例谈实验探究类活动的设计与实施——以推荐活动“豆芽的无土栽培”和“制作酸奶”为例

文∣李万涛 曾晓华

“实验考察探究”是2017年教育部颁布的《中小学综合实践活动课程指导纲要》指定的四类主要活动方式之一，也是综合实践活动课程研究性学习的重要领域。实验探究类综合实践活动如何进行教学设计？如何实施？下面以六年级“无土栽培”推荐活动“豆芽的无土栽培”和五年级“微生物的妙用”推荐活动“制作酸奶”为例，探讨设计和实施意见，供其他指导教师参考。

一、实验探究活动的设计

科学实验的主要特征是以实验数据或其他证据为基础，运用各种信息分析手段和逻辑推理得出实验结论。小学生实验探究通常是提出问题、合理假设、设计实验、获取事实与证据、分析论证、得出结论、表达交流和反思评价。

(一)观察并提出问题

科学问题的提出通常是基于生活的观察和学生已有的科学常识。例如六年级上学期“无土栽培”推荐活动“豆芽的无土栽培”。无土栽培技术是一种不用天然土壤做基质，选用其他非土壤的物质做育苗基质来固定植物，让植物根系直接接触营养液，培养植物，以完成植物整个生命周期的栽培技术。学生已经知道植物生长的条件是阳光、空气、土壤、适量的水以及适宜的温度。其中，土壤内包含微生物、矿物质、水、空气等，在植物生长发育过程中起着关键的作用。该活动中有关无土栽培的研究问题可以从以下几个问题推选。

(1)运用无土栽培，我们可以在家种植出豆芽吗？

(2)家里种植的豆芽和市场销售的豆芽谁更绿色健康？

(3)光线会不会对豆芽的生长有影响？

(4)不使用违禁品的情况下，如何培养出胖嫩豆芽？

(二)合理假设，设计实验方案

提出假设并不困难，关键是给出科学合理的假设，并设计出具有操作性的实验方案。

针对研究问题“运用无土栽培，我们可以在家种植出豆芽吗”，我们可以做出“没有土壤，我们一样可以在家种植豆芽”的假设，或是其他假设。

设计科学实验必须了解实验研究的本质和特性。实验研究是用于探究某一个因素和实验对象关系的。实验者根据研究的目的构建一个适宜的实验环境，在研究的时候做好因素的控制，将要探究的因素和其他可能干扰实验的因素分离，这样得出的结论才更为准确。

实验设计是实验探究重要的环节，好的实验方案直接影响实验的进展和结果。我们研究豆芽，不涉及定植，但涉及短期苗期管理。根据查阅的资料和学过的知识，种子的萌发需要空气、水分和适宜的温度，我们可以认定萌发的时候不需要土壤。“苗期管理是不是一定需要土壤”成为我们研究的重点，于是土壤就是该对比实验中的变量。通过对比萌发好的种子在有土壤和无土壤两种情况下，豆芽的生长情况就能证明假设是否成立。

例如，我们以“没有土壤，我们一样可以在家种植豆芽”为假设，将因变量的实验数据设定为记录豆芽的高度，设计如下实验方案。

(三)实验验证获取证据

实践是检验真理的唯一标准，科学研究需要事实证据。探究实验的核心是实验验证猜想，获取事实证据。实验验证过程将通过对实验环境、实验变量以及实验对象进行控制，使测试的结果更准确、更有说服力。实验验证的过程要遵循“单一变量法”，一组对照实验一次只改变一个变量，最大限度地排除其他变量的干扰。例如豆芽无土栽培实验步骤“选取80粒发芽情况差不多的种子平均分成两组”，使用萌发情况相近的两组黄豆是减少实验误差的重要环节。

“豆芽的无土栽培”实验

获取事实证据的重要环节是做好实验现象和数据的记录。实验记录表格往往使记录的数据更有条理，量化的实验数据更直接地体现自变量对因变量的影响，使实验结果更有说服力，例如将豆芽生长情况量化为豆芽的高度。除了实验记录表以外，我们还可以拍照、绘制变化图、拍视频等。一般建议使用实验记录表和其他方式相结合的记录模式。

(四)结论与解析

实验结论往往不是生搬硬套一句话，更不是教师给出一个标准答案，而是学生通过对自己实验现象的观察、记录、分析而逐渐建构的，是学生深度思考的一个结果，目的是培育学生学会解析事实和推理论证。

例如自养豆芽和市场的豆芽之间可能有很大差别。学生在完成实验后，可以与市场豆芽进行对比，借用测量工具进行数据比较，甚至做成同一道菜对比口感，进而丰富结论。注意结论不是结束，可以是另一个开始。学生分析出区别，解析豆芽不同的原因，借此激发进一步探究营养液的人工配置问题。营养液为植物提供矿物质，促进植物的生长发育，是无土栽培技术的重要组成部分。

(五)交流与改进

交流是为了反思与改进。对小学生而言，实验后的交流是非常重要的环节，它可以帮助小学生既了解自己的实验结果，也了解其他组的，从而更好地理解和掌握实验探究这种学习方式。教师要指导学生对实验探究的整个活动过程进行反思，梳理在实验探究过程中获得的知识，反思其中的问题与不足：哪些操作步骤不科学，哪些方面还能改进。例如：“豆芽的无土栽培”，反思“统一浸泡黄豆”，理解统一浸泡萌发是为了避免因萌发率的不同，影响无土栽培的实验结果；反思“是否避光处理”对豆子生长的影响，感悟欲收获豆苗则不需避光，欲收获豆芽则需避光等。“思考伴成长”指导教师需要及时对学生发表的分享和见解给予肯定，从而激励学生。

二、实验探究类活动实施建议

实验探究活动虽然研究问题千变万化，但其基本方法和步骤是不变的。上述主题的实验探究步骤仅仅是一个案例，具体实施过程还需要注意以下五个问题。

(一)实验选题贴近生活“接地气”

在综合实践活动众多主题中，我们虽然给出了一些实验类的推荐活动，如五年级“微生物的妙用”的“制作酸奶”，六年级的“无土栽培”的“豆芽的无土栽培”等。学生在实际选题时，应根据自己的生活经验和自身的兴趣爱好，自主选择贴近生活、“接地气”的研究问题。

例如主题“无土栽培”，无论是现代农业生产或是居民日常生活，不乏无土栽培技术的运用。从大型商场的景观到马路边的绿化，甚至是餐桌上的农产品，都能看到无土栽培技术的身影。教师可以引导学生有目的走出校园，到市郊的园艺栽培基地，或者是市区超市、农产品市场销售场所，针对“无土栽培产品”进行观察，并针对不同种类、形态的无土栽培现场进行观察。基于学生自身的观察发现，结合季节、天气、学校的实际情况和学生的兴趣爱好，选择自己的实验主题。

(二)活动目标必须融入综合实践活动课程目标

科学实验有其自身规律，但综合实践活动中的科学探究必须体现科学知识的综合应用，提升学生综合素质，发展核心素养这一终极目标。例如五年级“微生物的妙用”推荐活动“制作酸奶”的活动过程包括：首先引导学生观察发现酸奶的成分，提出感兴趣的问题并进行相关假设；然后制订酸奶制作方案、制作酸奶并记录制作过程；在此基础上得出结论并进行解析；再在班级范围内进行交流分享酸奶制作心得；最后再反思酸奶制作过程中遇到的问题与改进办法。整个制作酸奶的活动学生需要灵活应用科学知识，不仅提升了学生对实验探究的理解，也发展了学生的综合素养。

上述每一个活动都是整体探究的一部分，每一个活动的目标都是综合实践活动课程总目标的一部分。例如依据综合实践活动课程目标价值体认、责任担当、问题解决和创意物化四个方面的内容，我们可以把“制作酸奶”的活动目标拟定为以下四个。①通过自己动手制作酸奶、撰写实验报告等活动环节，引导学生初步掌握科学酸奶制作的方法，了解微生物发酵原理，体会实验研究的方法。②在探究微生物的妙用过程中，培养学生对科学实验严谨的态度和实事求是的精神。③通过对市场上酸奶的调查、小组实验、与同学分享自制酸奶、交流体会等活动环节，提升学生的观察能力、合作能力和沟通能力。④设计并制作出时尚创意的酸奶料理，培养学生创新意识和动手物化能力。

(三)实验假设和过程更具开放性、生成性

实验探究活动要避免程序化、表面化和步调一致的探究，才能体现综合实践的开放性和生成性。

教师可开放实验过程，打破学科的界限，综合利用跨学科的知识。例如学生的实验记录过程可以借用美术绘图，分析论证可以利用数学建模，形成结论的过程以及交流表达可与语文关联互动。

科学实验的干扰因素往往很多，指导教师不必畏惧这些干扰因素，应通过实验了解干扰因素，将其转化为一个引导学生进一步探索的教育契机。例如“豆芽的无土栽培”，实验探究过程中，学生有三种情况：第一种完全没有进行避光处理；第二种避光处理很严谨；第三种则是避光处理有漏洞，没密封鞋盒上的小洞，光渗入鞋盒影响豆芽的颜色。教材将此干扰因素设计为一个问题：“为什么无土栽培豆芽既有嫩黄色的又有绿色的？”其实，这是光对豆芽菜的影响，不见光的豆子萌发后是嫩黄色的豆芽，见光的则会慢慢地合成叶绿素生长成翠绿色的豆苗。此处指导教师的处理方法影响着学生。直接回答问题，学生记住了知识点，疑惑也随之结束。换个处理方法，指导教师可激励学生展开问题探索，引导学生再次历经实验探究，再次获得成长的机会。可见，实验“意外”往往能生成一个新的学习机会。

(四)尊重科学事实，防止以“结果评优劣”

实验验证中首要的原则就是实事求是，尊重科学事实，防止以“结果评优劣”。实践过程中要引导学生避免陷入自己的假设，避免 “想当然”地填写实验记录，避免 “想当然”地给出结论。

例如推荐活动“豆芽的无土栽培”，学生以“没有土壤，我们一样可以在家种植豆芽”为假设。我们知道种子萌发直至生长为豆芽的过程必不可少：水分、空气和适宜的温度，然而学生容易忘记浇水，导致种子停留在萌芽阶段甚至枯死；也容易发生浇水过多，浸泡导致种子窒息死亡。出于趋避心态，学生可能希望得到教师的表扬，或许会枉顾事实，直接将自己的理想情况填入实验记录表。又或许因惰性，不经准确测量，在实验记录上填写估算的豆芽高度，这些“想当然”的实验记录最终将影响实验结果的准确性。

“结论与解析”环节我们需要对照着实验记录，对实验信息进行整理，基于实验事实和数据进行分析、比较、推理和概括，比较对照组和实验组因变量的变化规律，推理出变量与实验现象之间的因果关系。

(五)注重交流与论证，体现学生的主体地位

综合实践活动中，学生是学习的主体。指导教师应特别注重学生交流与论证的过程，将分析论证交给学生。一个实验往往不会一帆风顺，实验过程中，学生常遇到大大小小的问题。每个问题或许正是学生一个个成长的台阶。交流过程中学生尝试对实验发生的现象和问题进行解释，此方法可以进一步提高学生的逻辑推理和辩证思维。指导教师收集这些问题，并在交流活动中有目的讨论。例如“豆芽的无土栽培”活动，我们希望培育的豆芽“身直挺”“芽根与芽苗连接处脆嫩”“光泽白”“根须发育良好”“无烂根”“萌发后的子叶颜色自然嫩黄”，但实际情况或许千差万别。此时交流就特别有价值，交流中未解的疑惑往往会成为新的探究课题，并成为学生新的不断追求科学真理的动力。

综上所述，实验探究活动的设计和实施，既要符合科学实验的一般规律，又必须融入综合实践活动的课程目标，以体现其综合性、生成性、问题解决、创意物化等核心要素。