基于科學素養(yǎng)導向的實驗教學策略

王憲芳：小學科學特級教師，正高級教師，濟寧市“小學科學學科教師培訓基地”首席培訓教師。榮獲“鄒魯名師”“濟寧市杏壇名師”“濟寧市十佳教師”“孔孟之鄉(xiāng)最美教師”等榮譽稱號。在省市縣組織的教師業(yè)務培訓和交流活動中，做學術報告十多場次，參訓教師近萬人次。

實驗教學是國家課程方案和課程標準規(guī)定的重要教學內容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。實驗教學是小學科學教學中最常用且具有實踐性的一種教學組織形式。在實驗教學中，以實驗為基礎，開展探究式學習，培養(yǎng)學生的科學思維，發(fā)展學生的科學探究能力，對學生科學素養(yǎng)的形成具有十分重要的作用，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的基礎性活動。

一、創(chuàng)設實驗情境，培養(yǎng)學生問題意識

探究始于問題，問題源于情境。創(chuàng)設教學情境，重在指導學生觀察，通過對自然事物、自然現(xiàn)象或自然變化的觀察，引發(fā)學生一探究竟的好奇心，給學生提出問題的機會，期待學生自己提出問題，培養(yǎng)學生的問題意識，催生探究熱情。

（一）在實驗情境中提出問題

在教學中，教師要依據(jù)教學內容選擇典型、直觀的事物或現(xiàn)象吸引學生注意力，在具體、真實的教學情境中產(chǎn)生“為什么……？”“……怎么回事？”等指向探究目標的問題意識。

例如，教學青島版科學（以下舉例均以青島版科學教材為例）《磁極的秘密》一課時，在一輛小車上放一塊條形磁鐵，教師用另一塊磁鐵靠近小車，不用手碰小車，就可以讓小車前進、后退或拐彎。學生看后感到既新奇又好玩，此時，教師提出，能夠從這個現(xiàn)象中提出問題的學生，才可以玩一玩。學生稍加思索，紛紛提出“磁鐵不接觸小車，小車為什么會前進和后退？”“手持的磁鐵是怎樣控制小車的？”等與研究磁極性質相關的探究問題，使教學情境與探究目標產(chǎn)生聯(lián)系，學習具有了明確的學習目的。玩過之后，學生發(fā)現(xiàn)了磁鐵“同極相斥、異極相吸”的性質，玩中有發(fā)現(xiàn)的學生又可以繼續(xù)下面的闖關游戲。在整個教學活動中，學生始終保持提出問題、有所發(fā)現(xiàn)、解決問題的積極思維狀態(tài)。

（二）在觀察和比較中發(fā)現(xiàn)問題

通過對不同實驗現(xiàn)象或實驗數(shù)據(jù)進行觀察和比較，是學生提出探究問題的有效方法之一。提問的本質是學生對生活中各種現(xiàn)象產(chǎn)生好奇心和求知欲。產(chǎn)生好奇心需要用心觀察，用心觀察的一種重要方法就是比較。要引導學生在觀察比較中發(fā)現(xiàn)問題，形成解決問題的內在需求并有付諸行動的積極愿望，進一步激活學生的思維。

例如，教學“簡單機械”單元《斜面》一課，在研究“斜面省力大小與坡度關系”時，教師有意識地為不同小組的學生提供同樣長度的木板、同樣載重的小車、不同數(shù)量的小木塊，要求他們把這些材料全部用上，搭建一個斜面，并記錄實驗數(shù)據(jù)。實驗后，通過對實驗數(shù)據(jù)的觀察比較，發(fā)現(xiàn)各組斜面省力情況的不同，提出“斜面省力大小與哪些因素有關”的探究性問題，再通過觀察比較各組搭建的斜面，發(fā)現(xiàn)斜面坡度不同，省力情況也各不相同，由此推想影響斜面省力大小的可能性因素。

二、基于實驗設計，強化學生控制變量的意識

《義務教育小學科學課程標準》在科學探究5～6年級學段目標中指出，能基于所學的知識，制訂比較完整的探究計劃，初步具備實驗設計的能力和控制變量的意識，并能設計單一變量的實驗方案。在具體的教學實施過程中，要啟發(fā)學生自己尋找解決問題的方法和思路，其中包括制訂探究計劃、考慮變量的選擇和控制。正如我國科學教育先驅劉默耕所言：當學生來到“樹”下準備“摘果子”時，先讓他們冷靜地思考一下，選擇什么“工具”，用什么方法能既安全又有效地“摘到果子”，而且“摘到最大最好的果子”。例如，教學三年級《怎樣加快溶解》一課時，教師引導學生進行了如下的探究活動。

提出問題，猜想方法。根據(jù)生活經(jīng)驗，大膽猜想，怎樣使食鹽在水中加快溶解？（列舉攪拌、加熱、研碎等方法）

設計實驗方案。物體有輕有重，運動有快有慢，都是通過比較知道的。攪拌能不能加快溶解？怎樣用比較的方法來知道呢？（一個攪拌，另一個不攪拌）這就需要同時做兩個實驗。為了保證實驗的科學性和嚴謹性，這兩個實驗中水的多少、食鹽的多少應該怎樣要求？水的溫度是否要一樣？實驗觀察的時間呢？加熱（或用熱水）能不能加快溶解？怎樣用比較的方法來知道呢？（依據(jù)前2步的思路，說出實驗方案）

通過研討，實現(xiàn)共識。驗證攪拌能否加快溶解實驗：需要取相同質量的食鹽兩份，同時分別倒入兩個盛有等體積水的燒杯中，用玻璃棒攪拌其中一個燒杯，觀察兩個燒杯中食鹽溶解速度的快慢;驗證加熱能否加快溶解實驗：取相同質量的食鹽兩份，同時分別倒入盛有等體積冷水和熱水的燒杯中，觀察兩個燒杯中食鹽溶解速度的快慢。

本課既要對學生進行對比實驗的技能訓練，還要重視實驗設計的思維訓練，并且是需要著力去做的，不可走過場。三年級學生設計對比實驗還離不開教師的引導，控制變量意識的形成需要“教—扶—放”分層實施，遞進培養(yǎng)，完全放手是需要看學生基礎的。

三、基于實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)分析，發(fā)展學生科學思維

在常態(tài)實驗活動中，基于實驗獲取的實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，通過交流研討、思維加工的過程，指導學生得出科學探究的結論。實驗結論雖然重要，但不是實驗教學的唯一目的。探究實驗中最有價值的點，無疑是學生的思維要受到啟發(fā)與激活，小學科學實驗活動的重點，應在于建構科學概念、發(fā)現(xiàn)科學規(guī)律或得出科學判斷的思維加工過程，而不在于實驗結論。

（一）運用科學的思維方法指導研討

海森堡曾經(jīng)說過：科學扎根于交流，起源于討論。研討是形成概念的關鍵途徑，研討的目的是使學生一起思考，互相交流每個人在探究中所獲得的印象，從而形成每個學生由感性認識向理性認識的發(fā)展，并提高他們的概念水平。

在學生對自然事物或現(xiàn)象已有初步感性認識的基礎上，教師應引導學生對他們積累的思維材料進行科學的思維加工。如，運用比較、抽象、概括的方法來歸納自然事物或現(xiàn)象的共同特征;運用求異法、共變法培養(yǎng)學生的歸納推理能力;運用分析、綜合的方法來探求自然事物間的相互聯(lián)系;等。在具體的教學過程中，教師應遵循由易到難、循序漸進的原則，指導學生按照邏輯推理的形式，反復實踐，反復練習，逐漸掌握，養(yǎng)成習慣。

例如，教學《聲音的產(chǎn)生》一課，“制造聲音”的目的是讓學生通過制造聲音來發(fā)現(xiàn)并描述不同物體發(fā)聲時的相同點，為推想準備充分的“思維加工材料”。因此，活動前必須明確提出“觀察這些物體發(fā)聲時有什么相同點？”這一問題，讓學生既動手又動腦，根據(jù)音叉、水、空氣等發(fā)聲時都在振動的現(xiàn)象，得出物體發(fā)聲時會振動的結論，就是在歸納。在設計實驗、驗證假設環(huán)節(jié)，提出“你能利用身邊的材料設計出不同的實驗方法，來證明物體發(fā)聲時都在振動嗎？”引導學生運用演繹推理的思維方法，繼續(xù)研究發(fā)聲物體的振動現(xiàn)象，不但能驗證猜想結果，還能培養(yǎng)學生多方面多角度的實驗探究能力。

（二）搭建提升思維水平的“腳手架”

小學生由于受認知能力等諸多因素的限制，在親歷實驗探究的過程中，需要教師“扶”一把。打個形象的比方，就是教師要為學生學習科學搭建“腳手架”?！澳_手架”的搭建涉及實驗內容、實驗方法和教學評測，有可能貫穿于探究過程的某一個環(huán)節(jié)甚至全過程。“腳手架”的形式或內容可以是問題、圖表（記錄單、任務單等）、操作材料、參考樣例（樣品）、參考資料等。一般情況下，指導時機應選在學生在探究中遇到困難而又難于自行解決的時候，要避免一味地“放手自主探究”而導致學生“瞎忙”，以及探究無序現(xiàn)象的發(fā)生。

例如，教學《瓶吞雞蛋的秘密》一課時，通常是以“瓶吞雞蛋”的實驗引入教學，要么教師演示，要么分組實驗，在學生驚奇、感嘆實驗現(xiàn)象的同時，帶著“瓶子為什么能‘吞下雞蛋？”的質疑，展開對大氣壓力的感受和探究活動。教學實踐證明，先做“瓶吞雞蛋”的實驗雖然激發(fā)了學生的好奇心，但是欠缺了實驗現(xiàn)象發(fā)生前的預設、判斷等積極的思維活動，產(chǎn)生的質疑是懸而未決的，學生的探究熱情會銳減。如果先讓學生提出瓶“吞”雞蛋的辦法，思考其中的奧秘，在“不憤不啟，不悱不發(fā)”的狀態(tài)下，通過遞進式的提問搭建起思維的“腳手架”，會產(chǎn)生更積極的教學效果。

師：（先出示一個廣口瓶）里面有什么？

生：里面有空氣。

（教師把剝了皮的熟雞蛋，往瓶口一放，正好卡在了瓶口上。）

師：如果不按壓雞蛋，又不弄碎雞蛋，你有辦法讓雞蛋進去嗎？

生：把里面的空氣抽出來。

師：為什么抽出空氣來，雞蛋就能進去？

生：因為里面的空氣占據(jù)空間，抽出空氣來，雞蛋就能進去。

師：你真了不起！點子倒是好點子，可是我們用的是玻璃瓶，抽空氣的辦法行不通。誰還有別的辦法？

又一個學生站起來：在瓶子里點火！

（現(xiàn)在學生很聰明，為了找到答案，善于積極地捕捉信息，他是看到了課本插圖里有一盒火柴。）

師：你有一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛！為什么點火就能讓雞蛋進去呢？

生：一點火，里面的空氣變少了。

生：一點火，就有熱氣，是熱氣吸進去的。

師：我們知道，熱空氣是往上走的，能把雞蛋吸進去嗎？我們可不可以這樣來想，如果雞蛋能進到瓶子里，一定是有力量在推它，想想看，是誰推動了雞蛋？

（學生眼睛一亮）大聲說：空氣！（當然還有雞蛋本身的重力。）

師：空氣真的有那么大的力量嗎？那就讓我們試試吧！

在學生期盼的目光中，教師點燃酒精棉球放入廣口瓶內，在火焰熄滅的瞬間，再把雞蛋放在瓶口，雞蛋慢慢地被吞進了瓶子里，瞬間歡呼聲一片。通過這一段師生對話，教師了解和喚起了學生的已有認知，其中有空氣占據(jù)空間、燃燒要消耗一部分空氣、熱空氣會上升、氣體的熱脹冷縮、物體會受到力的作用等已有概念，瓶“吞”雞蛋的實驗是在喚醒學生已有認知的基礎上，有了鋪墊，才去做的，實驗后再揭秘，那么接下來通過后續(xù)實驗建構“大氣壓力”概念的教學就水到渠成了。

四、拓展提升，激發(fā)學生創(chuàng)新思維的火花

拓展，是開拓發(fā)展之意，指在原有基礎上，增加新的東西，是質量的變化，而不是數(shù)量的變化。在實驗教學中，在學生習得知識和技能的基礎上，進一步提升學生運用新知和技能解決實際問題、建構新的模型或提出新的研究問題，使原有認知得以重構和發(fā)展，激發(fā)學生創(chuàng)新思維的火花，以抱有可持續(xù)發(fā)展的探究熱情。

例如，《斜面》一課在研究“斜面省力大小與坡度關系”時，學生通過搭建斜面，認識到斜面坡度不同省力情況也各不相同。在拓展活動中，教師提出挑戰(zhàn)性問題：“如果搭建不同坡度的斜面，你又有哪些方法呢？”學生通過思考會形成“改變斜面長度或改變搭建的高度，都可以改變斜面坡度”的創(chuàng)新性設計方案。

例如，教師巧妙地創(chuàng)設“如果煤氣或天然氣泄漏……”這一情境，引發(fā)學生思考、討論，對氣體會流動的性質有了更深刻的認識，既普及了應急處置安全事故的常識，又使學生體會到科學知識在人類生活中的重要作用。

綜上所述，實驗教學是小學科學課常態(tài)化的學習方式，教師要積極創(chuàng)造條件開足開全實驗課，保證學生參與率，以呵護學生的好奇心和求知欲，激發(fā)和保持學生的探究熱情。實驗教學的著力點涉及提出問題、做出假設、探究驗證、表達交流、創(chuàng)新應用等諸多方面，可因課而異，因學取舍，在手腦并用、做思共生的探究過程中，讓學生的思維真正發(fā)生，發(fā)展科學探究能力，使科學素養(yǎng)的培養(yǎng)真正落地常態(tài)課堂，為學生的繼續(xù)學習和終身發(fā)展打好基礎。

【本文為2019年度山東省基礎教育教學改革重點項目“傳統(tǒng)文化視野下促進教育公平的小學科學課程資源開發(fā)與應用研究”（課題號：BHA140081）階段研究成果?！?/p>