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)際問題的能力。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程,學(xué)生會(huì)明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求、原理,清晰?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?,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)P?、?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?;三是?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?。要完成這一步,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?。第三步引?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;二是用來搭放石膏棒的物體可以用身邊常見的兩張課桌(或者兩摞磚等),兩桌之間離開適當(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)過逐步的邏輯推理,最后達(dá)到待證結(jié)論或需求問題,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?;二是分析?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,過一會(huì)勺柄為什么會(huì)熱?”這個(gè)問題時(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?。第二步引?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顯示熱傳遞路徑的,屬于熱指示。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過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)使用過的實(shí)驗(yàn)?zāi)P?。第二步,引?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),并通過修改不同點(diǎn)設(shè)計(jì)出新實(shí)驗(yàn)?zāi)P?。這兩個(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〕