能力也将得到极大发展。

参考文献:

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作者:冯建方 单位:浙江省杭州市余杭区信达外国语学校

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