不同年级学生实验设计能力特点

陶洪

《小学科学课程标准》倡导探究式学习。探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。靳玉乐教授将探究分为广义和狭义两个概念：广义的探究，是指一切发现和认识，一切独立解决问题的活动;狭义的探究，则是指个体围绕一个明确的问题或任务，通过假设、推理、验证等一系列的探究过程，而最终解决问题或完成任务的各类活动。无疑，实验是探究过程中的重要一环。实验，是指在科学研究中为检验某种理论或假设而进行的某种操作或从事某种活动。设计方案是科学探究中十分关键的一步，它确定了探究活动的大致思路、具体探究的方式方法和途径，既是对学生现有生活经验的考查，同时也考验学生的独立思考能力，需要学生结合生活经验和知识水平，想尽办法进行验证假设。设计实验，就是要解决我要怎么做才能获得证据和我为此要做哪些准备这两个问题。这样做，收集到的证据才具备目的性和指导性。在教学过程中，不同年段学生体现出的设计实验能力也呈现阶梯状上升。

一、低年级学生初步具备控制变量的思想

从2017年开始，小学科学课由三年级起始改为一年级起始。在2017年前，学生接触的第一次对比实验出现在“我们周围的材料”这一单元。在本单元中，通过对比木片、塑料片、纸片和金属片来认识各种材料的性质。以《哪种材料硬》一课为例，要证明四种材料中哪一种的硬度更强。

学生根据经验，提出使用相互刻画的方式进行比较。笔者先让学生按照自己的想法尝试实验比较。在小组合作中，不同的学生在刻画的过程中得到了不同的结果。在第一阶段实验完成后，许多学生提出了自己的疑惑。通过讨论和老师分析，发现不同的力度、不同的方向都可能得到不同的实验结果，所以在刻画的过程中，尽量要使用同样的力度。其实，这其中就隐藏着一个控制变量的概念。学生初步体会实验中的定量和变量，为之后正式学习对比实验铺垫。

二、中年级学生在老师指导下初步具备设计能力

在小学阶段比较经典的对比实验，是对比盐在水中溶解得快慢。这在旧版教科版科学中，是四年级上册《溶解得快与慢》，在新版教科版科学中，是三年级上册《加快溶解》。在本课中，学生第一次接触对比实验。在对比实验中，要注意每次只能改变一个因素，为确保公平，除了改变的那个因素外，其余的因素均应保持一致。三年级的学生没有能力自主设计一个对比实验，这时，老师就要设立台阶，帮助学生一步步认识什么是对比实验，怎么样设计一个对比实验。第一步，笔者以两个学生比赛跑步为例，让学生思考怎么样进行比赛更加公平。学生都很积极踊跃。通过整理发现，要知道哪位同学跑得快，就要起点、终点相同，同时出发等等，也就是每个因素都要保持一致才能体现公平的原则，才能看出这次比赛谁是胜利者。第二步，笔者展示了关于温度与溶解关系的空白表格，让学生讨论在加热与溶解关系的实验中，学生的推测、变的因素及不变的因素。讨论得出结论后，笔者将学生的思考用简笔画的方式画出来，学生照着以上的步骤进行实验。第三步，是在实验结束后，我提出，如果是搅拌与溶解的关系时，学生就自行填写表格和使用画一画的方式来展示实验步骤。设计三个层次是为了让学生能够一步一个台阶地学习对比实验的设计与操作。有层次的学习设计能把握学生的最近发展区，提出跳一跳能够到的目标，让学生的思维得到发展。由于在本课中学生探究目标被切割成多个小目标，学生更容易迈上“台阶”，认识对比实验的内涵。这里我们发现，同样的一节课，对学生的能力要求基本是一致的。在三年级起始的科学课中被设置为四年级内容，而在一年级起始课的科学课中被设置为三年级内容，可见，学生的不同学习基础也会对学生设计探究实验的能力造成影响。

三、高年级學生设计对比实验的能力显著提高

高年级学生设计对比实验的能力有了显著提高。如，教科版五年级上册《怎样得到更多的光和热》中，学生设计物体颜色与吸热关系时，考虑的因素不仅仅局限于实验本身纸的颜色和材质，其他条件，如摆放的地点、角度、方式、时间等尽量保持一致。有的学生还会对地点的略微差异导致的阳光不同产生怀疑。

除了设计对比实验外，模拟实验也是实验中重要的一种。高年级学生已具备结合生活经验和已有科学知识，设计模拟实验的能力。如，五年级“光”这一单元，学生能应用所学习的光的知识并结合生活经验（如热水器的样子），设计太阳能热水器，可见，学生设计实验的能力较中低年级有了明显的进步。

综上所述，探究是一种能力的发展，而不是教学的目的。在实际教学中，要注意摒弃为探究而探究的形式主义，更应注重在教学过程中认识不同年段学生的认知特点。根据其特点，有针对地进行教学设计，培养学生的科学素养。这对于学生的终身发展有着不可或缺的意义。