小學科學課學生實驗設計能力培養的實踐與研究

馮建方

摘 要：小學科學課學生實驗設計能力是科學素養的重要組成部分，也是實現科技創新的重大前提?？茖W課堂教學中，很多探究實驗前都要有一個完整的實驗設計方案或設想。經過多年科學課的教學實踐，做了大量的科學調查、分析，對培養學生實驗設計能力進行了嘗試研究。

關鍵詞：實驗設計；能力；課程理念；科學素養

近年來，大家開始側重讓學生進行實驗設計，考查學生的實驗能力、思維能力和創新能力，以及進行科學實驗的思想和方法。在日常科學課堂教學中，部分的實驗教學雖然重視培養學生的實驗能力，但一部分教師把實驗能力的培養等同于單一的實驗操作技能的培養，很少讓學生獨立進行實驗設計，或者說實驗設計能力的培養缺乏系統性。培養學生實驗設計能力是減輕學生負擔、提高教學質量、培養創新能力、提升科學素養的重要途徑。

一、現狀分析

在小學科學課堂中，學生普遍存在實驗設計能力不強的問題，究其原因，主要存在于以下幾個方面。

1.科學教師師資問題制約著實驗教學

在小學，首先要保證語數外三門主課的師資；其次要保證音體美三門專業性較強的副課的師資；而科學、思想品德這幾門被認為專業性不強的“副課”，50%～70%由主課教師兼職，部分學校專職科學的教師偏少。兼職教師精力有限，在科學知識、科學技能等方面并不是很專業，因此在教學中，這部分教師更關注結果，而不注重探究的過程，更不會去培養學生的實驗設計能力。

2.科學教師課程理念沒有完全轉變

對教師而言，課堂教學就必須給學生自由的空間，依據學生的志趣、才能、資質和特長，尊重學生個體的差異性、獨特性、創造性，鼓勵學生自由探索，大膽猜測，大膽質疑，敢于發表不同意見，甚至是異想天開。但很大一部分教師還沒有完全擺脫“以知識為中心”的課程觀念的束縛，還沒有完全建立以全面提高學生的科學素養為宗旨的教學觀念。因此，在課堂中，實驗教學往往匆匆而過，實驗設計等不到關注。

3.學生實驗訓練時間得不到保證

實驗設計包括提出問題、作出假設、制定計劃、實施計劃、得出結論、表達與交流等方面，過程長環節多。科學學科在小學階段每周只有2～3課時，一節課留給實驗探究環節的時間并不是很多，老師在上課時要求學生在較短時間內完成，有時教師為了得到正確結論，不愿花費很多時間讓學生自己去設計，大多時候是模仿做一下算了，得到結論就可以了。這樣一來，實驗教學經常匆匆而過，學生的實驗設計能力自然難以提高。

4.學生缺少實驗成功的體驗

良好的學習環境要為學生創造成功的機會，培養成功心理，讓學生多點成功的體驗，減少失敗的負面影響，鼓勵進步，增強信心。但目前的教學環境下，部分老師有一種誤解，經常要求實驗設計面面俱到，學生很難取得成功、很難獲得老師的表揚。長此以往，在多次失敗的打擊下，學生就會對實驗設計產生厭倦、害怕甚至對抗的心理。在這種消極情緒的支配下，又怎能提高學生設計科學實驗的能力呢？

二、培養策略

學生實驗設計能力的培養是一個長期的過程，教師要轉變自己的課程觀念，明確培養學生實驗設計能力的重要性，把新的課程觀念轉化成教學行為。筆者經過多年的實踐，總結了一些經驗，認為培養學生實驗設計能力可以從以下幾個方面進行。

策略一：學會提出問題和確立目標

1.問題意識

要培養學生的自主設計實驗方案，教師首先要學會如何通過適當的情景、矛盾的沖突、知識的遷移等形式，啟發學生敢于質疑，引導學生學會質疑，培養學生提出科學問題的習慣，讓學生敢問、愿問、會問，提出的問題有科學性、研究性。

如，教學“空氣中有什么”，上課時教師點燃蠟燭，并用空杯子倒扣使它慢慢地熄滅，讓學生認真觀察這一過程，并思考：“對剛才的現象有問題嗎？”學生紛紛舉手：“蠟燭為什么會熄滅？蠟燭為什么是慢慢熄滅，而不是一下子熄滅？”他們七嘴八舌，很想通過實驗來解決問題。這樣一來，有了問題就有了解決問題的欲望，就想設計一個實驗來做給大家看。在實驗過程中，學生又會產生新的問題：“水為什么會上升？燃燒用去了多少氣體？”

2.目標意識

實驗目標是實驗的出發點，也是實驗的最終歸宿。沒有明確的實驗目標，實驗教學成了無本之木，難以達到預期的效果。在教學中，引導學生對所提出的問題進行比較和評價，從而篩選出有價值的問題，使后續的猜想與假設有明確的對象和目標。

如，在教學“空氣中有什么”時，當學生看到教師的演示實驗，把空杯子倒扣在蠟燭上，蠟燭慢慢熄滅，學生提出了很多問題，其中很多問題和今天上課的內容一下子聯系不起來，教師可以接著啟發學生：“有辦法使蠟燭不熄滅嗎？”有學生說：“把杯子稍微抬高一點，讓空氣流進去？”還有學生說：“在杯子頂部鉆個小孔?！苯處熆梢砸龑В骸澳銈冋J為蠟燭燃燒和空氣有關嗎？空氣能幫助蠟燭燃燒嗎？空氣中到底有什么呢？”這樣一來，大家目標就很一致了，學生探究欲望也被激發了。

策略二：學會文本的“學習”和“模仿”

1.解讀文本

現行的小學科學教材有著大量的文本信息，同時還有各種插圖。如何有效地處理這些文本信息直接關系到學生對科學知識的接收、吸收、消化與運用。文本信息處理得當，科學課堂如虎添翼。

學生首先要“學習”教材中蘊含的大量有關實驗設計的背景材料內容。學習和解讀科學家們是如何發現問題、提出問題、分析問題的，是如何選擇實驗材料、提出假設、設計實驗、作出預期、得出結論的，從而激發學生探索生命科學的興趣，在輕松愉快的觀察過程中既掌握了知識、領悟了科學的思想觀念，又學習了科學工作的方法和技能，為實驗設計打下堅實的基礎。

2.模仿文本

人們的大量行為都是通過模仿而習得的。模仿學習是小學生學會探究性實驗的第一步。由于小學生各方面的能力都不強，當學生學習完課本中科學家們某個探索性實驗后，教師就應該提出一些類似的問題，鼓勵學生運用領悟的科學探究過程和方法；模仿科學家選材、安排實驗步驟、做出假設、預期、分析實驗現象、得出實驗結論、表達和交流。

如，在“小車的運動”一課中就安排了學生模仿設計實驗方案的練習。課本提出“一輛載重車行駛的速度與哪些因素有關？”讓學生猜想，學生提出各自的猜想，有的說：“與汽車拉力的大小有關?！庇械恼f：“與路面的好壞有關。”有的說：“與輪子的多少有關?！睂W生的猜想很多。教材設計了“用小車做實驗，驗證我們的假設”的實驗方案，如下：課本提供的范本實驗方案：

研究“小車運動的速度與什么因素有關”實驗方案

問題：小車運動的速度與什么因素有關？

假設：與拉力大小有關。拉力越大，走得越快；拉力越小，走得越慢。

保持不變的是：

需要改變的是：

實驗設計與記錄：

結論：

這是一個很好的實驗方案，為學生自主模仿設計實驗方案提供了范本。

策略三：加強有效訓練，夯實實驗基礎

1.遷移訓練——樹立實驗設計信心

課本實驗是學生既熟悉又親切的知識，師生在完成課本實驗后可靈活地改變實驗的某個條件，讓學生模仿課本實驗的程序進行簡單的實驗設計，使學生從中獲得成功感，增強對實驗設計的興趣。這樣遷移課本實驗設計原理，滲透實驗設計的策略，可以幫助學生樹立實驗設計的自信心。

如五年級上冊“種子發芽實驗（一）”一課中，在“設計種子發芽實驗”這個環節，書本中有一個完整的實驗方案“綠豆種子發芽是否需要水”，不同層次的學生可以模仿書本中的方案進行實驗探究。在這篇課文中有這么一段話“在種子發芽需要的條件中，光、溫度、水等三個條件，適合我們進行實驗研究。選擇其中的一個條件，設計實驗檢驗我們的猜測。”當學生理解并會做書本中關于“種子發芽是否需要水”的實驗后，他可以馬上遷移到“種子發芽是否需要陽光”“種子發芽是否需要溫度”等實驗，這樣學生會非常順利設計出新的實驗方案，給自己樹立了信心。

2.重點訓練——明確實驗設計思路

一個完整的實驗探究過程包括以下六個環節，發現問題、提出假說、實驗設計、實驗實施、推導結論和運用結論。在這六個環節中實驗設計是聯系問題和結論的必經橋梁。教師定期用一個范例實驗詳細重點訓練設計思路，以點帶面。

因此，我們可以在每冊教材中選擇一篇課文進行重點訓練，讓學生更加明確實驗探究的六個基本環節。如：四年級上冊可以選擇“溶解的快與慢”，四年級下冊的“面包發霉了”，五年級上冊的“運動和摩擦力”，五年級下冊的“下沉的物體會受到水的浮力嗎”，六年級上冊的“電磁鐵的磁力”，六年級下冊的“小蘇打和白醋的變化”。這些課文中都有典型的實驗設計，學生通過教師專業系統的重點訓練，確保足夠的時間，耐心指導學生設計實驗，讓學生明確整個實驗流程。

3.專題訓練——增強實驗設計的靈活性

當學生明確了實驗設計的基本原則和思路之后，一定數量的設計練習是必要的，它可培養學生綜合處理信息的能力、邏輯思維能力以及語言文字的表達能力等，提高學生對實驗設計題的應答準確性。為了使學生更好地掌握實驗設計的方法，提高運用知識解決問題的能力，可以按照實驗設計題的類型采用專題訓練的做法。

因此，除了教材中實驗訓練外，我們還可以選擇課外的一些小實驗，加強學生設計實驗能力的培養。如：A筷子的神力思考：把一根筷子插入裝著米的杯子中，然后將筷子上提，筷子會把米和杯子提起嗎？B瓶子賽跑思考：裝有沙子和裝有水的兩個同等重量的瓶子從一個高度滾下來，誰先到達終點？C漂浮的針思考：針為什么會浮在水面上？選擇一些課本中沒有的實驗或現象，讓學生利用原有的知識和課堂上學到的實驗設計等方法，讓學生嘗試能否解決生活中的一些現象，能否學以致用，從而更加靈活多變地掌握、熟悉實驗設計的思路。

策略四、適時開放實驗，培養創新能力（略）

1.改變條件演繹新實驗

2.改變器材演繹新實驗

3.改驗證性為探索性實驗

小學生的科學實驗設計能力的培養是一個長期的過程。能力的形成是經過長期反復實踐逐步形成的，學生實驗設計能力的培養不是一蹴而就的。相信經過全體科學老師的辛勤工作，學生實驗設計能力培養的大膽探索與實踐，學生的實驗設計能力會得到大幅提高，學生的思維能力和動手能力也將得到極大發展。

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編輯 李博寧