重视实验设计能力的培养

何小芳

摘要：实验课是小学科学教学中的一项重要内容，实验又是科学探究的一种重要手段。但在日常教学实施过程中，如果我们细心观察，用心关注，不难发现：往往在实验过程中，或是小组内个别成员充当主角，更多的为看客;或是操作混乱一片，没有秩序;或是茫茫然，不知所措;或是步骤颠倒，不重细节，不善观察……分析其中缘由，我们可以得出这样的结论：问题绝大部分还是出在动手前，学生往往对研究对象和研究目的还比较模糊，学生对所研究问题的理解缺乏深刻性，对设计的实验方案缺少必要的再思考。

关键词：探究性主题;精心设计;观察分析;展开互动;数据收集;交流反思

实验课中“做”是核心，“学”是目的，做好实验的前提和基础应是对实验方案的有效设计。在具体的实验教学中，如何培养小学生实验设计能力，已成为科学课上刻不容缓的话题。

一、明确研究对象，清晰目的

爱动手是学生的天性，但我们也往往看到当学生看到实验桌上的实验器材时，表现得异常兴奋，迫不及待想动手，而一旦动手，却没有几个学生能按照实验要求和步骤进行有序操作，更是把实验目的抛到了九霄云外。实验的结果当然不如人意，实验操作杂乱无章，现象的观察无指向性，实验数据多为无效数据或学生根本不及时对数据进行收集和整理，最后也就无法得出正确的实验结论。如何有效地避免学生实验的盲目性呢？我认为关键应让学生在实验前，首先明确研究的对象和目的，即“研究什么？”“为什么研究？”等问题，也只有在此基础上，才能更好地引导学生有针对性地设计实验方案，并根据方案进行有序操作和实验现象的观察。如在《研究磁铁》一课中，为使探究主题化，我将教材内容作了整合，开发了《指南针的奥秘》一课。当学生将磁针悬挂在支架上让其自由转动，最后静止，学生意外地发现所有小组的磁针两端朝向相同。随之自然而然地产生了一个探究性主题：“为什么磁针停止转动后，N极朝北，S极朝南？”学生根据已有经验和知识，提出了许多假设，其中就有提及“地磁场”的。然后我就顺理成章地拿出一块较大的条形磁铁，问：“在研究中，这块大磁铁可以用来干嘛？”引导学生分组讨论，设计实验方案，再进行集体交流，在整个过程中，我以“你们这样设计，这块条形磁铁其实模拟的是什么？”“实验中，如果我们看到怎样的现象，就证明了我们的观点？”等不同的问题，始终提醒学生围绕研究问题进行实验的设计和思考。课堂呈现的效果表明，当学生静下心来，在明确探究的对象和主题的前提下，才能精心设计实验方案，也才能更专注地更有针对性地观察和分析实验现象。本节课不仅让学生亲历了从提出问题，到作出合理假设，再到亲自设计实验方案，实验验证的科学探究的全过程，对“磁极间的相互作用”“地磁场”“指南针的原理”有了清晰的认识，更让学生深刻感受到只有紧紧围绕探究主题进行的实验设计及其思考和操作才是有效的。

二、合理引导方法，趋向完善

面对一个探究性问题，特别是学生看到实验桌上摆放的若干有结构的材料，大多学生都能基于自己的能力和水平想到一个初步的实验方案，但该方案可能是错误的，也可能是不成熟的，但是我们都应竭力尊重和呵护学生的原创思维，并在此基础上，不断提升学生思维的深刻性、灵活性等品质，同时促使学生逐渐养成在形成初始实验方案的基础上不断进行再思考的好习惯。当然这不是一朝一夕的事，而是一个循序渐进的过程。教师在其过程中不断引导，潜移默化渗透方法就尤为重要。如《土壤里有什么》这一课，在执教的第一个班上，我出示实验要求：将土壤放入水中、搅拌、静置后，观察分别出现哪些现象？分析土壤里有哪些物质？结果孩子们一下子动起了手，拼命地在烧杯中搅拌土壤，根本不能静下心来仔细观察现象。汇报过程中，孩子们只能说出“水变浑了”“水面出现了一些枯枝烂叶”等一些浅层次的实验现象或观察结果。实验效果完全背离了实验目的。于是我及时进行反思，在平行班里，改变策略，让学生先预测“如果把土壤放到水中，可能会看到怎样的现象？”“搅拌之后呢？”“最后，让我们静静地把土壤放在一旁，又可能出现怎样的现象？”将一个问题转化为三个问题，不仅有效地引导学生根据已有生活经验对实验现象作出合理假设，在实验还没开始前，即对实验过程呈现类似于“放电影式”的展望和想象，更是对学生操作步骤的有效指导。结果，学生不仅能按步骤进行有序还能进行有效讨论，如看到搅拌后水面出现白色泡沫，就有学生提出问题：这白色泡沫是什么？怎么会出现在土壤里？当出现沉淀现象时，就有学生发现“好像沉淀下来的土壤出现了分层现象，每一层的颗粒大小也有所不同。”能呈现这样的课堂效果，我想只有在学生明确了实验操作步骤，并清晰实验观察点后才能实现。也只有经过这样的训练，学生才能在实验设计过程中做到操作路径清晰，实验操作中有条不紊，并注重观察实验现象及实验数据的收集和整理。

三、巧用设计图示，显性思路

在实验方案设计中，我们发现大部分学生有自己的想法，但却很少有学生主动大胆地愿意交流自己的想法。归其原因，无外乎有三：第一，缺乏自信，害怕出错，引发他人的嘲笑;第二，受语言表达能力欠缺或器材名称不熟或操作流程较复杂等原因，难以表述清楚;第三，思路混乱，没有理清表达顺序。那用图示法帮助学生理清思路，用图文结合的方式呈现自己的方案设计，是一种较好的方法。如在研究“冷和热对物体的影响”中，先出示固体体胀实验材料——铜球和铁环，并演示自然状态（常温）下铜球和铁环之间的关系——正好顺利通过。然后引导学生画出在其受热（酒精灯加热）和遇冷（冷水冷却）后可能出现的现象，以简单的图示描述自己的假设和实验方案。在交流过程中，因为有了直观形象的图示，不仅给予交流的学生表达中的提示，顺利完成实验方案的交流，还给予其他同学视听觉的冲击，更易理解交流者的研究思路和实验步骤。

四、及时交流反思，完善方案

在学生分组制订研究计划时，尽管学生群策群力，努力呈现集体的智慧，但往往实验方案是不完整、不系统的，依然处于“幼稚雏形”阶段，所以在小组代表交流完实验方案后，我还引导学生以“对我们小组的实验方案，大家有其他的想法或建议吗？”的方式展开互动，其目的在于：其一，促使其他学生能认真倾听，尊重交流小组的智慧成果，并带着积极主动思维的大脑对待他组的交流;其二，通过有效互动，对实验方案提出修改、补充建议，使实验方案更加完善，更是对学生思维品质的一种有效培养。在研究“斜面是否省力？”这一问题过程中，当一个小组交流完实验方案后，便征求其他同学的意见，就有同学提出许多质疑或建设性意见，如：为什么要将木块直接上提和放在斜面上向上拖拉所用力的大小作比较？木块在空气中运动和在全面上运动所产生的摩擦力大小是不同的，摩擦力的大小是否应考虑？在实验中，如果增设不同坡度的斜面，那样通过实验，我们不仅能得出斜面是否省力，还能知道斜面坡度大小与省力之间的关系……通过全班的交流研讨活动，使学生的思维互相启发，互相补充，填补他们思维的“空白”，使实验方案更趋于完善。

当然，培养学生实验设计能力的方法和途径还有许多，我们应根据实验本身的特点和类型，学生的认知基础和能力水平，遵循螺旋上升的原则，在日常教学中有目的有针对性地加强指导和训练，才能有效提高学生实验设计能力，也才能保证实验过程的严谨性、规范性、科学合理性。从而更大程度地发挥实验教学的效能，更大程度地促進学生知、情、意、行的协同发展。