例谈让学生自行设计实验的教学策略

江伟东

在小学科学探究活动中，学生一般要经历提出问题、猜想、设计实验、实验验证、讨论交流、得出结论、应用拓展等环节。其中，“设计实验”是学生开展实验探究的依据，也是一种较高认知层面上的探究活动，能够活跃他们的思维，培养他们的科学探究能力。那么在实际的教学中，教师怎样激活学生的经验，鼓励学生根据实验的要求大胆地想象，指导学生设计出科学有效的实验方案呢？

教学片段

教学片段一

师：如果我想在短时间内喝到一杯很甜的糖水，你有办法让糖快点溶解吗？

（学生回答用搅拌、提高水的温度、使糖的颗粒变细等方法。）

师：大家能设计一个实验来证明搅拌能加快溶解吗？

生：搅拌一下，看看是不是会加快溶解的速度。

师：这个方案你同意吗？（部分学生认为可行。）

师：搅拌一杯糖水你怎么看出它溶解速度加快了呢？

生：那就用两个杯子对比进行，一杯不搅拌，一杯搅拌。

师：为什么要用两个杯子，实验中改变了什么条件，什么条件没有改变？

生：这样比较起来更明显一点，改变了搅拌这个条件，没有改变的是水的多少、糖的多少、水的温度，以及同时放入糖、观察时间一样。

师：为什么除了搅拌，其他条件不能改变？

生：不公平，因为其他条件可能也会影响实验结果。

师：像这样的实验方法叫作对比实验，在以后的科学实验中我们常常会用到。

教学片段二

上课伊始，教师先倒了一杯冷的纯净水，然后把一颗水果糖放入水中。

师：谁能帮老师来试试够甜了吗？

生：（试喝后）不甜，没有味道。

师：水中放入了糖，怎么会不甜呢？

生：糖还没有完全溶解，所以不甜。

师：请大家帮老师想想办法，让我能较快喝到甜甜的糖水。

生：搅拌、换成热水、使颗粒变细……

师：大家想出了这么多的方法，那这些方法能加快溶解吗？我们先来验证一下搅拌能不能加快溶解。

现在老师给大家准备了2个烧杯、2包盐、1根搅拌棒，一杯搅拌，一杯不搅拌，比一比谁溶解得快？你觉得怎样比较才公平、公正？

生：要保证同量的水、同量的食盐、同样的水温，还要同时放入盐，观察的时间也要一样。

师：请一位学生将这个实验过程完整地说一说。

（学生回答。）

师：热水这个实验你会设计吗？比照刚才的方法，应该怎么做？请一名同学试着说说。

在片段一的教学中，虽然师生共同完成了实验方案的设计，但我们会发现教师在引导过程中比较吃力。对学生来说，在没有一定的引导基础上教师直接要求他们设计实验方案，难度较大，导致他们在设计“搅拌加快溶解”的实验时回答不够完整，不能很好地证明搅拌能加快溶解。在这样的情况下，教师只能再次追问学生，学生才会意识到这个实验方案的不足之处。

在片段二的教学中，教师通过创设教学情境提供给了学生进行实验设计的思维支点，在实验设计过程中，学生举手积极，发言踊跃。这不仅保障了课堂教学活动的有序开展，使教学过程变得更为简约高效，更让我们感受到在设计实验过程中学生那种乐于设计、乐于探究的兴趣。下面笔者结合实际教学，谈谈如何步步推进、层层深入地引导学生自行设计有效的实验方案。

问题情境要以指向探究问题为方向，突出重点

在进行实验设计时，学生如果不知道通过实验要解决什么问题，那么就没有行动的方向，设计实验也就无从谈起。所以实验目的是实验设计的出发点和归宿（方向和目标），因而实验设计训练首先要让学生知道实验想要解决什么问题或看到什么现象。这就要求老师设置的问题情境指向明确，有利于学生产生问题、提出问题，突出教学的重点。

在片段二中，一上课，教师先让学生来尝一尝一杯放入了水果糖的纯净水，这样的情境是学生生活中常见的，并且都想来尝一尝，学生探究的热情马上被调动起来了。但学生尝了后说“不甜，没有味道”，这就引起了他们思维上的冲突。问题出来了，教师就可以顺势提问：如果我想在短时间内喝到一杯很甜的糖水，你有办法让糖快速溶解吗？这个问题又激起了学生对已有生活经验的回顾，他们在轻松和谐的氛围中做好了情绪和知识等方面的准备，并对怎样使水果糖溶解得快点提出了各种猜想，自然地进入了学习状态。这一问题情境创设的策略旨在鼓励学生大胆作出猜想，积极参与教学过程，更为了让学生明确自己后面要实验的目的是什么。

设计目标要以接近学生认知为基础，突出定位

课程标准要求学生能根据假想答案制订简单的科学探究活动计划——设计实验方案。由于学生的学习能力不同，教师对于学生设计实验的能力目标可以不同。低年级教学，主要以让学生进行观察、提高观察能力为主，对他们设计实验方案的要求，只限在教师的引导下能够发散思维，在师生、生生交流中制订实验方案。对于中年级学生来说，学生对于科学探究有了一定的了解，并具备一定的探究能力，对他们设计实验方案的要求是，可以在充分交流的基础上，再以小组为单位合作制订。高年级学生经过较长时间的学习和锻炼，对他们设计实验方案的要求是，可以先让学生自主尝试制订，再合作完成。所以，在实际教学中对于设计实验方案这一能力目标，教师需要根据不同年级的学生準确定位，如果随意拔高难度，只会挫伤学生的自信心，降低学生的学习兴趣。

相对于片段一，片段二优势在于：根据学生年龄特点，考虑到学生的设计能力，从而适时地出示了有结构的实验器材，让学生通过观察器材以及思考探究问题来设计实验方案。这样做降低了难度，让学生愿意去设计这个实验方案，扩大参与度的同时增加了他们的主体意识。设计目标的准确定位，会使学生在设计实验方案的过程中充满成就感，使他们乐于设计、敢于尝试设计各种实验方案。

方案构想要以实现研究目标为关键，突出引导

为了使学生的探究活动有序高效地进行，教师应引导学生根据假设以及探究目标制订合理的实验方案。那么怎么样的引导才能激发学生深入思考，调动学生积极的探究欲望呢？教师应该创设有利于探究的生活情境，在情境中确定一个能激活学生科学探究的中心问题，这个中心问题应转化为多个小问题，而这些小问题不仅要围绕这个中心问题，还应该具有一定的层次性。

以片段二为例，教师步步推进、层层深入地设计了富有层次性的问题。教师先创设情境问学生“有什么办法使它快速地溶解在水中”，再问“我们能不能用实验来验证一下”，然后围绕“怎么样用实验证明搅拌能够加快溶解”这个探究问题提出了两个问题：

第一个引导问题“现在老师给大家准备了2个烧杯、2包盐、1根搅拌棒，怎么证明搅拌能加快溶解”，主要让学生说出这个实验的操作方法，因为这是一个对比实验，不仅要考虑到实验组与对比组中变化的量，还要考虑到控制其他因素不变。

第二个引导问题“你觉得怎样比才能公平公正”，使整个实验方案更加合理、更加具体，让学生掌握了设计对比实验的方法。这些有层次性的问题容易激发学生的求知欲，使设计实验方案这一过程得以顺利进行，也使学生变得愿意去设计，乐于在教师的引导下去思考，逐步学会自主设计实验方案。

方案完善要以倾听、交流为基础，突出严谨

学生提出的实验方案，还须不断地进行完善，使方案更加科学严谨。这时教师要创设一个开放、民主的和谐环境，使生生、师生之间更好地交流。在交流中，倾听尤为重要，只有在认真倾听中才能知道别人的回答是怎么样，自己需要思考什么，应该如何补充别人的回答等。

实验方案是在不断交流中完善的，没有良好的倾听，随意发表自己的言论，只会使设计实验方案环节难以进行，导致课堂教学低效，甚至无效。所以，教师要创设一个学生倾听、交流的环境，从而不断完善自己的方案。