馮建方

摘 要：小學(xué)科學(xué)課學(xué)生實驗設(shè)計能力是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，也是實現(xiàn)科技創(chuàng)新的重大前提?？茖W(xué)課堂教學(xué)中，很多探究實驗前都要有一個完整的實驗設(shè)計方案或設(shè)想。經(jīng)過多年科學(xué)課的教學(xué)實踐，做了大量的科學(xué)調(diào)查、分析，對培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力進行了嘗試研究。

關(guān)鍵詞：實驗設(shè)計；能力；課程理念；科學(xué)素養(yǎng)

近年來，大家開始側(cè)重讓學(xué)生進行實驗設(shè)計，考查學(xué)生的實驗?zāi)芰?、思維能力和創(chuàng)新能力，以及進行科學(xué)實驗的思想和方法。在日?？茖W(xué)課堂教學(xué)中，部分的實驗教學(xué)雖然重視培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰?，但一部分教師把實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)等同于單一的實驗操作技能的培養(yǎng)，很少讓學(xué)生獨立進行實驗設(shè)計，或者說實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)缺乏系統(tǒng)性。培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力是減輕學(xué)生負擔(dān)、提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、提升科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。

一、現(xiàn)狀分析

在小學(xué)科學(xué)課堂中，學(xué)生普遍存在實驗設(shè)計能力不強的問題，究其原因，主要存在于以下幾個方面。

1.科學(xué)教師師資問題制約著實驗教學(xué)

在小學(xué)，首先要保證語數(shù)外三門主課的師資；其次要保證音體美三門專業(yè)性較強的副課的師資；而科學(xué)、思想品德這幾門被認為專業(yè)性不強的“副課”，50%～70%由主課教師兼職，部分學(xué)校專職科學(xué)的教師偏少。兼職教師精力有限，在科學(xué)知識、科學(xué)技能等方面并不是很專業(yè)，因此在教學(xué)中，這部分教師更關(guān)注結(jié)果，而不注重探究的過程，更不會去培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力。

2.科學(xué)教師課程理念沒有完全轉(zhuǎn)變

對教師而言，課堂教學(xué)就必須給學(xué)生自由的空間，依據(jù)學(xué)生的志趣、才能、資質(zhì)和特長，尊重學(xué)生個體的差異性、獨特性、創(chuàng)造性，鼓勵學(xué)生自由探索，大膽猜測，大膽質(zhì)疑，敢于發(fā)表不同意見，甚至是異想天開。但很大一部分教師還沒有完全擺脫“以知識為中心”的課程觀念的束縛，還沒有完全建立以全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的教學(xué)觀念。因此，在課堂中，實驗教學(xué)往往匆匆而過，實驗設(shè)計等不到關(guān)注。

3.學(xué)生實驗訓(xùn)練時間得不到保證

實驗設(shè)計包括提出問題、作出假設(shè)、制定計劃、實施計劃、得出結(jié)論、表達與交流等方面，過程長環(huán)節(jié)多。科學(xué)學(xué)科在小學(xué)階段每周只有2～3課時，一節(jié)課留給實驗探究環(huán)節(jié)的時間并不是很多，老師在上課時要求學(xué)生在較短時間內(nèi)完成，有時教師為了得到正確結(jié)論，不愿花費很多時間讓學(xué)生自己去設(shè)計，大多時候是模仿做一下算了，得到結(jié)論就可以了。這樣一來，實驗教學(xué)經(jīng)常匆匆而過，學(xué)生的實驗設(shè)計能力自然難以提高。

4.學(xué)生缺少實驗成功的體驗

良好的學(xué)習(xí)環(huán)境要為學(xué)生創(chuàng)造成功的機會，培養(yǎng)成功心理，讓學(xué)生多點成功的體驗，減少失敗的負面影響，鼓勵進步，增強信心。但目前的教學(xué)環(huán)境下，部分老師有一種誤解，經(jīng)常要求實驗設(shè)計面面俱到，學(xué)生很難取得成功、很難獲得老師的表揚。長此以往，在多次失敗的打擊下，學(xué)生就會對實驗設(shè)計產(chǎn)生厭倦、害怕甚至對抗的心理。在這種消極情緒的支配下，又怎能提高學(xué)生設(shè)計科學(xué)實驗的能力呢？

二、培養(yǎng)策略

學(xué)生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)是一個長期的過程，教師要轉(zhuǎn)變自己的課程觀念，明確培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力的重要性，把新的課程觀念轉(zhuǎn)化成教學(xué)行為。筆者經(jīng)過多年的實踐，總結(jié)了一些經(jīng)驗，認為培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力可以從以下幾個方面進行。

策略一：學(xué)會提出問題和確立目標

1.問題意識

要培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計實驗方案，教師首先要學(xué)會如何通過適當?shù)那榫?、矛盾的沖突、知識的遷移等形式，啟發(fā)學(xué)生敢于質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)問題的習(xí)慣，讓學(xué)生敢問、愿問、會問，提出的問題有科學(xué)性、研究性。

如，教學(xué)“空氣中有什么”，上課時教師點燃蠟燭，并用空杯子倒扣使它慢慢地熄滅，讓學(xué)生認真觀察這一過程，并思考：“對剛才的現(xiàn)象有問題嗎？”學(xué)生紛紛舉手：“蠟燭為什么會熄滅？蠟燭為什么是慢慢熄滅，而不是一下子熄滅？”他們七嘴八舌，很想通過實驗來解決問題。這樣一來，有了問題就有了解決問題的欲望，就想設(shè)計一個實驗來做給大家看。在實驗過程中，學(xué)生又會產(chǎn)生新的問題：“水為什么會上升？燃燒用去了多少氣體？”

2.目標意識

實驗?zāi)繕耸菍嶒灥某霭l(fā)點，也是實驗的最終歸宿。沒有明確的實驗?zāi)繕?，實驗教學(xué)成了無本之木，難以達到預(yù)期的效果。在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生對所提出的問題進行比較和評價，從而篩選出有價值的問題，使后續(xù)的猜想與假設(shè)有明確的對象和目標。

如，在教學(xué)“空氣中有什么”時，當學(xué)生看到教師的演示實驗，把空杯子倒扣在蠟燭上，蠟燭慢慢熄滅，學(xué)生提出了很多問題，其中很多問題和今天上課的內(nèi)容一下子聯(lián)系不起來，教師可以接著啟發(fā)學(xué)生：“有辦法使蠟燭不熄滅嗎？”有學(xué)生說：“把杯子稍微抬高一點，讓空氣流進去？”還有學(xué)生說：“在杯子頂部鉆個小孔?！苯處熆梢砸龑?dǎo)：“你們認為蠟燭燃燒和空氣有關(guān)嗎？空氣能幫助蠟燭燃燒嗎？空氣中到底有什么呢？”這樣一來，大家目標就很一致了，學(xué)生探究欲望也被激發(fā)了。

策略二：學(xué)會文本的“學(xué)習(xí)”和“模仿”

1.解讀文本

現(xiàn)行的小學(xué)科學(xué)教材有著大量的文本信息，同時還有各種插圖。如何有效地處理這些文本信息直接關(guān)系到學(xué)生對科學(xué)知識的接收、吸收、消化與運用。文本信息處理得當，科學(xué)課堂如虎添翼。

學(xué)生首先要“學(xué)習(xí)”教材中蘊含的大量有關(guān)實驗設(shè)計的背景材料內(nèi)容。學(xué)習(xí)和解讀科學(xué)家們是如何發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題的，是如何選擇實驗材料、提出假設(shè)、設(shè)計實驗、作出預(yù)期、得出結(jié)論的，從而激發(fā)學(xué)生探索生命科學(xué)的興趣，在輕松愉快的觀察過程中既掌握了知識、領(lǐng)悟了科學(xué)的思想觀念，又學(xué)習(xí)了科學(xué)工作的方法和技能，為實驗設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。

2.模仿文本

人們的大量行為都是通過模仿而習(xí)得的。模仿學(xué)習(xí)是小學(xué)生學(xué)會探究性實驗的第一步。由于小學(xué)生各方面的能力都不強，當學(xué)生學(xué)習(xí)完課本中科學(xué)家們某個探索性實驗后，教師就應(yīng)該提出一些類似的問題，鼓勵學(xué)生運用領(lǐng)悟的科學(xué)探究過程和方法；模仿科學(xué)家選材、安排實驗步驟、做出假設(shè)、預(yù)期、分析實驗現(xiàn)象、得出實驗結(jié)論、表達和交流。

如，在“小車的運動”一課中就安排了學(xué)生模仿設(shè)計實驗方案的練習(xí)。課本提出“一輛載重車行駛的速度與哪些因素有關(guān)？”讓學(xué)生猜想，學(xué)生提出各自的猜想，有的說：“與汽車拉力的大小有關(guān)?！庇械恼f：“與路面的好壞有關(guān)?！庇械恼f：“與輪子的多少有關(guān)?！睂W(xué)生的猜想很多。教材設(shè)計了“用小車做實驗，驗證我們的假設(shè)”的實驗方案，如下：課本提供的范本實驗方案：

研究“小車運動的速度與什么因素有關(guān)”實驗方案

問題：小車運動的速度與什么因素有關(guān)？

假設(shè)：與拉力大小有關(guān)。拉力越大，走得越快；拉力越小，走得越慢。

保持不變的是：

需要改變的是：

實驗設(shè)計與記錄：

結(jié)論：

這是一個很好的實驗方案，為學(xué)生自主模仿設(shè)計實驗方案提供了范本。

策略三：加強有效訓(xùn)練，夯實實驗基礎(chǔ)

1.遷移訓(xùn)練——樹立實驗設(shè)計信心

課本實驗是學(xué)生既熟悉又親切的知識，師生在完成課本實驗后可靈活地改變實驗的某個條件，讓學(xué)生模仿課本實驗的程序進行簡單的實驗設(shè)計，使學(xué)生從中獲得成功感，增強對實驗設(shè)計的興趣。這樣遷移課本實驗設(shè)計原理，滲透實驗設(shè)計的策略，可以幫助學(xué)生樹立實驗設(shè)計的自信心。

如五年級上冊“種子發(fā)芽實驗（一）”一課中，在“設(shè)計種子發(fā)芽實驗”這個環(huán)節(jié)，書本中有一個完整的實驗方案“綠豆種子發(fā)芽是否需要水”，不同層次的學(xué)生可以模仿書本中的方案進行實驗探究。在這篇課文中有這么一段話“在種子發(fā)芽需要的條件中，光、溫度、水等三個條件，適合我們進行實驗研究。選擇其中的一個條件，設(shè)計實驗檢驗我們的猜測?！碑攲W(xué)生理解并會做書本中關(guān)于“種子發(fā)芽是否需要水”的實驗后，他可以馬上遷移到“種子發(fā)芽是否需要陽光”“種子發(fā)芽是否需要溫度”等實驗，這樣學(xué)生會非常順利設(shè)計出新的實驗方案，給自己樹立了信心。

2.重點訓(xùn)練——明確實驗設(shè)計思路

一個完整的實驗探究過程包括以下六個環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題、提出假說、實驗設(shè)計、實驗實施、推導(dǎo)結(jié)論和運用結(jié)論。在這六個環(huán)節(jié)中實驗設(shè)計是聯(lián)系問題和結(jié)論的必經(jīng)橋梁。教師定期用一個范例實驗詳細重點訓(xùn)練設(shè)計思路，以點帶面。

因此，我們可以在每冊教材中選擇一篇課文進行重點訓(xùn)練，讓學(xué)生更加明確實驗探究的六個基本環(huán)節(jié)。如：四年級上冊可以選擇“溶解的快與慢”，四年級下冊的“面包發(fā)霉了”，五年級上冊的“運動和摩擦力”，五年級下冊的“下沉的物體會受到水的浮力嗎”，六年級上冊的“電磁鐵的磁力”，六年級下冊的“小蘇打和白醋的變化”。這些課文中都有典型的實驗設(shè)計，學(xué)生通過教師專業(yè)系統(tǒng)的重點訓(xùn)練，確保足夠的時間，耐心指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，讓學(xué)生明確整個實驗流程。

3.專題訓(xùn)練——增強實驗設(shè)計的靈活性

當學(xué)生明確了實驗設(shè)計的基本原則和思路之后，一定數(shù)量的設(shè)計練習(xí)是必要的，它可培養(yǎng)學(xué)生綜合處理信息的能力、邏輯思維能力以及語言文字的表達能力等，提高學(xué)生對實驗設(shè)計題的應(yīng)答準確性。為了使學(xué)生更好地掌握實驗設(shè)計的方法，提高運用知識解決問題的能力，可以按照實驗設(shè)計題的類型采用專題訓(xùn)練的做法。

因此，除了教材中實驗訓(xùn)練外，我們還可以選擇課外的一些小實驗，加強學(xué)生設(shè)計實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。如：A筷子的神力思考：把一根筷子插入裝著米的杯子中，然后將筷子上提，筷子會把米和杯子提起嗎？B瓶子賽跑思考：裝有沙子和裝有水的兩個同等重量的瓶子從一個高度滾下來，誰先到達終點？C漂浮的針思考：針為什么會浮在水面上？選擇一些課本中沒有的實驗或現(xiàn)象，讓學(xué)生利用原有的知識和課堂上學(xué)到的實驗設(shè)計等方法，讓學(xué)生嘗試能否解決生活中的一些現(xiàn)象，能否學(xué)以致用，從而更加靈活多變地掌握、熟悉實驗設(shè)計的思路。

策略四、適時開放實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新能力（略）

1.改變條件演繹新實驗

2.改變器材演繹新實驗

3.改驗證性為探索性實驗

小學(xué)生的科學(xué)實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)是一個長期的過程。能力的形成是經(jīng)過長期反復(fù)實踐逐步形成的，學(xué)生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的。相信經(jīng)過全體科學(xué)老師的辛勤工作，學(xué)生實驗設(shè)計能力培養(yǎng)的大膽探索與實踐，學(xué)生的實驗設(shè)計能力會得到大幅提高，學(xué)生的思維能力和動手能力也將得到極大發(fā)展。

參考文獻：

[1]教育部基礎(chǔ)教育司.科學(xué)（3—6年級）課程標準解讀[M].湖北教育出版社，2002-07.

[2]馬建華.新課程理念下的有效教學(xué)行為研究[M].陜西師范大學(xué)出版社，2004.

[3]方紅常，利梅.科學(xué)教學(xué)實施指南[M].華中師范大學(xué)出版社，2003-04.

[4]林玉華.試論大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)教育在我國可能存在的問題[J].科學(xué)決策，2008（12）.

[5]李玉新.課程背景下中小學(xué)教師專業(yè)素質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查[J].繼續(xù)教育研究，2009（9）：129-132.

編輯 李博寧