小學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

小學(xué)科學(xué)教學(xué)的核心就是探究，探究最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、形象思維能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力和運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程，學(xué)生會(huì)明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁蟆⒃恚逦鷮?shí)驗(yàn)步驟，搞清實(shí)驗(yàn)的觀察點(diǎn)，明白如何就實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析并得出結(jié)論，為學(xué)生整體把握和有效完成實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它直接影響著科學(xué)探究活動(dòng)的教學(xué)效果。

然而在科學(xué)教學(xué)中，有些教師卻不重視對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。在平日聽(tīng)課時(shí)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中，一般教師能進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，但往往因?yàn)榻處煹闹笇?dǎo)方法不到位，學(xué)生難以設(shè)計(jì)出完整可行的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生最后還是按照教師預(yù)先準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。鑒于此，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力就顯得尤為重要。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就是指根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?shí)驗(yàn)方法步驟、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、收集處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方案。教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以利用以下幾種方法：

一 分析法

分析法也稱為逆推證法，是指從要驗(yàn)證的假設(shè)出發(fā)，尋求使它成立的充分條件，從而來(lái)證明假設(shè)是否正確的驗(yàn)證方法。

指導(dǎo)學(xué)生利用分析法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以分為三步：一是從設(shè)計(jì)任務(wù)中把握實(shí)驗(yàn)要素；二是聯(lián)系已有的知識(shí)技能建立抽象的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停蝗锹?lián)系材料、儀器建立具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

例如：在探究“方形和柱形兩根只有形狀不同的石膏棒，橫放時(shí)哪一根承重能力更強(qiáng)？”時(shí)，我們可以這樣指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，首先要引導(dǎo)學(xué)生弄清這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是“探究?jī)筛舫兄啬芰Φ膹?qiáng)弱”，實(shí)驗(yàn)要素有實(shí)驗(yàn)物體、支撐物、重碼。第二步，在學(xué)生頭腦中建立抽象實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｒ瓿蛇@一步，教師就要結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵匾龑?dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有知識(shí)和技能進(jìn)行分析：（1）實(shí)驗(yàn)物體只有形狀不同，也就是兩根棒所用的石膏材料要一樣，長(zhǎng)短、橫截面的大小等必須一致，它們只有方形與柱形的區(qū)別；（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中兩根棒需要橫放在支撐物上，兩根棒的搭放方法應(yīng)該相同；（3）為了比較兩根棒承重的大小，就要在兩根棒上加載重碼，看誰(shuí)承載的重碼多。至此，在學(xué)生頭腦中就搭建起一個(gè)大概的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停簿褪浅橄髮?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀５谌揭龑?dǎo)學(xué)生尋找自己周圍可用的材料和儀器把抽象模型具體化：一是想辦法尋找或制作出符合要求的兩根石膏棒；二是用來(lái)搭放石膏棒的物體可以用身邊常見(jiàn)的兩張課桌（或者兩摞磚等），兩桌之間離開(kāi)適當(dāng)距離；三是重碼可以選用鉤碼（或大小相同的玻璃球以及帶掛鉤的籃子等）。至此，具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ途驮趯W(xué)生頭腦中形成了。

進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生綜合考慮實(shí)驗(yàn)方法步驟：（1）先把方形石膏棒搭在兩桌間，在棒的中間不斷掛鉤碼，直到方形石膏棒斷裂為止，記下鉤碼數(shù)量；（2）再按照同樣方法換柱形石膏棒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；（3）通過(guò)比較兩次實(shí)驗(yàn)的鉤碼數(shù)量得出結(jié)論。

二 綜合法

綜合法是指從已知實(shí)驗(yàn)條件出發(fā)，經(jīng)過(guò)逐步的邏輯推理，最后達(dá)到待證結(jié)論或需求問(wèn)題，其特點(diǎn)和思路是“由條件到結(jié)果”。

指導(dǎo)學(xué)生利用綜合法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可以分為三步：一是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)提示與條件構(gòu)建一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停欢欠治鰧?shí)驗(yàn)原理；三是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。

例如：在探究“放入熱水中的鋁勺，過(guò)一會(huì)勺柄為什么會(huì)熱？”這個(gè)問(wèn)題時(shí)，首先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮徒滩奶峁┑膶?shí)驗(yàn)材料及圖示模型建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀５诙揭龑?dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢灾肋@是一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的三個(gè)要素是熱源、導(dǎo)熱體、熱指示，點(diǎn)燃的酒精燈相當(dāng)于浸泡勺頭的熱水，屬于熱源；鋁片相當(dāng)于鋁勺，屬于導(dǎo)熱體；用凡士林粘住的火柴是用來(lái)顯示熱傳遞路徑的，屬于熱指示。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)觀察火柴掉落的先后順序即可弄清楚熱傳遞的方向，從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。第三步，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃驮碓O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：（1）按照?qǐng)D示用凡士林把三根火柴粘到鋁片的不同位置；（2）點(diǎn)燃酒精燈，給鋁片的一端加熱；（3）觀察火柴掉落順序。

三 模型誘導(dǎo)法

模型誘導(dǎo)法就是參照一個(gè)相似實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)出一個(gè)新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆椒āＶ笇?dǎo)學(xué)生利用模型誘導(dǎo)法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)主要分為三步：一是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)尋找相似的模型；二是比較原模型與預(yù)設(shè)模型間的異同，確定設(shè)計(jì)點(diǎn)；三是建立新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

例如：學(xué)生在進(jìn)行“氣體受冷、受熱的研究”活動(dòng)時(shí)，第一步，引導(dǎo)學(xué)生回憶之前研究“液體受冷、受熱的研究”時(shí)使用過(guò)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀５诙剑龑?dǎo)學(xué)生分析比較兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的異同，它們的不同點(diǎn)就是本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)點(diǎn)，并通過(guò)修改不同點(diǎn)設(shè)計(jì)出新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＿@兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都有三個(gè)要素：實(shí)驗(yàn)物、冷熱環(huán)境、變化指示。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)物與前實(shí)驗(yàn)不同，由液體變?yōu)榱藲怏w，這個(gè)實(shí)驗(yàn)用的氣體需要密閉。冷熱環(huán)境可以與前實(shí)驗(yàn)的相同，仍用冷水和熱水。變化指示可改“液面升降法”為“氣球鼓癟法”。當(dāng)然，本實(shí)驗(yàn)的“冷熱環(huán)境”“變化指示”還可以改用其他多種方法。第三步，根據(jù)研究“液體”使用的模型與剛才第二步的分析，把前實(shí)驗(yàn)容器中的液體換為氣體，把帶膠塞的玻璃管換為氣球，一個(gè)研究“氣體”的新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ途徒⑼瓿闪恕?/p>

以上幾種指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法不是孤立的，而是相互融合的，在實(shí)際教學(xué)中幾種方法往往要綜合運(yùn)用。在平時(shí)的教學(xué)中，只要教師根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選用恰當(dāng)?shù)挠?xùn)練方法，堅(jiān)持不懈，不斷總結(jié)，就一定能夠使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力得到培養(yǎng)，進(jìn)而使每個(gè)探究活動(dòng)都能達(dá)到較為理想的教學(xué)效果，使科學(xué)教學(xué)水平得到提高。

〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕〕