重視實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

胡和國(guó)

1 教學(xué)背景

小學(xué)科學(xué)是一門(mén)以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑。學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，制訂科學(xué)探究計(jì)劃，體驗(yàn)科學(xué)活動(dòng)的過(guò)程和方法，培養(yǎng)良好的科學(xué)素養(yǎng)，是小學(xué)科學(xué)課的重要目標(biāo)之一。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到教學(xué)的成功與失敗。

讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，制定探究計(jì)劃，是一種實(shí)驗(yàn)前的“動(dòng)腦”活動(dòng)。學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)前，如果沒(méi)有充分地“動(dòng)腦”，設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，考慮清楚應(yīng)注意的問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，就不可能取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。學(xué)生在課堂上很可能會(huì)表現(xiàn)出隨意玩弄實(shí)驗(yàn)器材，或做一些與教學(xué)內(nèi)容無(wú)關(guān)的事情，甚至出現(xiàn)教學(xué)秩序失控等混亂現(xiàn)象。

在教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是主題，創(chuàng)新是方向。筆者以自己多年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就如何指導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)談一些體會(huì)和做法。

2 循序漸進(jìn)有計(jì)劃地開(kāi)展逐步提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力

小學(xué)生思維發(fā)展的特點(diǎn)是從以具體形象為主要形式，逐步過(guò)渡到以抽象邏輯為主要形式。根據(jù)學(xué)生在各個(gè)年齡段的思維發(fā)展水平，在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)該鼓勵(lì)高年級(jí)的學(xué)生創(chuàng)新，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試用不同的思路制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，并將制訂的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃相互討論，鼓勵(lì)學(xué)生修改并完善實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。

在學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要充分相信學(xué)生，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，發(fā)揮和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力。鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，探索解決問(wèn)題的方法，從而達(dá)到像科學(xué)家那樣“真刀真槍”地搞科學(xué)。

培養(yǎng)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)可分為兩個(gè)階段：一是教師指導(dǎo)性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。二是學(xué)生獨(dú)立性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

2.1 教師指導(dǎo)性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

在中低年級(jí)科學(xué)課中，由于學(xué)生對(duì)研究的問(wèn)題缺乏了解，對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)常規(guī)等還沒(méi)有掌握，教師采用直接出示實(shí)驗(yàn)計(jì)劃或指導(dǎo)學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的方法，可以降低學(xué)習(xí)難度。同時(shí)向?qū)W生示范、滲透、遷移設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法，讓學(xué)生在潛移默化中掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

在學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的起步階段，教師可以把全部實(shí)驗(yàn)計(jì)劃告訴學(xué)生，提醒學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中要注意的問(wèn)題，讓學(xué)生依據(jù)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。例如《水位為什么會(huì)升高》一課中，教師先演示水的熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)，把燒瓶放人熱水中，讓學(xué)生觀察紅色液柱的變化，再把燒瓶放入冷水中，讓學(xué)生觀察液柱的變化。讓學(xué)生分析液柱上升或下降說(shuō)明了什么？當(dāng)學(xué)生弄清楚水有熱脹冷縮的性質(zhì)后，教師再出示其他液體熱脹冷縮的實(shí)驗(yàn)裝置，讓學(xué)生自行去實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律。

當(dāng)學(xué)生具備了一定的科學(xué)素養(yǎng)后，對(duì)所要研究的對(duì)象與實(shí)驗(yàn)方法有所了解，教師要適時(shí)提高設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的難度。在科學(xué)課教學(xué)中，有很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)可以采取這樣的教學(xué)方法。在教師指導(dǎo)點(diǎn)撥下，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和熱情，讓學(xué)生積極參與，制訂出比較科學(xué)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。

例如《擺的秘密》一課，在實(shí)驗(yàn)前教師訓(xùn)練學(xué)生用秒表計(jì)時(shí)和正確數(shù)擺動(dòng)的次數(shù)，解決學(xué)生計(jì)時(shí)或計(jì)數(shù)中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題。教師引導(dǎo)學(xué)生提出兩個(gè)研究的問(wèn)題：“擺動(dòng)的快慢與擺線的長(zhǎng)度有關(guān)系嗎”和“擺動(dòng)的快慢與擺錘的輕重有關(guān)系嗎”。讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)該注意哪些實(shí)驗(yàn)條件可以改變，哪些實(shí)驗(yàn)條件不能改變。

2.2 學(xué)生獨(dú)立性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

這主要在高年級(jí)進(jìn)行，是在學(xué)生具備良好的科學(xué)素養(yǎng)，熟練掌握制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃能力后開(kāi)展的教學(xué)活動(dòng)。這種教學(xué)中教師只提出科學(xué)問(wèn)題或說(shuō)明活動(dòng)要求，是一種開(kāi)放式的探究，學(xué)生需要自己去選擇實(shí)驗(yàn)方法，獨(dú)立設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。

例如《金屬》一課，選取銅絲、鐵絲、鋁絲各一段，研究它們有哪些共同特點(diǎn)？因?yàn)閷W(xué)生對(duì)電路、熱傳導(dǎo)等實(shí)驗(yàn)比較熟悉，學(xué)生具備了制訂研究金屬特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的能力，教師在教學(xué)中只需出示實(shí)驗(yàn)材料，提出研究的問(wèn)題，讓學(xué)生分組自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，制訂實(shí)驗(yàn)方案。

3 培養(yǎng)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法

凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，離不開(kāi)教師的精心指導(dǎo)。教師在備課時(shí)，應(yīng)認(rèn)真分析每一個(gè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，一步一個(gè)腳印，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生逐步掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法。

3.1 提出科學(xué)問(wèn)題猜想和假設(shè)可能與哪些因素有關(guān)

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)首先要讓學(xué)生知道要做什么實(shí)驗(yàn)，研究什么問(wèn)題，并將研究的問(wèn)題板書(shū)在黑板上。例如：《圓珠筆為什么能伸縮》一課，通過(guò)讓學(xué)生玩弄圓珠筆提出科學(xué)問(wèn)題——圓珠筆能很方便地伸縮，這是什么原因？學(xué)生將圓珠筆拆開(kāi)，發(fā)現(xiàn)了彈簧。猜想出圓珠筆的伸縮可能與彈簧有關(guān)。從而確定實(shí)驗(yàn)研究主題是“彈簧為什么能使圓珠筆芯伸縮”。

3.2 在確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后教師就要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程

例如《水位為什么會(huì)升高》一課，在研究氣體是否具有熱脹冷縮性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在教師引導(dǎo)下，學(xué)生想出很多實(shí)驗(yàn)方法。比如實(shí)驗(yàn)方法1：將氣球套在燒瓶上，放入熱水中，觀察氣球的變化；放入冷水中，氣球又會(huì)發(fā)生什么變化。實(shí)驗(yàn)方法2：將踩癟的乒乓球放入熱水中，觀察乒乓球有什么變化。

3.3 確定實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)材料

小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)方法主要有對(duì)比法、觀察法、測(cè)量法、分類(lèi)法、控制變量法等。例如氣體熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)中氣體體積變大和變小是用對(duì)比法。研究擺的快慢與擺線的長(zhǎng)短、擺錘的輕重等因素是否有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，用到了控制變量法和測(cè)量法。

3.4 考慮注意的問(wèn)題

當(dāng)學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程后，往往立刻想動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，這時(shí)教師要耐心引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)中每個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該注意什么，例如：安全問(wèn)題、分工合作問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)時(shí)要控制哪些條件等。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅僅讓學(xué)生懂得實(shí)驗(yàn)的基本過(guò)程，更主要的是讓學(xué)生親身經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，為學(xué)生獨(dú)立地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)。。

4 培養(yǎng)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要注意的一些問(wèn)題

4.1 教師應(yīng)準(zhǔn)備高效的實(shí)驗(yàn)材料

直觀的、有結(jié)構(gòu)的材料是有效探究活動(dòng)的基礎(chǔ)和保證。教師在設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)材料必須精心準(zhǔn)備，既要直觀，又要能激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣，簡(jiǎn)單實(shí)用，不能花里胡哨，分散學(xué)生的注意力。例如在研究擺的秘密的實(shí)驗(yàn)中，探究擺錘的輕重和擺動(dòng)的快慢是否有關(guān)系，在擺線上掛上一個(gè)小吊桶，在桶中裝重物，可以確保擺線的長(zhǎng)短不變。

在研究毛細(xì)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，將兩塊玻璃片夾在一起將一端插入染成紅色的水中，或?qū)嬃瞎堋⑺幱眯∷芰瞎?、兩頭斷裂的溫度計(jì)等實(shí)驗(yàn)材料的一端同時(shí)插入紅色水中。學(xué)生通過(guò)觀察后，很快會(huì)發(fā)現(xiàn)水會(huì)沿著縫隙或小孔上升，產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象的科學(xué)結(jié)論。

4.2 安排足夠的時(shí)間讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)之前，必須充分動(dòng)腦，這樣才能保證科學(xué)探究的有效性。而一堂課只有40 min，所以教師需要科學(xué)合理地安排時(shí)間，保證學(xué)生有足夠的時(shí)間去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生頭腦中形成一個(gè)清晰的實(shí)驗(yàn)方案后才能動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。例如《水力發(fā)電站》一課中，研究“水的流量、水流的高度、水流沖擊水輪的沖擊點(diǎn)等影響水輪轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的因素”3個(gè)實(shí)驗(yàn)中，如果沒(méi)有給予學(xué)生充足的時(shí)間去討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，制定實(shí)驗(yàn)方案，使學(xué)生弄清楚實(shí)驗(yàn)中要注意的問(wèn)題，弄清楚實(shí)驗(yàn)中要保證哪些條件不改變和哪些條件要改變等等問(wèn)題，而匆忙讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，課堂將會(huì)是一片混亂，處于無(wú)序狀態(tài)。

4.3 注意教育學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)注意安全

實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師必須提醒學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)安全，防止發(fā)生安全事故。教師在課前要做好安全事故應(yīng)對(duì)措施，萬(wàn)一發(fā)生事故，能及時(shí)處理。例如熱脹冷縮的實(shí)驗(yàn)中，避免熱水和金屬球造成燙傷事故，防止酒精燈的不正確使用導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)或爆裂等事故。

4.4 學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)注意培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神

《科學(xué)（3～6年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出：尊重他人意見(jiàn)，敢于提出不同見(jiàn)解，樂(lè)于合作與交流。在教學(xué)中倡導(dǎo)小組式合作學(xué)習(xí)方式，發(fā)揮集體智慧，通過(guò)小組內(nèi)討論、質(zhì)疑、相互補(bǔ)充，最終在學(xué)生頭腦中形成完善的實(shí)驗(yàn)方案。