例談讓學生自行設計實驗的教學策略

江偉東

在小學科學探究活動中，學生一般要經歷提出問題、猜想、設計實驗、實驗驗證、討論交流、得出結論、應用拓展等環節。其中，“設計實驗”是學生開展實驗探究的依據，也是一種較高認知層面上的探究活動，能夠活躍他們的思維，培養他們的科學探究能力。那么在實際的教學中，教師怎樣激活學生的經驗，鼓勵學生根據實驗的要求大膽地想象，指導學生設計出科學有效的實驗方案呢？

教學片段

教學片段一

師：如果我想在短時間內喝到一杯很甜的糖水，你有辦法讓糖快點溶解嗎？

（學生回答用攪拌、提高水的溫度、使糖的顆粒變細等方法。）

師：大家能設計一個實驗來證明攪拌能加快溶解嗎？

生：攪拌一下，看看是不是會加快溶解的速度。

師：這個方案你同意嗎？（部分學生認為可行。）

師：攪拌一杯糖水你怎么看出它溶解速度加快了呢？

生：那就用兩個杯子對比進行，一杯不攪拌，一杯攪拌。

師：為什么要用兩個杯子，實驗中改變了什么條件，什么條件沒有改變？

生：這樣比較起來更明顯一點，改變了攪拌這個條件，沒有改變的是水的多少、糖的多少、水的溫度，以及同時放入糖、觀察時間一樣。

師：為什么除了攪拌，其他條件不能改變？

生：不公平，因為其他條件可能也會影響實驗結果。

師：像這樣的實驗方法叫作對比實驗，在以后的科學實驗中我們常常會用到。

教學片段二

上課伊始，教師先倒了一杯冷的純凈水，然后把一顆水果糖放入水中。

師：誰能幫老師來試試夠甜了嗎？

生：（試喝后）不甜，沒有味道。

師：水中放入了糖，怎么會不甜呢？

生：糖還沒有完全溶解，所以不甜。

師：請大家幫老師想想辦法，讓我能較快喝到甜甜的糖水。

生：攪拌、換成熱水、使顆粒變細……

師：大家想出了這么多的方法，那這些方法能加快溶解嗎？我們先來驗證一下攪拌能不能加快溶解。

現在老師給大家準備了2個燒杯、2包鹽、1根攪拌棒，一杯攪拌，一杯不攪拌，比一比誰溶解得快？你覺得怎樣比較才公平、公正？

生：要保證同量的水、同量的食鹽、同樣的水溫，還要同時放入鹽，觀察的時間也要一樣。

師：請一位學生將這個實驗過程完整地說一說。

（學生回答。）

師：熱水這個實驗你會設計嗎？比照剛才的方法，應該怎么做？請一名同學試著說說。

在片段一的教學中，雖然師生共同完成了實驗方案的設計，但我們會發現教師在引導過程中比較吃力。對學生來說，在沒有一定的引導基礎上教師直接要求他們設計實驗方案，難度較大，導致他們在設計“攪拌加快溶解”的實驗時回答不夠完整，不能很好地證明攪拌能加快溶解。在這樣的情況下，教師只能再次追問學生，學生才會意識到這個實驗方案的不足之處。

在片段二的教學中，教師通過創設教學情境提供給了學生進行實驗設計的思維支點，在實驗設計過程中，學生舉手積極，發言踴躍。這不僅保障了課堂教學活動的有序開展，使教學過程變得更為簡約高效，更讓我們感受到在設計實驗過程中學生那種樂于設計、樂于探究的興趣。下面筆者結合實際教學，談談如何步步推進、層層深入地引導學生自行設計有效的實驗方案。

問題情境要以指向探究問題為方向，突出重點

在進行實驗設計時，學生如果不知道通過實驗要解決什么問題，那么就沒有行動的方向，設計實驗也就無從談起。所以實驗目的是實驗設計的出發點和歸宿（方向和目標），因而實驗設計訓練首先要讓學生知道實驗想要解決什么問題或看到什么現象。這就要求老師設置的問題情境指向明確，有利于學生產生問題、提出問題，突出教學的重點。

在片段二中，一上課，教師先讓學生來嘗一嘗一杯放入了水果糖的純凈水，這樣的情境是學生生活中常見的，并且都想來嘗一嘗，學生探究的熱情馬上被調動起來了。但學生嘗了后說“不甜，沒有味道”，這就引起了他們思維上的沖突。問題出來了，教師就可以順勢提問：如果我想在短時間內喝到一杯很甜的糖水，你有辦法讓糖快速溶解嗎？這個問題又激起了學生對已有生活經驗的回顧，他們在輕松和諧的氛圍中做好了情緒和知識等方面的準備，并對怎樣使水果糖溶解得快點提出了各種猜想，自然地進入了學習狀態。這一問題情境創設的策略旨在鼓勵學生大膽作出猜想，積極參與教學過程，更為了讓學生明確自己后面要實驗的目的是什么。

設計目標要以接近學生認知為基礎，突出定位

課程標準要求學生能根據假想答案制訂簡單的科學探究活動計劃——設計實驗方案。由于學生的學習能力不同，教師對于學生設計實驗的能力目標可以不同。低年級教學，主要以讓學生進行觀察、提高觀察能力為主，對他們設計實驗方案的要求，只限在教師的引導下能夠發散思維，在師生、生生交流中制訂實驗方案。對于中年級學生來說，學生對于科學探究有了一定的了解，并具備一定的探究能力，對他們設計實驗方案的要求是，可以在充分交流的基礎上，再以小組為單位合作制訂。高年級學生經過較長時間的學習和鍛煉，對他們設計實驗方案的要求是，可以先讓學生自主嘗試制訂，再合作完成。所以，在實際教學中對于設計實驗方案這一能力目標，教師需要根據不同年級的學生準確定位，如果隨意拔高難度，只會挫傷學生的自信心，降低學生的學習興趣。

相對于片段一，片段二優勢在于：根據學生年齡特點，考慮到學生的設計能力，從而適時地出示了有結構的實驗器材，讓學生通過觀察器材以及思考探究問題來設計實驗方案。這樣做降低了難度，讓學生愿意去設計這個實驗方案，擴大參與度的同時增加了他們的主體意識。設計目標的準確定位，會使學生在設計實驗方案的過程中充滿成就感，使他們樂于設計、敢于嘗試設計各種實驗方案。

方案構想要以實現研究目標為關鍵，突出引導

為了使學生的探究活動有序高效地進行，教師應引導學生根據假設以及探究目標制訂合理的實驗方案。那么怎么樣的引導才能激發學生深入思考，調動學生積極的探究欲望呢？教師應該創設有利于探究的生活情境，在情境中確定一個能激活學生科學探究的中心問題，這個中心問題應轉化為多個小問題，而這些小問題不僅要圍繞這個中心問題，還應該具有一定的層次性。

以片段二為例，教師步步推進、層層深入地設計了富有層次性的問題。教師先創設情境問學生“有什么辦法使它快速地溶解在水中”，再問“我們能不能用實驗來驗證一下”，然后圍繞“怎么樣用實驗證明攪拌能夠加快溶解”這個探究問題提出了兩個問題：

第一個引導問題“現在老師給大家準備了2個燒杯、2包鹽、1根攪拌棒，怎么證明攪拌能加快溶解”，主要讓學生說出這個實驗的操作方法，因為這是一個對比實驗，不僅要考慮到實驗組與對比組中變化的量，還要考慮到控制其他因素不變。

第二個引導問題“你覺得怎樣比才能公平公正”，使整個實驗方案更加合理、更加具體，讓學生掌握了設計對比實驗的方法。這些有層次性的問題容易激發學生的求知欲，使設計實驗方案這一過程得以順利進行，也使學生變得愿意去設計，樂于在教師的引導下去思考，逐步學會自主設計實驗方案。

方案完善要以傾聽、交流為基礎，突出嚴謹

學生提出的實驗方案，還須不斷地進行完善，使方案更加科學嚴謹。這時教師要創設一個開放、民主的和諧環境，使生生、師生之間更好地交流。在交流中，傾聽尤為重要，只有在認真傾聽中才能知道別人的回答是怎么樣，自己需要思考什么，應該如何補充別人的回答等。

實驗方案是在不斷交流中完善的，沒有良好的傾聽，隨意發表自己的言論，只會使設計實驗方案環節難以進行，導致課堂教學低效，甚至無效。所以，教師要創設一個學生傾聽、交流的環境，從而不斷完善自己的方案。