科學探究過程中學生實驗設計能力的培養

　　從目前小學科學實驗教學的情況來看，在學生進行科學探究的過程中，很多教學都涉及實驗設計能力的培養。而現在的實驗教學情況很不樂觀，實驗教學效果很不理想，大多數情況都是學生按照教師或教材上預先設計好的步驟機械地操作，刻板地記錄數據，然后拼湊實驗報告，以完成實驗教學的任務。這種做法對培養學生的實驗能力毫無益處，不利于學生創新思維的發展。從實際教學情況來看，不但不會降低教學難度，而且不會節省教學時間。學生在似懂非懂的情況下依據別人的實驗設計，花費的時間和精力似乎不少于學生自行設計實驗的時間和精力。因此，培養學生的實驗設計能力不僅完全有必要，而且是提高教學質量、鍛煉學生動腦動手能力的根本途徑。我們根據學生情況，并參照心理學、教育學的一些理論知識，制訂了以下方案，并且已經運用于實踐，取得顯著成效。
　　一、根據不同實驗類型確定設計環節
　　小學科學實驗總共可分為：探索性實驗、驗證性實驗和測定性實驗，不同類型的實驗都有其特定的實驗設計思路，并不是千篇一律的。探索性實驗的設計思路是：為考查學生所研究的科學中，涉及的幾個物理量之間的關系，讓學生通過一些開放性的實驗，想方設法測出這幾個物理量的幾組數值，通過分析總結，最后歸納出這些物理量之間的函數關系。驗證性實驗的設計思路是：任何科學規律都包含兩部分，即條件和結論，在滿足定律所規定的條件下，進行實驗設計(在實驗中重復定律所描述的科學過程)，測出幾組描述該科學過程的物理量的值，如果他們的函數關系與定律相吻合，則定律得以驗證。對測定性實驗來說，其思路是：通過測量與待測量的有關幾個物理量，這些物理量有些可以直接測得，有些需要通過一些實驗得出，然后找出待測量與這些已經測得的物理量之間的關系，再由這個關系求出待測量。
　　在測定一杯水能溶解多少克鹽的實驗中，通常的實驗步驟是：1．量出100毫升自來水待用；2．稱出若干份食鹽，每份2克；3．將食鹽逐份加入水中，邊加邊攪拌，直至不能溶解；4．記錄所加鹽的重量。其實，在實驗過程中，學生根據多種實驗方法設計出不同的環節。有的學生先稱出一小袋食鹽的重量，然后往水中慢慢加入食鹽，直至不能溶解，再稱出剩下的食鹽的重量，兩者之差便是所溶解的食鹽量。學生通過不同的實驗方法得出不同的實驗結果，通過分析得出更加科學的實驗方法。
　　二、確定實驗設計能力構成要素，弄清它們的關系
　　一般來講，實驗設計能力包括：判斷能力、時空想象力和數學計算能力，這三種能力與實驗設計環節中的確定譜聯的能力、創設科學圖景的能力和量值估算能力相對應。這三種能力是構成實驗設計能力的三要素，三者相互關聯，彼此依存，構成一個有機的統一體——實驗設計能力。弄清這三個要素及它們之間的關系之后，就可以制訂并實施設計方案。在探究磁鐵什么地方磁力最大的時候，學生可以通過從磁鐵的不同位置拿開小鋼珠所要的力的大小，在感性上對磁鐵的磁力有大致的了解，或者在磁鐵的不同部位懸掛回形針，根據最大限度能懸掛的回形針的數量來達到對磁鐵磁力的整體認識。
　　三、根據三種要素的特點，進行反復訓練
　　所謂訓練，是指有目的、有計劃地采取適當的方法和手段，通過不斷地重復，試圖改進某種動作行為或智力活動方式，逐步達到理想的標準。因此，練習不能機械、單純的重復，這對技能的形成沒有好處。但是，如果動作方式在沒有任何改善的情況下，盲目地重復練習往往會把現在的動作方式固定下來，以后需要改進的時候就比較困難。就好比一個人寫字，如果沒有按照一定的要求，有計劃有目的地練字，只是機械重復寫字動作，那么他的字永遠都是老樣子，很難有所提高。蘇聯教育家贊可夫十分重視練習在學習中的作用，但他反對盲目單調的重復。因此，練習不僅要重復，還要不斷改進。在做《空氣的熱脹冷縮》實驗時，可以讓學生通過不斷改變燒杯中水的溫度，使氣球內空氣的溫度也隨之變化，反復觀察氣球的膨脹與收縮現象，強化學生對操作步驟的掌握，加深對空氣熱脹冷縮的理解。
　　四、綜合訓練，增強實驗設計能力
　　學生在形成各要素的技能之后，就可以通過綜合訓練來培養實驗設計能力。可以采取以下做法：學生按照教材中的思路完成實驗設計以后，教師可以要求學生進行再設計，根據自己的思路完成實驗。之后，再讓學生練習設計與本實驗類型相同的一些實驗，強化學生的設計思路和實驗器材的使用。在條件允許的情況下，讓學生之間的設計方案加以比較，尋找別人的優點，認識自己的不足，達到共同進步的目的。
　　結語：在科學探究過程中，必須通過這些途徑：確定實驗類型—設計環節—分化練習—綜合訓練，最終加強學生實驗設計的能力。