提高小學科學觀察實驗實效性的探索

　　《科學（3—6年級）課程標準》（以下簡稱《課程標準》）中明確指出：親身經歷以探究為主的學習活動是學生學習科學的主要途徑。觀察實驗為學生建構科學概念提供了必須的感性經驗，是形式多樣的科學探究活動的主體形式，因其在學生思維發展以及探究能力的形成方面的獨特作用，觀察實驗的實效性直接關系到科學課的教學質量。
　　一、影響小學科學觀察實驗實效性的主要問題
　　伴隨著新課程教學理念的深入人心，多數科學教師都能根據本學科特點想方設法組織學生的觀察實驗，讓學生獲得盡可能充分的感性經驗，對小學科學課教學質量的提高起到了積極的促進作用。然而，由于科學教師隊伍的專業性不強、穩定性不夠等諸多因素的影響，教師在指導學生開展觀察實驗時，還不可避免地存在著一些問題，主要包括：
　　1.目的性問題
　　觀察實驗為學生的理性思考提供了充分的感性事實。實驗前要有明確的目的，實驗后要有實驗數據的交流和分析過程。部分教師在動手部分做出了努力，卻缺少引導學生根據事實進行有邏輯的思考和分析，不可避免地形成動手操作有余，觀察思考不足的問題。
　　例如，教師在指導學生探究斜面的作用時，學生通過實驗積累了大量的數據，為深入思考奠定了堅實的基礎。然而遺憾的是，相當一部分教師的做法是直接提問：通過實驗，我們能得出什么結論？隨之，斜面能省力的結論不費吹灰之力就得到了。得出正確科學的結論固然重要，但更重要的是怎樣指導學生結合數據進行科學的思考和分析。
　　2.結構性問題
　　觀察實驗的結構性問題涉及兩個方面，一是具體教學材料的結構，二是觀察實驗等實踐活動的結構。好的材料結構應符合這樣的要求：教學材料的選擇必須有典型性，學生通過操作這些材料，能盡快和待建立的科學概念建立必然的聯系。實踐活動的結構應符合這樣的要求：伴隨著實踐活動的進程，學生的認知逐漸逼近待建立的科學概念，每項具體的實踐任務，都承載著相應的建立概念方面的作用。
　　然而，有相當一部分教師為觀察實驗準備了特別充分的材料，將自己能想到的與某個科學概念相關的實驗都拿到課堂上做。結果，學生的實踐活動非常充分，卻缺少了學生的思考和發現。沒有了學生高水平的思維活動，再多的實踐活動也就失去了意義。
　　例如，教師指導學生探究“聲音是怎么產生的？”這一問題時，傾其所有，把凡是和聲音有關的實驗材料都擺到了學生的實驗桌上。課堂上，敲敲打打的聲音不絕于耳，實驗做了一個又一個，然而，大大小小十多個實驗間有什么關系？到底應該先做哪個，后做哪個？每個實驗在學生建構科學概念的過程中發揮的作用是什么？諸多的問題教師似乎都沒有思考，最后只滿足于學生會說“聲音是由物體振動產生的”這一所謂的科學結論。
　　3.規范性問題
　　規范性問題主要是從教研層面提出的。自課改以來，由于多種客觀因素的影響，對《科學》教材中的實驗只做了一些數量上的梳理，沒有明確提出質和量的相關規范，致使部分教師在開出觀察實驗時隨意性較強，有些教師有實驗就做，不太關注同類實驗間的關系；也有些教師出于教學材料、個人經驗等方面的考慮，擅自減少了實驗的數量……
　　目的性、結構性、規范性不足以概括我縣以往在觀察實驗方面暴露的所有問題，但它從不同側面表明科學課觀察實驗的實效性亟待加強。
　　二、提高小學科學觀察實驗實效性的基本措施
　　針對我縣教師開展觀察實驗中存在的問題，我們以提高小學科學課觀察實驗實效性為抓手，大張旗鼓地強化科學學科特點，有效改進科學學科教學質量的研究和實踐。
　　1.明確觀察實驗的重點內容及相關規范
　　（1）研讀課標和教材，確定基本實踐活動項目
　　我縣目前使用的首師大版《科學》教材，共有8冊，160個具體課題。其中，大大小小的實踐項目100多個。為保證實驗開出率工作能切實收到實效，我們組織教師在研讀課標的基礎上，對教材中涉及的觀察實驗項目進行篩選和歸類。結合各校的儀器配備情況，確定60個觀察實驗為重點項目。對于60個項目之外的觀察實驗，鼓勵教師根據教學實際需要盡可能完成，但不必再填寫實踐活動報告單，也基本不作為評價的內容。
　　（2）研究制定各觀察實驗項目的評價標準
　　由于對某觀察實驗很難精確地區分為觀察、實驗或操作，制定標準時用“實驗”代稱所有觀察實驗。這樣雖然不夠嚴密，但便于和教師交流。我們在借鑒北京市自然學科觀察實驗評價標準的基礎上，對60個觀察實驗項目逐一制定了評價標準。每項觀察實驗項目的評價標準的內容主要包括：
　　總編號：如編號為“01 01 08 1”的實驗指該項目的總序數為第一個（01），所在冊數為第一冊（01），所在課數為第8課（08），這是該課的第1個實驗（1）。
　　實驗名稱：如“觀察水的物理性質”。
　　實驗目的：如“認識水的物理性質，初步學會觀察水物理性質的基本方法”。
　　實驗器材：如“水、2個玻璃杯、筷子、白紙、木塊”。
　　操作步驟：指某個觀察實驗項目的基本環節。與操作步驟相對應的是操作要點及評價成績。（舉例略）
　　結論要點：要求學生寫出根據具體實驗要得出的結論。
　　該評價標準既是對學生是否掌握了某項觀察實驗項目的評價依據，也是教師指導學生觀察實驗時的重要參考。為了充分發揮教師教學的主動性和創造性，教師可以對評價標準中涉及的器材、操作步驟等進行必要調整，只要學生能真正完成操作即可。
　　（3）研究制定方便師生填寫的實驗報告單
　　針對科學教師工作量大，沒有專職實驗員的具體實際，在與教學儀器裝備部門反復協商的基礎上，我們將以往用的比較繁瑣的觀察實驗報告單進行了精簡，以方便師生的填寫。基本樣式見表1。
　　教師有報告單的電子稿，可以根據本校實際靈活調整所需的器材及數量，便于教師在開學初對必須規范完成的觀察實驗項目做到心中有數。增加學生簽字的環節，并保留學生原始的實驗記錄，便于避免個別責任心不強的教師虛報實驗開出率情況。
　　（4）建立實驗開出率月報制度
　　為確保各校能切實完成實驗項目，增強監控力度，我們要求所有在冊學校都要按時統計每個月的實驗開出情況。統計表為電子表格，統計的內容為各年級截至每月25日的教學進度，在已完成的課題內，演示、分組實驗應做多少個，實做多少個，開出率分別是多少等數據，未能完成的實驗注明原因。上報截止時間為每月的28日。
　　筆者在了解各校實驗開出率的同時，結合自己聽課了解到的情況，在每月月底前向縣教委有關領導提交當月的觀察實驗開出率情況分析報告。學期末完成總報告。
　　2.針對小學科學觀察實驗開展過程中的問題開展教研活動
　　教師在指導學生開展觀察實驗過程中出現實驗目的性不強、結構性差、實效性低等問題的根源在于對課程標準及教材研讀不夠，缺少相應的指導策略。每個重點實驗項目都承載著為學生建構科學概念的重任。只有明確了具體實驗項目的科學概念指向，才有可能從更高層面上明確觀察實驗的目的。為此，筆者在常規教研活動的基礎上，對出現問題較多的實驗項目進行針對性較強的研討和強化培訓活動，幫助教師舉一反三，不斷提升觀察實驗開展的質量。
　　現以首都師范大學出版社出版的《科學》教材第三冊《聲音的產生》一課的實驗為例，簡單介紹一下筆者的教研活動思路。
　　（1）明確科學課程標準的要求
　　由于60個重點實驗項目是在研讀《課程標準》的基礎上確定下來的，因此，每一個實驗項目都能與課程標準的相關要求對應。根據課標的要求，明確本課實驗指向的科學概念是：聲音是由物體的振動產生的。
　　（2）分析教材的基本結構安排
　　很多觀察實驗項目雖然表面是一項實驗，實際上卻包含多個小的具體實驗，《聲音的產生》一課的情況就是如此。教材在直接提出“聲音是怎樣產生的？”這一問題后，首先安排了第一組實驗，包括：感覺聲帶的振動，皮筋、氣球、塑料片等物體的發聲實驗。這些實驗意在為學生積累初步的感性事實，是做出“聲音是由物體的振動產生的”這一猜想的基礎。第二組實驗包括：鼓面、銅鑼、空玻璃瓶等物體發聲的實驗，意在用更多的事實證實猜想，初步確認聲音是由物體的振動產生的。第三組實驗重在應用，如挑選西瓜時要敲一敲，敲擊裝有不同水量的碗能發出不同的聲音，通過敲擊5個重疊在一起的盒子，判斷哪個是空盒子。
　　（3）探討符合學生認知特點的探究活動設計
　　在明確了《課程標準》及教材編寫意圖的基礎上，與教師共同探討《聲音的產生》一課探究活動的設計方案。
　　對教材的結構提出質疑。教材中的三組實驗安排，在學生建立“聲音是由物體振動產生的”這一概念過程中并不是最佳的選擇。前兩組實驗看不出明顯的層次結構，第三組實驗已經不再是建立“聲音是由物體的振動產生的”這一科學概念的問題。
　　優化教材的結構。為學生猜想提供感性經驗的實驗應為可以直接觀察到振動現象的實驗，如皮筋發聲實驗、尺子發聲實驗……。學生猜想后，用以驗證猜想的實驗應為能間接觀察到振動現象的實驗，如借助豆子觀察鼓面振動的實驗，借助水或小球觀察音叉振動實驗，借助小球觀察空氣振動的實驗……。當學生確認“聲音是由物體的振動產生的”后，用以反證結論正確性的實驗可以是前兩組做過的任何一個實驗。
　　分析各教學環節的指導策略。基本的實驗活動確定后，進一步組織教師分析在教學各個環節的指導策略。如：各教學環節提出關鍵問題的策略；各類實驗材料的提供方式；對各項實驗操作的指導層次的區別；對實驗現象的分析方法；如何滲透歸納概括的思考方法……
　　對教學設計的進一步梳理和完善。在對各環節的指導策略進行充分討論后，引導教師結合自己的實際，設計教學的完整過程，鼓勵教師在遵循基本教學規律的基礎上設計出自己的特色。
　　由于教研時間的限制，類似上述的教研活動并不是很多。筆者希望更多的教師能在理性思考的基礎上組織學生的觀察實驗，有效避免動手操作有余，深入思考不足的問題。
　　3.逐步完善觀察實驗開展效果的評價機制
　　如何建立有效的評價機制始終是我們研究的薄弱環節。上文提到實驗報告單的填寫、實驗開出率的月報制度等等都具有明顯的評價因素。然而，這些評價更多關注的是教師的自我評價。由于教師本身的水平差異，同樣一個實驗項目的開展在質量上的差異會非常明顯。
　　從教研層面的評價工作，主要涉及以下幾方面：
　　（1）根據各校的實驗開出率月報表及平時聽課了解到的情況，撰寫分析報告。
　　（2）在視導某一具體學校時，聽課后隨機抽取學生，直接檢查學生的實驗操作的規范性及對實驗現象的理解水平。
　　（3）結合每一年度的質量抽測活動，通過紙筆測試的方式考查學生對重點實驗項目的掌握情況。主要包括能否描述操作的要點，典型的實驗現象，能否對實驗現象作正確的解釋，能否用學到的實驗方法解決新的問題等。
　　遺憾的是，由于受各種客觀條件的限制，一直沒有實現在統一的時間段內，組織較大規模的對觀察實驗真實水平的現場評價。
　　三、提高小學科學觀察實驗實效性的主要成績
　　結合各校實驗情況統計報表及筆者實際聽課情況的總體分析，筆者認為，經過3個學期的努力，各校在提高小學科學課觀察實驗實效性方面取得的主要成績包括以下幾方面：
　　1.任課教師進一步增強了落實科學課觀察實驗項目的自覺性
　　數據統計表明，除個別待撤并校缺少儀器無法完成實驗外，絕大多數學校均100%完成了各項實驗。
　　實驗在科學學科中的作用無可替代，教師為完成每一次的實驗，都付出了辛勤的汗水。哪怕組織一個很簡單的觀察實驗項目，都要經過儀器的準備、檢查、分發、整理等若干環節，科學教師在這方面的付出是其他教師難以理解的。某校一位轉崗的教師曾對我說：教了幾年的科學后再教數學課，感覺真是太輕松了。一位教師為了讓學生能分組完成要求演示即可的“二氧化碳性質”實驗，提前近兩個小時趕到學校，為學生制備二氧化碳……
　　2.部分老師逐漸重視了對學生思維方法的指導
　　越來越多的教師開始將北京市針對我縣的《科學學科學業水平測試結果報告》中提出的改進科學教學的建議落實到具體的教學實踐中，努力通過調動學生思維的積極性來增強學生參與的廣度和深度。有了思維的參與，學生的觀察實驗目的性更強了，對觀察實驗現象分析更深刻了。
　　例如，某市級骨干教師在執教《莖的作用》一課時，努力引導學生的思維過程，在充分想象莖內部可能有的構造后再放手讓學生實際解剖莖進行觀察，觀察活動后讓學生充分討論觀察到的管道與莖作用的關系。
　　3.學科教學的質量有了明顯提升
　　2009年5月，我們根據課程標準的要求，對全縣27所中心小學三、五年級各1個班的教學質量進行了抽測。抽測成績標明，提高小學科學課觀察實驗實效性的探索收到了明顯成效。
　　四、制約小學科學觀察實驗實效性提升的相關問題
　　“提高小學科學觀察實驗實效性”的探索歷時3個學期，在收到明顯成效的同時，仍存在著若干難于解決的實際問題。
　　1.教師工作量過重問題
　　教師實驗室管理及準備實驗的工作量很大。學校計算科學教師的滿工作量時幾乎都沒有將實驗管理及準備實驗的工作量計算在內。在觀察實驗儀器越來越多，各項要求越來越嚴格的情況下，教師應該得到的管理實驗室、準備實驗的課時在50所學校中的22所被取消，13所學校降至1課時。僅有15所小學的教師能算2—3課時的工作量。由于教師工作量過重，真正用于深入研究教學的時間不能得到有效保證，對科學教學質量的提升產生了不可低估的負面影響。
　　2.教學儀器質量問題
　　完成實驗項目離不開相應的儀器設備。實驗項目的確定充分考慮到了學校標配的儀器。然而，有些批次的儀器質量問題嚴重影響了實驗的效果。
　　例如，筆者聽過4節要用到溫度計的課。同樣是一杯沸騰的水，測量溫度時最低讀數為92℃，最高讀數為109℃，如此高的誤差如何讓教師引導學生得出水沸騰時的溫度為100℃？除了讀數不準外，這些溫度計竟然沒有零下溫度的刻度，使測試冰水混合物溫度的實驗無法完成。
　　3.教師的職業倦怠問題
　　由于受多種客觀條件的影響，在一小部分教師中存在著不同程度的職業倦怠。如果教師僅滿足于按時上課，不去關心課的質量，那后果是可想而知的……
　　提高小學科學課觀察實驗實效性的探索是一項沒有止境的工作，我們還在有關專家與領導的指引下繼續努力。
　　（作者單位：北京市密云縣教研中心）
　　（責任編輯：馬