重视实验设计 培养学生创新能力

胡和国

1 教学背景

小学科学是一门以观察、实验为基础的学科，是培养学生创新能力的重要途径。学生自行设计实验，制订科学探究计划，体验科学活动的过程和方法，培养良好的科学素养，是小学科学课的重要目标之一。实验设计是实验教学的重要组成部分，实验设计的好坏直接关系到教学的成功与失败。

让学生自行设计实验，制定探究计划，是一种实验前的“动脑”活动。学生在动手实验前，如果没有充分地“动脑”，设计好实验的各个环节，考虑清楚应注意的问题，在实验时，就不可能取得良好的实验效果。学生在课堂上很可能会表现出随意玩弄实验器材，或做一些与教学内容无关的事情，甚至出现教学秩序失控等混乱现象。

在教学中，实验设计是主题，创新是方向。笔者以自己多年来的教学实践经验，就如何指导学生自行设计实验谈一些体会和做法。

2 循序渐进有计划地开展逐步提高学生设计实验的能力

小学生思维发展的特点是从以具体形象为主要形式，逐步过渡到以抽象逻辑为主要形式。根据学生在各个年龄段的思维发展水平，在课堂教学中，教师应该鼓励高年级的学生创新，鼓励学生尝试用不同的思路制订实验计划，并将制订的实验计划相互讨论，鼓励学生修改并完善实验计划。

在学生自行设计实验时，教师要充分相信学生，充分发挥学生的主动性，发挥和培养学生的创造力。锻炼学生的创新意识，注重培养学生解决问题的能力，探索解决问题的方法，从而达到像科学家那样“真刀真枪”地搞科学。

培养学生自行设计实验可分为两个阶段：一是教师指导性设计实验。二是学生独立性设计实验。

2.1 教师指导性设计实验

在中低年级科学课中，由于学生对研究的问题缺乏了解，对科学实验方法、实验常规等还没有掌握，教师采用直接出示实验计划或指导学生制定实验计划的方法，可以降低学习难度。同时向学生示范、渗透、迁移设计实验的方法，让学生在潜移默化中掌握实验设计方法。

在学生学习科学的起步阶段，教师可以把全部实验计划告诉学生，提醒学生在实验中要注意的问题，让学生依据计划进行实验。例如《水位为什么会升高》一课中，教师先演示水的热胀冷缩实验，把烧瓶放人热水中，让学生观察红色液柱的变化，再把烧瓶放入冷水中，让学生观察液柱的变化。让学生分析液柱上升或下降说明了什么？当学生弄清楚水有热胀冷缩的性质后，教师再出示其他液体热胀冷缩的实验装置，让学生自行去实验，发现科学规律。

当学生具备了一定的科学素养后，对所要研究的对象与实验方法有所了解，教师要适时提高设计实验的难度。在科学课教学中，有很多科学实验可以采取这样的教学方法。在教师指导点拨下，充分发挥学生的主动性，激发学生学习科学的兴趣和热情，让学生积极参与，制订出比较科学的实验计划。

例如《摆的秘密》一课，在实验前教师训练学生用秒表计时和正确数摆动的次数，解决学生计时或计数中可能会出现的问题。教师引导学生提出两个研究的问题：“摆动的快慢与摆线的长度有关系吗”和“摆动的快慢与摆锤的轻重有关系吗”。让学生自行设计实验，并提醒学生实验时应该注意哪些实验条件可以改变，哪些实验条件不能改变。

2.2 学生独立性设计实验

这主要在高年级进行，是在学生具备良好的科学素养，熟练掌握制订实验计划能力后开展的教学活动。这种教学中教师只提出科学问题或说明活动要求，是一种开放式的探究，学生需要自己去选择实验方法，独立设计出实验计划。

例如《金属》一课，选取铜丝、铁丝、铝丝各一段，研究它们有哪些共同特点？因为学生对电路、热传导等实验比较熟悉，学生具备了制订研究金属特点实验计划的能力，教师在教学中只需出示实验材料，提出研究的问题，让学生分组自行设计实验，制订实验方案。

3 培养学生自行设计实验的方法

凡事预则立，不预则废。学生自行设计实验，离不开教师的精心指导。教师在备课时，应认真分析每一个可能出现的问题，一步一个脚印，引导学生进行实验设计，让学生逐步掌握实验设计的基本方法。

3.1 提出科学问题猜想和假设可能与哪些因素有关

在实验设计时首先要让学生知道要做什么实验，研究什么问题，并将研究的问题板书在黑板上。例如：《圆珠笔为什么能伸缩》一课，通过让学生玩弄圆珠笔提出科学问题——圆珠笔能很方便地伸缩，这是什么原因？学生将圆珠笔拆开，发现了弹簧。猜想出圆珠笔的伸缩可能与弹簧有关。从而确定实验研究主题是“弹簧为什么能使圆珠笔芯伸缩”。

3.2 在确定实验内容后教师就要引导学生设计实验的过程

例如《水位为什么会升高》一课，在研究气体是否具有热胀冷缩性质的实验时，在教师引导下，学生想出很多实验方法。比如实验方法1：将气球套在烧瓶上，放入热水中，观察气球的变化；放入冷水中，气球又会发生什么变化。实验方法2：将踩瘪的乒乓球放入热水中，观察乒乓球有什么变化。

3.3 确定实验方法和实验材料

小学科学实验中常见的实验方法主要有对比法、观察法、测量法、分类法、控制变量法等。例如气体热胀冷缩实验中气体体积变大和变小是用对比法。研究摆的快慢与摆线的长短、摆锤的轻重等因素是否有关的实验中，用到了控制变量法和测量法。

3.4 考虑注意的问题

当学生明确了实验的基本过程后，往往立刻想动手实验，这时教师要耐心引导学生分析实验中每个环节应该注意什么，例如：安全问题、分工合作问题、实验时要控制哪些条件等。

实验设计不仅仅让学生懂得实验的基本过程，更主要的是让学生亲身经历设计实验的全过程，为学生独立地设计实验打下良好的基础。。

4 培养学生自行设计实验要注意的一些问题

4.1 教师应准备高效的实验材料

直观的、有结构的材料是有效探究活动的基础和保证。教师在设计教学时，对实验材料必须精心准备，既要直观，又要能激发学生的好奇心和兴趣，简单实用，不能花里胡哨，分散学生的注意力。例如在研究摆的秘密的实验中，探究摆锤的轻重和摆动的快慢是否有关系，在摆线上挂上一个小吊桶，在桶中装重物，可以确保摆线的长短不变。

在研究毛细现象的实验中，将两块玻璃片夹在一起将一端插入染成红色的水中，或将饮料管、药用小塑料管、两头断裂的温度计等实验材料的一端同时插入红色水中。学生通过观察后，很快会发现水会沿着缝隙或小孔上升，产生毛细现象的科学结论。

4.2 安排足够的时间让学生自行设计实验

学生在动手实验之前，必须充分动脑，这样才能保证科学探究的有效性。而一堂课只有40 min，所以教师需要科学合理地安排时间，保证学生有足够的时间去设计实验，在学生头脑中形成一个清晰的实验方案后才能动手实验。例如《水力发电站》一课中，研究“水的流量、水流的高度、水流冲击水轮的冲击点等影响水轮转动快慢的因素”3个实验中，如果没有给予学生充足的时间去讨论，设计实验，制定实验方案，使学生弄清楚实验中要注意的问题，弄清楚实验中要保证哪些条件不改变和哪些条件要改变等等问题，而匆忙让学生动手实验，课堂将会是一片混乱，处于无序状态。

4.3 注意教育学生在实验时注意安全

实验时，教师必须提醒学生注意实验安全，防止发生安全事故。教师在课前要做好安全事故应对措施，万一发生事故，能及时处理。例如热胀冷缩的实验中，避免热水和金属球造成烫伤事故，防止酒精灯的不正确使用导致发生火灾或爆裂等事故。

4.4 学生自行设计实验时注意培养学生的团队合作精神

《科学（3～6年级）课程标准》中指出：尊重他人意见，敢于提出不同见解，乐于合作与交流。在教学中倡导小组式合作学习方式，发挥集体智慧，通过小组内讨论、质疑、相互补充，最终在学生头脑中形成完善的实验方案。