樹立聯(lián)系的觀點，提高小學科學實驗教學質(zhì)量

摘 要：小學科學實驗是小學科學教學的主要內(nèi)容，也是科學探究的重要過程。教師要做好實驗教學工作，就要樹立聯(lián)系的觀點，從實驗過程主體與客體的聯(lián)系中，把握實驗教學的目標要求；從實驗內(nèi)容各要素之間的聯(lián)系中，把握指導學生設(shè)計實驗的思路；從實驗變量之間的聯(lián)系中，把握指導學生進行科學實驗的方法；從實驗現(xiàn)象與知識、經(jīng)驗聯(lián)系中，把握指導學生形成科學結(jié)論的方法。

關(guān)鍵詞：小學科學；實驗教學；聯(lián)系性

中圖分類號：G623.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2008）11-0053-04

小學科學實驗是小學科學教學的主要內(nèi)容，是科學探究的主要過程，它可以有效地培養(yǎng)學生觀察、實驗、動手操作、邏輯思維、創(chuàng)造性思維等科學探究能力，對落實科學（3~6年級）課程標準的要求，發(fā)展小學生的科學素養(yǎng)有重要意義。但從目前小學科學實驗教學來看，學生的實驗活動多數(shù)表面上又說又做、熱熱鬧鬧，實際上只是簡單的孤立的動手操作，沒有深刻的、聯(lián)系的思維過程，這樣的活動不利于學生形成科學探究能力。究其原因，主要是教師對實驗教學的目標理解不到位，缺乏指導學生進行科學實驗的方法。教師要提高對科學實驗教學的認識和指導學生進行實驗的能力，就要樹立聯(lián)系的觀點，用聯(lián)系的方法分析問題和解決問題。

什么是聯(lián)系？恩格斯說：“當我們深思熟慮地考察自然界或人類歷史或我們自己的精神活動的時候，首先呈現(xiàn)在我們眼前的，是一幅由種種聯(lián)系和相互作用無窮無盡交織起來的畫面。”[1]聯(lián)系是指一切事物、現(xiàn)象之間及事物內(nèi)部諸多要素之間的相互依賴、相互制約、相互影響、相互作用。[2]小學科學實驗教學過程中存在著哪些聯(lián)系，教師又怎樣通過這些聯(lián)系來把握小學科學實驗教學的目標和指導學生進行實驗的方法呢？

一、從實驗過程主體、客體的聯(lián)系中，把握實驗教學的目標要求

新課程理念下的小學科學實驗教學過程，是學生在教師的指導下，首先根據(jù)實驗猜想設(shè)計實驗方案，再根據(jù)實驗方案選擇實驗材料并組裝成實驗模型；然后對實驗模型施加一定的條件影響，使其產(chǎn)生某種實驗現(xiàn)象；最后通過分析實驗現(xiàn)象形成基本的科學結(jié)論。在這一過程中，學生是活動的主體，實驗材料、實驗模型是活動的客體，主體與客體之間的聯(lián)系主要體現(xiàn)在三個方面：

（一）人（學生）與物（材料、實驗模型）的相互聯(lián)系。

科學實驗始于問題。實驗問題就是學生還沒有認識但又應該和需要進行認識的科學知識。實驗問題的提出，意味著學生對新知識的追求；實驗問題的解決，需要付出艱苦的勞動，進行多次大膽而又細心的嘗試和探索。科學實驗的探索性，是人的主觀能動性的高度表現(xiàn)。科學實驗的探索過程體現(xiàn)著人與物相互影響和相互作用，這種聯(lián)系體現(xiàn)在教學中，包括學生設(shè)計實驗方案，選擇、制作實驗材料，分解組裝實驗模型；調(diào)控實驗條件，觀察記錄、分析實驗現(xiàn)象等活動。這些活動的開展需要實驗方法和實驗能力的支持，反過來這些活動的進行也有助于培養(yǎng)學生觀察能力、實驗能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新思維能力。

（二）物與物之間的聯(lián)系。

實驗現(xiàn)象是人與物聯(lián)系的結(jié)果，實驗現(xiàn)象的呈現(xiàn)一方面體現(xiàn)著人與物之間的聯(lián)系，同時還體現(xiàn)了工具與材料、條件與模型之間的聯(lián)系，即物與物的聯(lián)系。工具與材料之間的聯(lián)系構(gòu)成了實驗模型，實驗條件與實驗模型的聯(lián)系則呈現(xiàn)出了實驗現(xiàn)象，這些聯(lián)系體現(xiàn)著工具的意義和技術(shù)、技能的價值。

（三）人與人之間的聯(lián)系。

實驗教學的主要目的是為了通過實驗現(xiàn)象揭示自然事物或自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系而形成基本的科學知識。交流和評價在形成科學知識的過程中起著重要的作用。交流和評價是學生與學生、學生與教師相互聯(lián)系的過程，即人與人之間的聯(lián)系。人與人之間的聯(lián)系可以培養(yǎng)學生樂于實驗、與人合作、實事求是、追求真知以及尊重證據(jù)的情感、態(tài)度與價值觀。

綜上所述，小學科學實驗教學是人與物、物與物、人與人各要素之間相互依賴、相互制約、相互影響的整體。這些聯(lián)系反映了小學科學實驗教學的本質(zhì)，從這些聯(lián)系中我們可以歸納出實驗教學的目標應包括三個方面，即實驗知識與方法，實驗技能與能力，實驗情感態(tài)度與價值觀。這三方面的內(nèi)容可以統(tǒng)稱為實驗素養(yǎng)。實驗教學目標就是培養(yǎng)學生的實驗素養(yǎng)。實驗素養(yǎng)的形成則是通過具體的實驗教學活動來體現(xiàn)的。

二、從實驗內(nèi)容各要素之間的聯(lián)系中，把握指導學生設(shè)計實驗的思路

設(shè)計實驗方案是實驗素養(yǎng)的一項重要內(nèi)容，它是學生根據(jù)科學猜想運用已有的知識、技能和生活經(jīng)驗而進行的一項創(chuàng)造性活動，它對發(fā)展學生的實驗素養(yǎng)、培養(yǎng)學生的科學探究能力有重要的意義。由于小學生的知識、經(jīng)驗有限，多數(shù)學生只能設(shè)計出一些簡單的實驗模型，很難設(shè)計出符合實驗要求的、科學、可行的多種實驗方案。面對這種情況，有的教師干脆就把實驗方案直接告訴學生，或者先讓學生設(shè)計，不管設(shè)計的怎樣，最后把正確的實驗方案再告訴學生。前者是一種授受式的教學，后者雖然有學生的設(shè)計過程，但它是一種盲目的、隨意的、沒有實際意義的設(shè)計活動。要讓學生設(shè)計出科學可行的多種實驗方案，就需要教師給予思路上的指導。教師怎樣進行思路指導呢？

（一）聯(lián)系實驗目的，把握實驗要素。

實驗目的是設(shè)計實驗的基礎(chǔ)，只有真正理解了實驗目的，從實驗目的出發(fā)界定實驗模型中的各種要素，才能厘清實驗的基本思路，為進一步設(shè)計實驗奠定基礎(chǔ)。比如，冀教版小學《科學》五年級上，第14課《傳熱》中的活動1“勺柄冷熱的變化”，是一個完整的探究活動，設(shè)計實驗方案是本活動的重點。學生通過對熱在物體中是怎樣傳遞的這一問題的猜想形成了各種假設(shè)，接下來就要設(shè)計實驗方案并通過實驗來證明自己的猜想是否正確。教學中教師首先引導學生聯(lián)系實驗題目——“熱在物體中是怎樣傳遞的”，來厘清該實驗的目的是建立一個實驗模型證明熱在物體中是朝著什么方向、怎樣傳遞的。再聯(lián)系實驗目的確定實驗模型中的基本要素應包括三點：一是要有熱源，二是要有傳熱的物體，三是要有觀察到傳熱現(xiàn)象的載體。

（二）聯(lián)系已有的知識技能，建立抽象的實驗模型。

實驗要素確定之后，教師需要指導學生聯(lián)系已有的知識和技能設(shè)計實驗變量，來構(gòu)建抽象的實驗模型。這一過程是一個思維發(fā)散的過程，學生想怎樣設(shè)計就怎樣設(shè)計。比如學生可以從自己的生活經(jīng)驗出發(fā)，將熱源設(shè)計為：用酒精燈產(chǎn)生熱，利用爐火產(chǎn)生熱，利用熱水產(chǎn)生熱，利用太陽能產(chǎn)生熱等；傳熱的物體要選擇質(zhì)地相同的一種金屬，但這種金屬的形狀可以是多樣的，可以是條狀的直線金屬絲，可以是條狀的彎曲金屬絲，可以是金屬片，也可以是金屬容器；熱是看不到的，要觀察到熱在物體中怎樣傳遞，學生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗會想到用手摸去感知，用蠟燭、潤滑油熔化現(xiàn)象來觀察，聯(lián)系已有的知識會想到用溫度計觀測。教師可以引導學生聯(lián)系以前曾經(jīng)做過的“聲音是怎樣產(chǎn)生的實驗”，借助小米等輕小物體來觀察物體振動產(chǎn)生聲音時的現(xiàn)象，聯(lián)想到把某一輕小的物體用蠟燭粘在金屬上，觀察看不見的熱是怎樣傳遞的。在設(shè)計實驗變量的基礎(chǔ)上，教師要指導學生通過不同變量的組合，建立一系列的抽象的實驗模型。

（三）聯(lián)系材料、儀器，建立具體的實驗模型。

學生設(shè)計的實驗模型有的是科學的，但不一定是可行的，因為它受著材料和儀器的制約。在學生自由設(shè)計的基礎(chǔ)上，教師要引導學生聯(lián)系身邊的材料和儀器，對設(shè)計的實驗模型進行篩選，選擇那些能利用身邊材料組裝完成的模型，這就是具體的、可行的實驗模型，當然選擇的模型并非一種，同學之間也并非相同。

學生掌握了上面的思路，就能自覺地在聯(lián)系中設(shè)計出科學、可行的實驗方案。

三、從實驗變量之間的聯(lián)系中，把握指導學生進行科學實驗的方法

同一個實驗模型，操作方法不同，實驗的效果也不一樣，要想讓實驗模型呈現(xiàn)最佳的實驗效果，就要選擇科學的操作方法。要選擇科學的操作方法，就要把握實驗模型中各變量之間的聯(lián)系。

（一）聯(lián)系具體的模型，把握不同的實驗變量。

變量是相對于常量而言的，它是實驗中隨外界環(huán)境變化而變化的量。包括自變量、應變量、控制變量。這些變量在同一個實驗模型中是一個相互聯(lián)系、相互影響、相互作用的整體。要把握變量之間的聯(lián)系，首先需要界定三者之間的區(qū)別。

自變量又稱操作獨立變量，是操作者可以自由控制的變量，是直接影響實驗結(jié)果的量。應變量又稱反應變量，是隨自變量改變而改變的量。除了自變量之外，還會影響應變量的變量稱為控制變量。又稱無關(guān)變量、參變量、額外變量等。[3]

具體到某一實驗模型怎樣確定各種變量呢？

1．聯(lián)系實驗題目，確定自變量和應變量。實驗題目是對實驗內(nèi)容的高度概括，它反映了各變量之間的關(guān)系。比如冀教版小學《科學》3上，第7課的“植被對土壤流失影響的實驗”，這是一組對比實驗，實驗的任務是，研究在有無植被的情況下，水流沖走土壤的多少。由實驗的題目可以確定“植被”是實驗的自變量，“水流沖走土壤多少”是應變量。

2．聯(lián)系應變量，確定控制變量。影響土壤流失的因素除了植被之外，水流的大小、高低，木盒的大小、傾斜的角度、土壤的種類和多少等也都會影響土壤的流失，這些變量都是控制變量。

（二）聯(lián)系實驗變量的特點，確定實驗的操作的重點。

小學科學實驗主要是對比實驗和模擬實驗，在這兩類實驗中怎樣來確實驗操作的重點呢？

1．在相同與不同中確定實驗操作的重點。對比實驗是運用對比方法來揭示事物的某種性質(zhì)或現(xiàn)象產(chǎn)生的某種原因。具體的做法就是把實驗分為兩組進行，一組為實驗模型，另一組為對照模型。通過比較兩組模型的實驗結(jié)果，而確定實驗模型是否具有某種性質(zhì)。[4]在對比實驗的兩組模型中，只有自變量不同，其他所有的控制變量都相同。聯(lián)系這一特點，可以確定實驗操作的重點，一是要通過對模型的控制，設(shè)法讓控制變量保持相同，二是設(shè)法讓自變量發(fā)生變化，以增大對實驗結(jié)果的影響。

2．在相似中確定科學的操作的重點。由于受客觀條件的影響，不能對某些自然現(xiàn)象進行直接實驗，這時需要設(shè)計某一相似的模型，并通過對模型的實驗，來研究自然現(xiàn)象的變化規(guī)律，這種方法就是模擬實驗。[5]模擬實驗由于不是自然界中的“原型”實驗，為了讓實驗現(xiàn)象與自然現(xiàn)象具有某種直接的聯(lián)系，這就要求模擬實驗中自變量、控制變量的變化盡量與自然狀態(tài)下的變化接近或相同。聯(lián)系這一特點，可以確定模擬實驗操作的重點是，一是通過選擇實驗材料構(gòu)建的實驗“模型”盡量與“原型”相似，二是實驗條件盡量與“原型”變化的條件相似，這樣才能保證實驗模型呈現(xiàn)出的現(xiàn)象與自然狀態(tài)基本相似。比如，冀教版小學《科學》6下，第6課的“呼吸的模擬實驗”，在該實驗中，人的胸腔的構(gòu)造就是“原型”，根據(jù)原型的本質(zhì)特征，用帶塞的、蒙橡皮膜的玻璃鐘罩和小氣球，建立一個與“原型”相似的“模型”。兩個小氣球模擬肺，橡皮膜模擬膈肌。用手拉動起橡皮膜，使其上下運動，氣球便隨之發(fā)生擴縮變化。這一模擬實驗形象地揭示了呼吸運動的規(guī)律。

（三）通過變量與詞語之間的聯(lián)系，確定科學的操作方法。

科學的實驗方法不僅要讓學生知道做什么，還要讓學生懂得做到什么程度。這就要求學生能夠建立變量與操作性詞語之間的聯(lián)系，用準確而簡練的詞語描述變量的程度。如“不同顏色的物體吸收熱量多少的實驗”，在實驗之前，教師要指導學生對實驗模型中各變量進行如下描述：將兩個實驗模型同時傾斜放在陽光下，使其與地面的角度保持相同。每隔20分鐘同時觀察一次兩支溫度計的數(shù)值，并做好記錄。學生按照這樣的描述，就能進行準確的實驗操作了。

四、從實驗現(xiàn)象與知識、經(jīng)驗聯(lián)系中，把握指導學生形成科學結(jié)論的方法

實驗目的有的尋找某一現(xiàn)象的原因，有的了解某一事物的屬性，或是驗證某一科學假說是否成立等。不管哪種目的都是為了揭示客觀事物之間的聯(lián)系，這種聯(lián)系是通過分析實驗現(xiàn)象來實現(xiàn)的。分析實驗現(xiàn)象的過程是運用已有的知識和經(jīng)驗解決實際問題的過程，也是認知發(fā)展的過程。

（一）從現(xiàn)象與條件之間的聯(lián)系中認識現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

任何一個實驗模型都是由一定質(zhì)地、種類、數(shù)量的材料按照某種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的一個系統(tǒng)。模型系統(tǒng)的變化一方面與系統(tǒng)內(nèi)各種材料之間的聯(lián)系有關(guān)，另一方面與模型之外的各種變量的作用有關(guān)。這些變量就是實驗條件。不同的實驗類型，實驗條件的控制是不一樣的，因此實驗現(xiàn)象與實驗條件有著必然的聯(lián)系。只要從實驗的自變量入手，就能準確把握實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，從而得出準確的實驗結(jié)論。比如冀教版小學《科學》5上，第7課的“風是怎樣形成的模擬實驗”，實驗之后學生觀察到這樣的現(xiàn)象：實驗①中蚊香的煙是直接上升的，實驗②中蚊香的煙是水平流進風箱內(nèi)，從煙囪中跑出。實驗②中現(xiàn)象產(chǎn)生的原因與兩個實驗模型中唯一變化的條件——蠟燭燃燒有關(guān)。蠟燭燃燒是蚊香煙水平流動產(chǎn)生的原因。

（二）從尋找現(xiàn)象與知識之間的聯(lián)系中解釋現(xiàn)象。

認識實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因之后，要進一步認識為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象，這樣既可以將學生思維引向深入，也為后面形成科學概念搭橋鋪路。教學中教師可以利用復習回憶、聯(lián)系溝通等方法指導學生將觀察到的現(xiàn)象與已有的知識、經(jīng)驗來建立聯(lián)系。如上例在分析實驗現(xiàn)象之前，教師可以通過提示卡、課件等引導學生回憶空氣是流動的，空氣占據(jù)空間，熱空氣會上升，風是空氣流動形成的等，只要具備了這些知識，中等水平的學生就能作出這樣的解釋：風箱內(nèi)的蠟燭點燃后，周圍的空氣受熱上升從煙囪中跑出，風箱內(nèi)的空氣跑出后留下的空間就會有冷空氣從水平口流進來補充，這樣就形成了空氣的流動，從而形成風。

（三）把握實驗結(jié)論與客觀實際之間的聯(lián)系形成科學結(jié)論。

通過分析實驗現(xiàn)象，可以揭示一種特定條件下事物之間的聯(lián)系即實驗結(jié)論。實驗結(jié)論能否說明自然界中的客觀事實，還需要將實驗結(jié)論與客觀實際進行聯(lián)系，只有這樣，才能形成科學的結(jié)論。類比和歸納是小學科學教學中常用的兩種方法：

1．歸納法。就是將多個同類實驗模型的結(jié)論聯(lián)系起來，經(jīng)過比較歸納出一般的科學結(jié)論。比如冀教版小學《科學》教材5年級上，第14課《傳熱》中的“熱在物體中是怎樣傳遞的實驗”，學生建立了多個實驗模型，有的用酒精燈給金屬絲的一端加熱，觀察到金屬絲上用黃油粘的豆子從距熱源近的地方依次掉下；有的用酒精燈給金屬片的一端加熱，有的用蠟燭給金屬杯的底部加熱，都觀察到類似的實驗現(xiàn)象。盡管這些實驗模型、實驗的具體條件各不相同，但它們具有相同的實驗現(xiàn)象，由此可以歸納出這樣的結(jié)論：在同一物體中，熱從溫度高的部分傳向溫度低的部分。

2．類比法。實驗現(xiàn)象是在特定的實驗環(huán)境下呈現(xiàn)的，它畢竟不是自然現(xiàn)象，不能直接說明自然事物之間的聯(lián)系。這就需要將實驗結(jié)論與自然界中的某一現(xiàn)象聯(lián)系起來，通過對各種變量的比較而得出一般的科學結(jié)論。比如 “風是怎樣形成的”模擬試驗，當學生得出了實驗環(huán)境下風形成的原因之后，教師可以出示相應的示意圖，引導學生理解：在地球上，有的地方受太陽照射較多，地面空氣受熱膨脹后變輕，開始上升。空氣上升后，留下的空間，被別處的冷空氣補充進來。補充進來的冷空氣又被曬熱、上升，冷空氣又補充進來……這樣就形成了空氣的流動，這就是風。空氣流動快就是大風，流動慢就是小風。

總之，在小學科學實驗教學中，只要我們能夠及時地將實驗中各個要素進行有機的聯(lián)系，就能準確把握實驗教學目標，確定科學、可行的指導學生實驗的方法，就能全面發(fā)展小學生的實驗素養(yǎng)，提高小學科學實驗教學的效果。

參考文獻：

［1］馬克思，恩格斯．馬克思恩格斯選集第三卷［M］．北京：人民出版社．1999．359.

［2］伍玉嶺，方秀蘭．馬克思主義哲學基本原理［M］．北京：新華出版社，2001．92.

［3］陳華彬，梁玲.小學科學教育概論［M］．北京：高等教育出版社，2004．156~157

［4］殷志杰．小學自然教學新動態(tài)［M］．北京：中國地質(zhì)大學出版社，1993．179.

［5］殷志杰．小學自然教學新動態(tài)［M］．北京：中國地質(zhì)大學出版社，1993． 180.

【責任編輯 張桂英】