解讀小學科學教學觀察實驗設計的依據和方法

魏春鳳

摘 要：在我國現代化教學水平不斷提高以及教育改革不斷深入的背景下，小學教學受到人們越來越多的重視，特別是傳統教學理念和教學措施的有效改革，使得小學教學水平呈現出前所未有的上升勢態。對于小學生而言，想要獲得科學的認知，最有效的途徑就是觀察實驗。然而通過對小學科學課程展開的大量實踐調查研究能夠發現，并沒有針對小學科學觀察實驗教學環節提出規定性的要求，從而導致小學科學課程缺乏對應的儀器設備。文章作者針對小學科學教學觀察實驗設計的依據和有效開展途徑展開詳細分析，為小學生科學認知水平的進一步提升奠定堅實的基礎。

關鍵詞：小學;科學教學;觀察實驗設計;依據;方法

小學科學課程是一門對小學生科學素養進行全面培養的基礎性課程，作為科學研究的基礎，觀察和實驗是小學生進行探究性學習、開發創新思維的有效手段之一，是小學生對科學認知進行構建的重要方法。因此相關教育人士必須對小學科學教學觀察實驗設計工作給予足夠重視，加大對設計依據和設計方法的研究力度，明確了解觀察實驗設計工作中存在的問題以及導致問題的原因。在此基礎上，采取多樣化的措施將這些問題逐一解決。長此以往，必然能夠使小學生在科學的觀察實驗設計下不斷提升自身的科學認知。

一、設計能夠尋求因果關系的觀察與實驗

通過對小學生科學認知過程的系統性研究，我們發現，從對因果關系的尋求、證實、利用這三個方面入手，對小學科學教學觀察實驗進行有效設計，并采取有效的措施提高實驗設計效果，從而為小學科學教學觀察實驗的順利開展提供依據。在小學生進行科學學習的過程中，教師要盡可能保證教學內容能夠與小學生實際生活緊密銜接，從而使小學生對事物具有的外部特征以及事物之間具有的內在聯系和一般性發展變化進行充分認知。

1.求同法

對于求同法而言，總是有一個因素在不同的環境中存在，并呈現出同一種現象，那么可以將這個因素與這個現象之間的關系稱為因果關系。

例如，在對“熱”相關知識進行學習時，教師可以將不同情境下的觀察實例提供給學生，如，太陽、點亮的燈泡、燒水的火爐、燃燒的蠟燭等，并要求學生間隔不同的距離感受皮膚溫度的變化。該實驗選擇的素材對象數量必須在三個以上，并且對每一個實驗對象都可以進行單獨命題，如，“在一定距離內燃燒的蠟燭可以將熱量傳遞給實驗者”，該單獨命題是對觀察結果的全面描述，因此屬于科學事實。

2.求異法

求異法主要是指當一個因素出現時，會存在一個對應的現象，而這個因素消失時，對應的現象也隨之消失，那么就可以將這個因素稱為這個現象的產生原因。

例如，在學習《運動和力》這一章中“空氣壓力”相關知識點時，由于我們生存的空間充滿了空氣，并且不會感到空氣的壓力，此時教師可以帶領學生對有空氣和沒有空氣時，自身具有的不同感知進行觀察和體會。要求學生對不同的實驗器材在不同環境下具有的狀態進行觀察。學生先將針管在正常狀態下的抽拉結果進行記錄，在將針管內全部氣體推出后對出液口進行密封，然后再對針管進行抽拉。通過實驗學生能夠發現，針管推柄在不封口的狀態下能夠很輕松地推進和拔出，在封口的狀態下卻很難推進和拔出，從而得出實驗結論——空氣具有壓力[1]。

3.共變法

共變法主要是指改變環境中的某一個因素，會有對應的現象隨之發生改變，那么就可以將這個因素稱為這個現象的原因。

例如，在帶領學生對“浮和沉”相關知識進行學習時，為了對浸水后重物在水中具有的浮力變化規律進行研究，教師應該提前將彈簧秤、重物、水槽、水等實驗材料準備齊全，將重物不斷浸入水中，對懸掛重物彈簧拉伸位置以及重物在水中的位置進行觀察和記錄，從而獲得重物未落水之前、落水過程中、全部落水后的數據，然后運用共變法的思維方式對這些數據進行分析。在此過程中需要注意，這一實驗應該反復多次進行才能得到標準結果[2]。

二、設計能夠證實因果關系的觀察與實驗

對于運用歸納法得到的一般性科學原理而言，對事物之間或事物發生、發展的因果關系進行了明確。而應用演繹法得到的一般性科學原理，每一次成功的演繹，都會使運用歸納法得到的一般性科學原理具有的真實性和可信度進一步提高，更是對目標因果關系的充分證明。所以在設計能夠證實事物因果關系的觀察與實驗時，必須以一般性科學原理作為基礎，將與一般性科學理論觀有關的觀察實驗實例提供給小學生，在此基礎上，對觀察實驗流程進行設計，從而得到能夠對因果關系進行全面反映的科學事實。由于一般性科學原理的判斷結果與觀察實驗呈現的具體科學事實具有較高統一性，每一次觀察實驗呈現的具體科學知識也是對一般性科學原理判斷結論準確性的再次證明[3]。

例如，在帶領學生對“金屬是否存在熱脹冷縮現象”進行研究的過程中，教師先為學生準備一個銅球，并使用酒精燈對銅球進行加熱。從正常思維角度進行演繹推理時，銅球在酒精燈的加熱作用下應該呈現膨脹狀態。然而由于銅球作為金屬固體，即使發生膨脹，具有的狀態也并不明顯。因此為了使小學生能夠更加明顯地觀察到銅球的膨脹變化情況，教師可以準備一個鐵環，大小剛好能夠使銅球穿過。在沒有對銅球加熱之前，向學生展示銅球穿過鐵環的過程，然后對銅球進行加熱，此時再將銅球穿過鐵環，學生會發現銅球被鐵環卡住。同理，也可以對銅球進行冷凍，證明銅球的體積會變小。通過這樣的實驗能夠證明，固體金屬在受熱或冷凍的環境下，體積會發生變化，出現熱脹冷縮現象。這是設計能夠證實事物之間存在因果關系的觀察實驗演繹法。從小學生對科學知識進行認知的過程來看，這樣的實驗方式能夠得到與一般性科學原理高度符合的事實，使一般性科學原理具有的可信度進一步提高。反之，如果得到的結論與一般性科學原理存在差異，不僅應該提出疑問，而且還要采取對應的實驗方法對這一結論進行再次證實，而這一行為恰恰是推動科學不斷進步的原始動力。

三、設計能夠利用和促進知覺選擇性和理解性的觀察與實驗

通過對小學科學教學觀察實驗設計展開的大量實際調查研究，我們能夠知道，對于小學科學教學觀察和實驗而言，歸根結底就是對事物因果關系進行尋求或證實的過程，而這一過程中的關鍵就是小學生是否具有較高的感知特性和感覺特性。

1.放大法

放大法就是將觀察目標的具體細節進行無限放大，使小學生對觀察對象的細節產生強烈的感知或形成強烈的刺激。

例如，在帶領小學生對“新的生命”相關知識進行學習的過程中，為了使小學生對“種子內部結構特征”明確了解，教師可以將黃豆、大豆、蠶豆種子提前在水中進行浸泡，使種子呈現出一定程度的發育狀態，其中的胚根和胚芽等部分能夠在顯微鏡下清晰看到。否則直接將沒有浸泡的種子交給學生進行觀察，學生很難觀察到沒有經過放大處理種子的內部結構。又如，在學習“液體熱脹冷縮”知識時，教師可以將裝滿紅色液體的燒瓶用中間插入玻璃管的橡膠塞塞住，此時對燒瓶底部進行加熱，玻璃管內部的液體會不斷上升，而此時燒瓶內溶液體積的變化量可以放大為玻璃管內液體高低變化量。

2.轉化法

轉化法主要是將具體實踐中無法明顯感受或者變化程度較小的科學現象進行轉化，使其能夠以明顯感受或者變化程度較大的科學現象呈現出來。

例如，在帶領學生對“振動”相關問題進行學習的過程中，由于音叉的振動頻率較小，學生無法進行仔細觀察，此時教師可以將振動的音叉輕輕插入水中，將音叉具有的微小振動轉化為水面的波紋，從而給小學生更加直觀的視覺感受。又如，教師還可以將塑料小球放置在鼓面上，使用不同的力度對鼓面進行擊打，從而使學生通過對塑料小球的高度變化感受振動頻率。

3.對比法

對比法主要指的是將兩種或兩種以上具有相同性質的科學現象和變化過程進行對比觀察，使觀察對象存在的不同之處得到強化或通過對比觀察得到具有邏輯性的判斷依據。

例如，在帶領學生對《動物》這一章知識進行學習的過程中，為了證明“動物的生存離不開氧氣”這一論點，教師可以引導學生先感受自然呼吸環境下自己的狀態，然后再感受將口鼻捏住無法呼吸的狀態，使學生對這一論點充分感知[4]。

結語

根據以上針對小學科學教學觀察實驗設計依據以及有效開展途徑展開的深入分析和全面研究，我們能夠更加明確地了解，對觀察實驗的科學設計，能夠使小學生對大自然具有的好奇心得到有效滿足，明白各種現象發生的原理以及各種原理對應的現象;使小學生在具有較高學術性的教學環境中，激發對相關知識點的探索欲望，從而能夠主動參與教師設計的實驗教學。這樣不僅能夠使小學科學教育教學效率得到有效提高，還能使小學生的科學素養得到不斷強化。因此教師在對小學科學教學觀察實驗進行設計的過程中需要注意，必須以學生實際學習能力以及教學內容作為理論依據，在此基礎上，合理選擇對應的教學措施，使實驗教學的科學性得到充分發揮，有效實現提高小學生科學素養的目標。

[參考文獻]

[1]張秋萍.基于創客教育理念的小學科學教學設計與實踐研究[D].開封：河南大學，2017.

[2]龔 偉.義務教育階段（7～9年級）科學學科能力測評框架構建及應用研究[D].上海：華東師范大學，2014.

[3]王 浩.項目教學法在小學科學課程教學中的應用研究——以新人教版六年級《環境與我們》單元為例[D].銀川：寧夏大學，2014.

[4]葉寶生.小學科學教學觀察實驗設計的依據和方法[J].課程·教材·教法，2013（12）：68-72.

作者簡介：魏春鳳（1970— ），女，中小學一級教師，本科，研究方向：小學科學教學。