小學(xué)生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)

小學(xué)科學(xué)教學(xué)的核心就是探究，探究最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是設(shè)計實驗。通過設(shè)計實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、形象思維能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新能力和運(yùn)用知識解決實際問題的能力。通過實驗設(shè)計的過程，學(xué)生會明確實驗?zāi)康?、要求、原理，清晰實驗步驟，搞清實驗的觀察點，明白如何就實驗現(xiàn)象進(jìn)行分析并得出結(jié)論，為學(xué)生整體把握和有效完成實驗奠定基礎(chǔ)。實驗設(shè)計是小學(xué)科學(xué)教學(xué)的一項重要內(nèi)容，它直接影響著科學(xué)探究活動的教學(xué)效果。

然而在科學(xué)教學(xué)中，有些教師卻不重視對學(xué)生實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)。在平日聽課時發(fā)現(xiàn)，在實驗探究活動中，一般教師能進(jìn)行設(shè)計實驗的訓(xùn)練，但往往因為教師的指導(dǎo)方法不到位，學(xué)生難以設(shè)計出完整可行的實驗方案，學(xué)生最后還是按照教師預(yù)先準(zhǔn)備的實驗方案進(jìn)行實驗。鑒于此，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力就顯得尤為重要。

實驗設(shè)計就是指根據(jù)實驗?zāi)康?，設(shè)計實驗?zāi)Ｐ?、實驗方法步驟、觀察實驗現(xiàn)象、收集處理實驗數(shù)據(jù)的方案。教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗可以利用以下幾種方法：

一 分析法

分析法也稱為逆推證法，是指從要驗證的假設(shè)出發(fā)，尋求使它成立的充分條件，從而來證明假設(shè)是否正確的驗證方法。

指導(dǎo)學(xué)生利用分析法設(shè)計實驗可以分為三步：一是從設(shè)計任務(wù)中把握實驗要素；二是聯(lián)系已有的知識技能建立抽象的實驗?zāi)Ｐ?；三是?lián)系材料、儀器建立具體的實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

例如：在探究“方形和柱形兩根只有形狀不同的石膏棒，橫放時哪一根承重能力更強(qiáng)？”時，我們可以這樣指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，首先要引導(dǎo)學(xué)生弄清這個實驗的目的是“探究兩根棒承重能力的強(qiáng)弱”，實驗要素有實驗物體、支撐物、重碼。第二步，在學(xué)生頭腦中建立抽象實驗?zāi)Ｐ?。要完成這一步，教師就要結(jié)合實驗?zāi)康暮鸵匾龑?dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有知識和技能進(jìn)行分析：（1）實驗物體只有形狀不同，也就是兩根棒所用的石膏材料要一樣，長短、橫截面的大小等必須一致，它們只有方形與柱形的區(qū)別；（2）實驗過程中兩根棒需要橫放在支撐物上，兩根棒的搭放方法應(yīng)該相同；（3）為了比較兩根棒承重的大小，就要在兩根棒上加載重碼，看誰承載的重碼多。至此，在學(xué)生頭腦中就搭建起一個大概的實驗?zāi)Ｐ?，也就是抽象實驗?zāi)Ｐ汀５谌揭龑?dǎo)學(xué)生尋找自己周圍可用的材料和儀器把抽象模型具體化：一是想辦法尋找或制作出符合要求的兩根石膏棒；二是用來搭放石膏棒的物體可以用身邊常見的兩張課桌（或者兩摞磚等），兩桌之間離開適當(dāng)距離；三是重碼可以選用鉤碼（或大小相同的玻璃球以及帶掛鉤的籃子等）。至此，具體的實驗?zāi)Ｐ途驮趯W(xué)生頭腦中形成了。

進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生綜合考慮實驗方法步驟：（1）先把方形石膏棒搭在兩桌間，在棒的中間不斷掛鉤碼，直到方形石膏棒斷裂為止，記下鉤碼數(shù)量；（2）再按照同樣方法換柱形石膏棒進(jìn)行實驗；（3）通過比較兩次實驗的鉤碼數(shù)量得出結(jié)論。

二 綜合法

綜合法是指從已知實驗條件出發(fā)，經(jīng)過逐步的邏輯推理，最后達(dá)到待證結(jié)論或需求問題，其特點和思路是“由條件到結(jié)果”。

指導(dǎo)學(xué)生利用綜合法設(shè)計實驗可以分為三步：一是根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炋崾九c條件構(gòu)建一個實驗?zāi)Ｐ?；二是分析實驗原理；三是設(shè)計實驗步驟。

例如：在探究“放入熱水中的鋁勺，過一會勺柄為什么會熱？”這個問題時，首先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康暮徒滩奶峁┑膶嶒灢牧霞皥D示模型建立一個實驗?zāi)Ｐ汀５诙揭龑?dǎo)學(xué)生分析實驗原理：根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒災(zāi)Ｐ涂梢灾肋@是一個模擬實驗，實驗的三個要素是熱源、導(dǎo)熱體、熱指示，點燃的酒精燈相當(dāng)于浸泡勺頭的熱水，屬于熱源；鋁片相當(dāng)于鋁勺，屬于導(dǎo)熱體；用凡士林粘住的火柴是用來顯示熱傳遞路徑的，屬于熱指示。實驗時通過觀察火柴掉落的先后順序即可弄清楚熱傳遞的方向，從而得出實驗結(jié)論。第三步，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)Ｐ秃驮碓O(shè)計實驗步驟：（1）按照圖示用凡士林把三根火柴粘到鋁片的不同位置；（2）點燃酒精燈，給鋁片的一端加熱；（3）觀察火柴掉落順序。

三 模型誘導(dǎo)法

模型誘導(dǎo)法就是參照一個相似實驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計出一個新實驗?zāi)Ｐ偷姆椒?。指?dǎo)學(xué)生利用模型誘導(dǎo)法設(shè)計實驗主要分為三步：一是根據(jù)設(shè)計任務(wù)尋找相似的模型；二是比較原模型與預(yù)設(shè)模型間的異同，確定設(shè)計點；三是建立新的實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

例如：學(xué)生在進(jìn)行“氣體受冷、受熱的研究”活動時，第一步，引導(dǎo)學(xué)生回憶之前研究“液體受冷、受熱的研究”時使用過的實驗?zāi)Ｐ?。第二步，引?dǎo)學(xué)生分析比較兩個實驗的異同，它們的不同點就是本實驗的設(shè)計點，并通過修改不同點設(shè)計出新實驗?zāi)Ｐ?。這兩個實驗都有三個要素：實驗物、冷熱環(huán)境、變化指示。這個實驗的實驗物與前實驗不同，由液體變?yōu)榱藲怏w，這個實驗用的氣體需要密閉。冷熱環(huán)境可以與前實驗的相同，仍用冷水和熱水。變化指示可改“液面升降法”為“氣球鼓癟法”。當(dāng)然，本實驗的“冷熱環(huán)境”“變化指示”還可以改用其他多種方法。第三步，根據(jù)研究“液體”使用的模型與剛才第二步的分析，把前實驗容器中的液體換為氣體，把帶膠塞的玻璃管換為氣球，一個研究“氣體”的新實驗?zāi)Ｐ途徒⑼瓿闪恕?/p>

以上幾種指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗的方法不是孤立的，而是相互融合的，在實際教學(xué)中幾種方法往往要綜合運(yùn)用。在平時的教學(xué)中，只要教師根據(jù)不同的實驗內(nèi)容選用恰當(dāng)?shù)挠?xùn)練方法，堅持不懈，不斷總結(jié)，就一定能夠使學(xué)生的實驗設(shè)計能力得到培養(yǎng)，進(jìn)而使每個探究活動都能達(dá)到較為理想的教學(xué)效果，使科學(xué)教學(xué)水平得到提高。

〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕〕