小實驗在小學科學課堂中的應用理論研究

摘 要：依據《吉林省教育學會“十四五”教育科研規劃課題指南》，基于“新教材背景下小實驗在小學科學課堂中的應用研究”的課題研究，下面的內容更進一步明確小實驗的界定以及深入闡釋小實驗可行性的理論基礎，進一步闡釋小實驗能夠調動學生的學習興趣，營造濃厚的學習氛圍，構建高效課堂。

關鍵詞：科學實驗;小實驗界定;理論基礎

【中圖分類號】G623? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1005-8877（2022）07-0004-03

Theoretical Research on the Application of Small Experiments in Primary School

Science Classrooms

MIAO Lu? （Beihu Mingda School， Changchun New District， Jilin Province， China）

【Abstract】According to the "Jilin Provincial Education Society's "14th Five-Year" Educational and Scientific Research Planning Project Guide"， based on the research topic of "Application Research of Small Experiments in Primary Science Classrooms under the Background of New Textbooks"， the following content further clarifies the small experiments. Define and deeply explain the theoretical basis of the feasibility of small experiments， and further explain that small experiments can arouse students' interest in learning， create a strong learning atmosphere， and build efficient classrooms.

【Keywords】Scientific experiment; Small experiment definition; Theoretical basis

1.小實驗的界定

科學實驗，是指根據一定的目的，運用一定的儀器、設備等物質手段，在人工控制的條件下，觀察、研究自然現象及其規律性的社會實踐形式。科學實驗最早起源于原始人對自然界的探索和實踐，例如，原始人采集野菜，捕捉獵物。步入文明社會以后，人們開始有目的地對自然界進行觀察，《詩經》中記載了大量與動物和植物有關的描述，以及后來的“神農嘗百草”、古希臘哲學家亞里士多德對50多種動物進行活體解剖觀察等，都屬于科學實驗先驅，這一階段的實驗主要以觀察、描述事實為主;到了近代，真正擺脫描述事實，通過實驗來驗證假設，建立科學實驗的方法和手段;19世紀末，科技空前發展，生物學科學實驗進入現代發展階段，各種物理、化學手段引入生物學領域，X射線促使DNA雙螺旋結構的發現，放射性同位素跟蹤技術向人們展示了微觀世界的運動過程，以及超速離心技術、層析技術、電泳技術等。進一步促進了生物學實驗的發展，另外電子顯微鏡、掃描隧道電子顯微鏡讓人們對微觀結構有了更為清晰的認識。科學實驗是獲取經驗事實和檢驗科學假說、理論真理性的重要途徑。它不僅包括儀器、設備、實驗的物質對象，而且包括背景知識、理論假設、數據分析、科學解釋以及實驗者之間的協商、交流和資金的獲取等相關社會因素。其性質不只是物質性的，還包括文化性的和社會性的。在實驗活動中，隔離、介入、追跡、儀器操作，對象形態改造、實驗條件控制以及資源利用等，都表明實驗者是自然和社會的參與者。科學實驗的范圍和深度，隨著科學技術的發展和社會的進步不斷擴大和深化。與科學實驗不同，科學教學實驗的主體是學生而不是科學工作者，是在教師的指導下，學生通過實驗獲得相關知識，掌握學習方法，提高學習能力和科學素養的過程。

小實驗主要是指將傳統的科學教學實驗中的實驗材料易化、實驗步驟簡化，達到實驗隨堂化，也包括完成實驗探究過程的小實驗或者小活動。即以小實驗為中心，以小實驗帶動知識點的一種特殊化的教學方式，是科學實驗和科學理論課教學的一個有效結合點，使得實驗過程便于操作，有助于提高科學效率。讓學生在學會生物學實驗方法的基礎上學習新知識，在觀察小實驗的過程中掌握基本的實驗操作技能，培養學生的觀察能力、分析、判斷、推理等思維能力。重溫科學家的研究歷程，刺激大腦某些特殊區域的發展，激發潛在的創造能力。小實驗也貼近生活，更源于生活，培養學生對日常生活中遇到的生物學現象進行分析，并利用生物學實驗方法進行研究，從而得出合理結論的能力。

小實驗設置簡單明了，實驗可以隨堂完成，但也需要一定的實驗過程和實驗分析，迷你實驗的操作步驟一般都比較簡單，實驗材料容易獲取，也并不需要太多儀器設備，其主要作用是激發學生的學習興趣。另外，在迷你實驗進行過程中，通過讓學生進行觀察、比較和分析等方式，學習新的知識以及基本的實驗操作技能，培養學生的實驗能力和科學的思維方式，同時提高學生的觀察和分析判斷能力，激發潛在的創造能力。實驗過程完成后，便進入實驗分析過程。每個人對知識的理解都取決于其本身的學習經歷。由于個人的經歷以及對事物分析的角度存在差異，對同一知識的構建也會因人而異。有的是正確的，有的卻偏離正確的軌道。通過實驗分析這一環節，可以讓學生意識到自己所建構的知識體系的不足，導致其內部認知產生沖突，隨著認知沖突的解決，使得參與的個體發生內部知識的動態變換，最終完成個體內部知識的重新構建。由此可見，實驗分析的過程是必不可少的。這一過程引導學生獨立思考，提高其思維能力，讓學生更深刻地理解實驗過程，挖掘其中涉及的生物學知識，消除錯誤的觀念，完善新知識的構建。

2.小實驗研究的理論基礎

（1）建構主義學習理論

20世紀 80 年代，建構主義學習理論興起。該理論的先導是著名的教育學家皮亞杰（J.Piaget）。他提出了發生認識論，即孩子在建構屬于他的世界模式時，會出現不同的認識階段。他認為知識是在主體與客體發生相互作用之后建構起來的，既不完全由主體決定，也不完全由客體決定。從新舊經驗方面來講，也存在著相互作用：一方面，原來的經驗是新經驗的基礎;另一方面，新經驗的獲得又會改變原有的經驗，使它趨于更加豐富甚至改造。在皮亞杰的基礎上，維果斯基又提出了“最近發展區”理論。他認為，在兒童的發展歷程中存在兩種發展水平：一種是實際的發展水平，即個體所形成的心理機能發展水平;另一種是潛在的發展水平，即在他人的指導下可以達到的新的認識水平，由前者發展到后者經過的區域稱為“最近發展區”。“最近發展區”理論揭示了學生具有一定的發展潛能。教育的創新不在于強化已完成的過程，而在于未形成的狀態，注重潛能的開發。他還強調學習的環境，提出具體的社會背景在一定條件下對個體進行知識的建構起著至關重要的作用。建構主義流派眾多，各有各的觀點。但是他們有著共同的特點：知識的構建是由認知主體主動完成的;新的知識經驗是由原有的知識經驗產生的;學生變被動為主動，成為教學的主體，教師也擺脫了“灌輸者”的稱號，而變成了指導者、合作者。小實驗的設置要求正是建構主義理論的體現：以學生為主體，課題的選擇符合學生的認知水平，課題的難易符合“最近發展區”。經過小實驗的學習，學生的原有知識發生變動，經過教師的指導和學生自己的思考，達到新的認知水平。

（2）教學過程的“最優化”理論

最優化理論最初應用在數學領域，隨后廣泛應用于經濟、自然學科等領域，率先把最優化理論引入教育領域的是前蘇聯教育家尤·康·巴班斯基，其實質是在具體條件的制約下，獲得相對而言“最好的”教學效果。這一理論的提出對當時蘇聯教育體制的改變有重大影響，克服了當時教育體制中存在的片面性，解決了學生壓力過大的現象。最優化教學理論的最大特點是將辯證的系統理論作為其研究的方法論基礎。巴班斯基指出：“用辯證的系統觀點評價現有教學任務的各種可能的解決辦法，乃是教學過程最優化的方法論基礎。”辯證的系統觀點能保證針對當時條件選出最佳方案。巴班斯基首先用系統論的觀點重新考慮了教學過程的有關結構及成分，認為教學過程的結構成分包括：教學目的和任務、教學內容、教學方法、教學組織形式和教學結果。之后用辯證唯物主義理論中聯系和整體性的觀點分析教學過程中的各個組成部分，揭示了各個部分之間客觀的、本質的、相互依存、相互制約的聯系，最終在綜合考慮教學規律、教學原則、現代教學形式和方法、教學系統的特點以及內外部條件基礎上，科學有目的地選擇出在當前條件下，最佳的教學方案。

教學目標決定教學內容，教學內容影響教學方法，教學方法又影響學生掌握知識的情況。因此，教師必須在全面考慮教學規律、教學過程中各組分之間的聯系以及師生之間關系的基礎上制訂最佳的教學方案。這樣在有限的時間內充分調動學生的注意力顯得尤為重要，而科學學科又是一門以實驗為基礎的學科。因此，選擇實驗來作為調動學生積極性的因素既能體現生物學科本身的特點，又遵循了教學過程的最優化原則。當然，小實驗課題的選擇和實施必須經過教師謹慎的考慮和嚴密的設計，才能真正達到教學過程的最優化。

（3） 動機·興趣理論

目前，關于動機的定義可分為三類觀點。①內因觀。從行為主體的內部進行研究，強調個體的內在力量，認為行為是由主體內在需要而表現出來的。②外因觀。強調外在因素，認為行為是在外在因素、外在刺激的作用下而產生的。為了滿足外在的需求，例如，爭取獎勵、避免懲罰等而促使一系列行為產生。③內外因統一觀。即是前兩者的整合，認為行為的產生受多方面因素的影響，是由行為主體的內部需要和外部需要共同決定的，最終產生能夠引發并維持某一行動的動機。目前大多數教育學家都傾向于最后一種觀點，即動機是由主體的內外因共同決定的。

當動機與學習聯系在一起，便形成了學習動機。經過搜索大量文獻資料，大多數學者認為學習動機，就是在學習主體自我調節的作用下，自身的內在要求與學習環境中的外在誘因相互協調，最終形成能激發并維持學習行為的動力因素。在心理學的研究范疇中，把學習動機分為兩類：一種是內在動機，即由個體的好奇心、內在需要、興趣取向等內部的因素引起的動機，也稱為內源性動機;另一種是外在動機，是由外在的獎懲制度等主體之外的原因引起的動機，亦稱為外源性動機。學習動機可以促進學生主動學習，提高學生的主動性，并且可以維持學習的主動性，直到達到之前設定的學習目標。根據研究表明，學習動機越強，學生的付出越多，學習的持續時間也就越長。

興趣與學習聯系在一起，便形成了學習興趣，他也是學習動機中重要的心理成分。早在兩千多年前，我國古代的大教育家孔子就提出“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”，孔夫子的教育思想對我國教育事業的發展起著至關重要的作用。由此可以看出，興趣在學生學習過程中占有重要的地位。學習興趣是指學生對所學內容的一種認識傾向與情緒狀態（出自《中國大百科全書·教育卷》）。認知傾向體現在學習興趣具有定向作用，即學生會對感興趣的內容給予優先關注。一旦學生對某一學科感興趣，他便會自主地集中注意力，并產生強烈的求知欲，往往會有優異的成績。反之，如果忽略學生的學習興趣，片面追求升學率，為考試而教，長時間會嚴重打擊學生自主學習的積極性，導致學生厭學，學習成績下滑，最終導致惡性循環。情緒狀態是指學生在進行學習活動或者探究知識的過程中伴隨愉快情緒的產生，這種愉快的情緒可以促使學生產生進一步學習的需要。心理學家提出，學校教育的目的應該是：“在求知中得到快樂，在學習中健康成長，在生活中準備生活。”其實，學習興趣不僅僅是教學的目的，更是一種可以利用的教學手段。因為學習興趣在一定情況下可以轉換成學習動機，成為維持學生高效率學習的動力。當學生對某一學科產生興趣時，便會產生強烈的求知欲，不需要依靠外界如獎懲制度等因素督促自己學習，使學習動機傾向于內源性動機，可以大大提高學生學習的積極性。小實驗的課題貼近生活，操作過程簡便易懂，極大地滿足了學生的好奇心，大大提高學生學習的興趣，將學習興趣作為一種教學手段，體現出學生的學習動機主要來源于內源性動機。

3.展望

隨著對“新教材背景下小實驗在小學科學課堂中的應用”這一課題的深入研究，小實驗在科學課堂中有更廣泛的應用前景。小實驗符合建構主義學習理論、“最優化”理論以及動機·興趣理論，不僅符合《小學科學課程標準》的要求，變“要我學”為“我要學”，更能充分調動學生的積極性，營造濃厚的學習氛圍，構建高效課堂。

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