重視實驗設計能力的培養

何小芳

摘要：實驗課是小學科學教學中的一項重要內容，實驗又是科學探究的一種重要手段。但在日常教學實施過程中，如果我們細心觀察，用心關注，不難發現：往往在實驗過程中，或是小組內個別成員充當主角，更多的為看客;或是操作混亂一片，沒有秩序;或是茫茫然，不知所措;或是步驟顛倒，不重細節，不善觀察……分析其中緣由，我們可以得出這樣的結論：問題絕大部分還是出在動手前，學生往往對研究對象和研究目的還比較模糊，學生對所研究問題的理解缺乏深刻性，對設計的實驗方案缺少必要的再思考。

關鍵詞：探究性主題;精心設計;觀察分析;展開互動;數據收集;交流反思

實驗課中“做”是核心，“學”是目的，做好實驗的前提和基礎應是對實驗方案的有效設計。在具體的實驗教學中，如何培養小學生實驗設計能力，已成為科學課上刻不容緩的話題。

一、明確研究對象，清晰目的

愛動手是學生的天性，但我們也往往看到當學生看到實驗桌上的實驗器材時，表現得異常興奮，迫不及待想動手，而一旦動手，卻沒有幾個學生能按照實驗要求和步驟進行有序操作，更是把實驗目的拋到了九霄云外。實驗的結果當然不如人意，實驗操作雜亂無章，現象的觀察無指向性，實驗數據多為無效數據或學生根本不及時對數據進行收集和整理，最后也就無法得出正確的實驗結論。如何有效地避免學生實驗的盲目性呢？我認為關鍵應讓學生在實驗前，首先明確研究的對象和目的，即“研究什么？”“為什么研究？”等問題，也只有在此基礎上，才能更好地引導學生有針對性地設計實驗方案，并根據方案進行有序操作和實驗現象的觀察。如在《研究磁鐵》一課中，為使探究主題化，我將教材內容作了整合，開發了《指南針的奧秘》一課。當學生將磁針懸掛在支架上讓其自由轉動，最后靜止，學生意外地發現所有小組的磁針兩端朝向相同。隨之自然而然地產生了一個探究性主題：“為什么磁針停止轉動后，N極朝北，S極朝南？”學生根據已有經驗和知識，提出了許多假設，其中就有提及“地磁場”的。然后我就順理成章地拿出一塊較大的條形磁鐵，問：“在研究中，這塊大磁鐵可以用來干嘛？”引導學生分組討論，設計實驗方案，再進行集體交流，在整個過程中，我以“你們這樣設計，這塊條形磁鐵其實模擬的是什么？”“實驗中，如果我們看到怎樣的現象，就證明了我們的觀點？”等不同的問題，始終提醒學生圍繞研究問題進行實驗的設計和思考。課堂呈現的效果表明，當學生靜下心來，在明確探究的對象和主題的前提下，才能精心設計實驗方案，也才能更專注地更有針對性地觀察和分析實驗現象。本節課不僅讓學生親歷了從提出問題，到作出合理假設，再到親自設計實驗方案，實驗驗證的科學探究的全過程，對“磁極間的相互作用”“地磁場”“指南針的原理”有了清晰的認識，更讓學生深刻感受到只有緊緊圍繞探究主題進行的實驗設計及其思考和操作才是有效的。

二、合理引導方法，趨向完善

面對一個探究性問題，特別是學生看到實驗桌上擺放的若干有結構的材料，大多學生都能基于自己的能力和水平想到一個初步的實驗方案，但該方案可能是錯誤的，也可能是不成熟的，但是我們都應竭力尊重和呵護學生的原創思維，并在此基礎上，不斷提升學生思維的深刻性、靈活性等品質，同時促使學生逐漸養成在形成初始實驗方案的基礎上不斷進行再思考的好習慣。當然這不是一朝一夕的事，而是一個循序漸進的過程。教師在其過程中不斷引導，潛移默化滲透方法就尤為重要。如《土壤里有什么》這一課，在執教的第一個班上，我出示實驗要求：將土壤放入水中、攪拌、靜置后，觀察分別出現哪些現象？分析土壤里有哪些物質？結果孩子們一下子動起了手，拼命地在燒杯中攪拌土壤，根本不能靜下心來仔細觀察現象。匯報過程中，孩子們只能說出“水變渾了”“水面出現了一些枯枝爛葉”等一些淺層次的實驗現象或觀察結果。實驗效果完全背離了實驗目的。于是我及時進行反思，在平行班里，改變策略，讓學生先預測“如果把土壤放到水中，可能會看到怎樣的現象？”“攪拌之后呢？”“最后，讓我們靜靜地把土壤放在一旁，又可能出現怎樣的現象？”將一個問題轉化為三個問題，不僅有效地引導學生根據已有生活經驗對實驗現象作出合理假設，在實驗還沒開始前，即對實驗過程呈現類似于“放電影式”的展望和想象，更是對學生操作步驟的有效指導。結果，學生不僅能按步驟進行有序還能進行有效討論，如看到攪拌后水面出現白色泡沫，就有學生提出問題：這白色泡沫是什么？怎么會出現在土壤里？當出現沉淀現象時，就有學生發現“好像沉淀下來的土壤出現了分層現象，每一層的顆粒大小也有所不同。”能呈現這樣的課堂效果，我想只有在學生明確了實驗操作步驟，并清晰實驗觀察點后才能實現。也只有經過這樣的訓練，學生才能在實驗設計過程中做到操作路徑清晰，實驗操作中有條不紊，并注重觀察實驗現象及實驗數據的收集和整理。

三、巧用設計圖示，顯性思路

在實驗方案設計中，我們發現大部分學生有自己的想法，但卻很少有學生主動大膽地愿意交流自己的想法。歸其原因，無外乎有三：第一，缺乏自信，害怕出錯，引發他人的嘲笑;第二，受語言表達能力欠缺或器材名稱不熟或操作流程較復雜等原因，難以表述清楚;第三，思路混亂，沒有理清表達順序。那用圖示法幫助學生理清思路，用圖文結合的方式呈現自己的方案設計，是一種較好的方法。如在研究“冷和熱對物體的影響”中，先出示固體體脹實驗材料——銅球和鐵環，并演示自然狀態（常溫）下銅球和鐵環之間的關系——正好順利通過。然后引導學生畫出在其受熱（酒精燈加熱）和遇冷（冷水冷卻）后可能出現的現象，以簡單的圖示描述自己的假設和實驗方案。在交流過程中，因為有了直觀形象的圖示，不僅給予交流的學生表達中的提示，順利完成實驗方案的交流，還給予其他同學視聽覺的沖擊，更易理解交流者的研究思路和實驗步驟。

四、及時交流反思，完善方案

在學生分組制訂研究計劃時，盡管學生群策群力，努力呈現集體的智慧，但往往實驗方案是不完整、不系統的，依然處于“幼稚雛形”階段，所以在小組代表交流完實驗方案后，我還引導學生以“對我們小組的實驗方案，大家有其他的想法或建議嗎？”的方式展開互動，其目的在于：其一，促使其他學生能認真傾聽，尊重交流小組的智慧成果，并帶著積極主動思維的大腦對待他組的交流;其二，通過有效互動，對實驗方案提出修改、補充建議，使實驗方案更加完善，更是對學生思維品質的一種有效培養。在研究“斜面是否省力？”這一問題過程中，當一個小組交流完實驗方案后，便征求其他同學的意見，就有同學提出許多質疑或建設性意見，如：為什么要將木塊直接上提和放在斜面上向上拖拉所用力的大小作比較？木塊在空氣中運動和在全面上運動所產生的摩擦力大小是不同的，摩擦力的大小是否應考慮？在實驗中，如果增設不同坡度的斜面，那樣通過實驗，我們不僅能得出斜面是否省力，還能知道斜面坡度大小與省力之間的關系……通過全班的交流研討活動，使學生的思維互相啟發，互相補充，填補他們思維的“空白”，使實驗方案更趨于完善。

當然，培養學生實驗設計能力的方法和途徑還有許多，我們應根據實驗本身的特點和類型，學生的認知基礎和能力水平，遵循螺旋上升的原則，在日常教學中有目的有針對性地加強指導和訓練，才能有效提高學生實驗設計能力，也才能保證實驗過程的嚴謹性、規范性、科學合理性。從而更大程度地發揮實驗教學的效能，更大程度地促進學生知、情、意、行的協同發展。