猜想在不同類型小學科學實驗中的運用

科學創新起始于大膽的猜想和卓越的預見力，同時還要讓孩子們懂得大膽的猜想不是目的，只是手段，要達到目的，還要有嚴謹的實驗證明過程。[1]猜想和實驗之間的關系密不可分，進行不同類型的科學實驗前，應根據不同實驗類型，切實了解學生相應的已有經驗和知識基礎，并以此合理組織學生進行有針對性的猜想活動，這個活動的過程包括“收集已有知識和經驗信息→將信息與猜想的問題進行比較、分析、歸納、概括→形成對研究問題的假設性結論→按照一定的方式進行表述”。在猜想活動中促成學生和學生、教師和學生間的積極互動，分享各自的個性化的認識，展開積極的思維活動，可以有效地彌補個體經驗的不足，加深對即將進行的實驗的理解，從而更好地發揮實驗對科學學習的重要作用，幫助學生建構新知，提升科學興趣、協作能力、批判性思維等方面的科學素養。以下筆者就日?？茖W教學中涉及的幾種主要科學實驗類型，結合自己的教學實際，談談猜想在不同類型科學實驗中的運用心得。

1.以觀察為主的實驗：猜想引導細致觀察

評判一項科學研究是否科學，首先不在于你的理論有多高深，而在于你的觀察資料有多真實。訓練孩子們觀察得細致、準確是非常重要的教學內容。[2]本文所論述的“觀察為主的實驗”，主要指實驗中涉及的操作技能簡單，學生的操作沒有困難，重點是期望孩子在操作過程中仔細觀察實驗現象，發現問題或搜集證據，進而深入研究感興趣的未知科學秘密的實驗。因此進行此類實驗之前，有沒有適時、適度的猜想，直接影響著學生的觀察活動，進而影響實驗的成效。

以蘇教版小學科學三上“空氣占據空間”學習內容為例。（以下所涉及的教學內容均為蘇教版小學科學）

教學A：（不組織猜想）

師：（演示）把一團報紙塞在玻璃杯底部，再將杯子倒著豎直放入水中，仔細觀察有什么現象。

（學生分組實驗）

師：實驗中你觀察到什么？

生：把杯子豎直放入水中，沒有什么變化！

師：沒有變化的意思什么？

……

師：報紙濕了嗎？

生：沒有。

師：為什么會這樣呢？

……

教學B：（組織猜想）

師：（演示：把一團報紙塞在玻璃杯底部。）如果把杯子倒著豎直放入水中，可能會出現什么情況？

生：可能會有氣泡冒出來。

生：報紙變潮濕。（為什么？）因為水會慢慢漫到杯子里，再接觸到報紙。

生：報紙不會濕，因為杯子里有空氣，水根本進不去。

師：大家能大膽提出自己的看法都非常好，不管對和錯，都說明我們能像科學家一樣認真觀察，仔細分析，想通過自己的努力解決問題。

（學生分組實驗。）

師：實驗中你觀察到什么？

生：報紙沒有濕。（能說完整嗎？）杯子倒著豎直放入水中，報紙根本就不會濕。

師：報紙沒有濕說明什么？

生：水沒有進入杯子。

生：水進去了，只不過只進入了一點點，沒接觸到報紙。

師：觀察真仔細，水為什么不能接觸到報紙呢？

生：杯子里有空氣。

生：杯子里有很多空氣，把水和報紙隔開了。

……

從以上兩個片斷我們可以看出，動手實驗前的猜想可以幫助學生明確觀察的角度、側重點、邏輯次序，這樣在觀察中就有了一個思維主線，觀察能更全面、更細致。教學A只教給實驗方法，沒有猜想活動，學生實驗中的觀察就漫無目的，沒有強趣味性現象刺激，學生的實驗僅僅停留在“玩玩”的原有水平，沒有思維過程，交流環節學生就無話可說。教學B，經過猜想活動，學生充分調動了前概念：“空氣是真實存在的”、“水的流動性”、“空氣在水中會有氣泡”等，這些都是學生的原有認知，實驗活動在此基礎上展開，學生的觀察就有了自我的視角和側重點，并且觀察中有比較、有反思，實驗后就有話可說、爭著說。甚至實驗中的一些微小的細節也被學生清晰地關注到，如“水進去了，只不過只進入了一點點”，這雖然對建構“空氣占據空間”概念幫助不大，但卻是下一個概念“壓縮空氣”研究的重要切入點，問題不斷生成，探究活動也就得以不斷延續和深入。

2.以方法為主的實驗：猜想引領創意操作

實驗方法的本質在于它是人們根據一定的研究目的，運用適當的物質手段（科學儀器和設備），人為地控制模擬或創造自然現象，使之以純粹、典型、精確、系統、明顯的形式表現出來，從而獲取人類經驗的方法。[3]以方法為主的實驗（此處論述的側重點是學生已具備實驗中的操作技能），整個過程中，教師對研究的問題不預先設計實驗步驟、方法和過程。學生以所學的知識和實驗技能為基礎，根據自我研究的需要，設計個性的研究方法。針對此類實驗，猜想環節的目的是引導學生能明晰自己的設計依據，并且對他人的設計進行借鑒或質疑，用批判性思維去審視不同方案，利于學生在動手操作中及時調整思路，完善自己的方案，更好地完成實驗。

例：《建橋梁》，實驗操作難度不大，關鍵是根據自己的原有認知，設計出自認為承受力最大、有創意的形狀，并通過實驗驗證，尋找形狀與承受力之間的關系。具體過程：在學生發現用一張紙建成“——”形狀的橋梁不能解決問題時，適時引導學生討論：“你還能設計出其他形狀的橋梁嗎？”“你認為這樣的設計承受力大的理由是什么？”“怎樣比較設計出的橋梁形狀哪種承受力大，能讓小車通過？”讓學生理清對比實驗的注意點，然后放手盡早滿足學生進行探究活動的愿望。

經過之前的猜想，學生對研究形狀與承受力之間關系的實驗方法有了更多的了解，在實驗中不但能快速完成自已設計的實驗，而且更注重不斷改進方法，不斷重新實驗，尋求更成功的實驗設計，使得實驗研究更開放、更自由。

3.以測量為主的實驗：猜想規避錯誤數據

這類實驗主要是定量研究的實驗，實驗中往往要借助工具測量得出具體數據。工具的正確使用、使用的時機、各種變量的控制等等因素，都會影響著數據的準確性，有時可能得出的數據誤差過大，有時獲得的甚至是錯誤的數據。針對這些可能出現的問題，組織合理的猜想活動，可以幫助學生對實驗中可能得出的數據，進行一個基于自己常識經驗的大體判斷，從而規避實驗中因為材料、操作方法、記錄等因素造成的錯誤數據，并盡可能地減少實驗中的誤差。

例：《固體混合》，100ML黃豆，100ML綠豆，100ML小米，三樣物體混合后體積會有變化嗎？我們成人都知道，混合后體積不會大于300ML，不會小于100ML。（其他物體可能有特殊情況，另當別論，如混合在一起會產生化學變化的物質）但兒童在實際的科學實驗中，即使出現了大于300ML的數據，他們也很少會質疑，他們只相信自己親自動手操作、親眼觀察記錄的數據，至于其中的操作是否正確、實驗器材是否有問題則往往被忽略。教學中出現這樣的情況，通常關注過程的老師會組織學生重新審視實驗，找到錯誤的原因，然后再重新實驗；只重結果的老師會以“少數服從多數”的原則，肯定正確答案，讓有錯誤的小組“課后研究”，甚至直接宣布這小組“你們肯定操作錯了”。

如果實驗前組織學生猜想：你們認為三樣物體混合后體積會有變化嗎？可能會怎么變化？（不變、變小、變大）你是怎么樣想的？學生根據常識認識到：①黃豆、綠豆、小米混合到一起，每一種物體都會保持原樣，不會像鹽在水里一樣會溶解；②黃豆、綠豆、小米混合到一起，只要我們認真實驗，每樣物體都不會少了幾粒，更不會多幾粒；③黃豆、綠豆、小米混合到一起，沒有水，不會被泡大了。從而形成對混合后體積的大致認識，同時也初步了解到，有一些物體混合在一起，體積一定會變大。（如，大米煮成米飯、面粉加水烤成面包等）實踐證明，通過這樣的猜想活動，學生面對異常的數據，會主動反思實驗過程，從而主動規避錯誤數據。

4.以想象為主的實驗：猜想建立虛實聯系

愛因斯坦說過：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，并且是一切知識的源泉。”在童年時期，想象性游戲是兒童最初的活動之一，如果不在學校，它就在好玩的沙堡建筑中；在“好人和壞人”的情節中；在地下室或后院的喬裝打扮游戲中。[4]想象思維活動在科學探究過程中是學生學習理解科學知識的一個不可缺少的經歷，學生進行猜想的過程，就是展開想象的過程。在科學課中有許多研究內容是我們無法實驗操作的，如有關“天空中的星體”“地球運動”“微觀世界”的內容等等，很多時候，我們都是通過建立模型或通過模擬實驗來幫助學生增加體驗、豐富感知、建構概念。猜想就是把現實與模擬聯系起來，把證據與解釋聯系起來，更好地幫助學生將新知真正內化吸收，建構屬于兒童自己的科學概念。

如《日食和月食》一課的教學，通常做法是用一個光源、小球、大球分別替代太陽、月球、地球，變動三者之間的位置關系來研究日食和月食，當三個星體處在一條直線上，月球運行到太陽和地球中間，月球的影子落在地球上，形成了日食。完成實驗后，似乎有關日食的概念也應該建構完成，可是實際的情況卻是：你能解釋一下日食是怎么回事嗎？絕大部分學生都依然沉默，為什么呢？究其原因我們發現，模擬畢竟不是現實，在模擬和現實之間我們缺失了類比與想象?？吹降厍蛏嫌性虑虻年幱?，不代表學生能體驗到處在月球陰影中看太陽的情況。

所以我們需要把現實中的現象和模擬建立聯系，引導學生分析：炎熱的夏天，當天空偶爾飄來一朵白云，我們希望白云飄在哪兒？從而認識到：云朵阻斷了光線，太陽光照不到我們，我們處在白云的影子里，我們也暫時看不到太陽。進一步猜想：如果月球運行到太陽和我們地球之間會怎么樣？經過這樣的過渡，學生就把模擬與現實（雖然不能從宏觀上看到）聯系起來了，在用模擬實驗間接的研究過程，在頭腦中想像現實世界中日食的成因，真正完成對日食的意義建構。

5.以探索為主的實驗：猜想促進多樣探究

新課程改革的基本理念倡導學生形成“自主、合作、探究”的學習方式，于是有觀點認為，探索實驗就是讓學生獨立研究，教師無需指導，乍一聽起來，體現了學生的自主性、課堂的民主性，但往往事實是，有些學生不知道該做什么、該怎么做。以探索為主的實驗，沒有唯一正確的實驗方法，也沒有唯一正確的答案，而是可以從不同角度、不同深度進行多方面的研究。因此，往往對實驗的要求較高，學生要對材料的特點、組合方式、內部原理等都要有所認識，更特別的是，學生在實驗過程中可能經歷較多的失敗的考驗。實驗前的猜想，要更多關注學生原有資源的分享與交流，肯定學生創新性的想法，鼓勵指導學生養成獨立思考的習慣，形成探究未知世界的科學精神。

如《簡單電路》，教師為學生準備了電池、導線、小電珠、開關等一堆材料，不加引導全部發放給學生，讓學生自己組裝，課堂熱熱鬧鬧，看起來充滿了自主與民主，但實際是放任自流，學生把實驗材料當成了玩具，漫無目的地擺弄材料，有的甚至玩起了“滾電池”的游戲，因為他們根本不知道各種材料之間的關系，多次嘗試后挫敗感強烈，失去了繼續研究的興趣。

類似這種實驗，之前的猜想可以設計為“畫前概念”，首先，讓學生動手畫一畫：有了電線、電池、小燈泡，怎么連接才能讓小燈泡發光；然后，組織展示學生的想法，引導他們表述：你是怎么想的？除了你自己的方法外，你還比較贊同誰的方法？通過這樣一個過程，讓學生把注意力集中到探究目的和方法上來，大家為了同一個探索目標，可能選擇的方法不一樣，也不僅限于一種。這樣在實驗中遇到失敗的小組可以及時選擇其他實驗方案進行嘗試；成功的小組也不僅僅滿足于“點亮了”，而會嘗試用其他方法來點亮小燈泡；善于思考的學生也許會找一找點亮小燈泡背后的秘密。實驗中，每一個學生都有事做、都做自己喜歡的事，這不就是我們愿意看到的么！

猜想既是科學學習的一個重要環節和思維形式，又是科學研究活動的基本程序之一。一個合理的猜測活動既需要教師精心的預設，又要依據學生的猜想能力，而后者需要教師在教學實踐中不斷地進行引導與訓練。以上僅是我個人對“猜想”在不同類型科學實驗中運用的一些體會。當然，科學實驗的類型還不限于此，猜想與實驗之間如何更好地處理與把握，更好地服務于學生的發展，還需要不斷地實踐與反思。

參考資料：

[1][2]張紅霞.科學究竟是什么[M].北京：教育科學出版社，2003.12.

[3]瞿曉峰編.課型范式與實施策略（小學科學）[M].南京：江蘇教育出版社，2012.12.

[4]薩瑪·沃澤曼、喬治·伊芙妮著.宋戈，袁慧譯.新小學科學教育[M].北京：北京師范大學出版社，2006.9.

（徐春明，溧陽市外國語學校，213300） 責任編輯：顏瑩