农村小学科学实验设计能力培养新探索.doc

新要素 新举措 新方法农村小学科学实验设计能力培养新探索萧山区衙前二小 胡立平摘 要： 实验设计能力是指学生根据所学的知识经验，运用不同的材料和方法有所创新地设计、编组、操作实验的能力，其目的在于研究周围现象、探索秘密、解释道理、解决疑难、改进不理想的实验等，它是一种重要的综合能力。实验能力应包括想和做两个方面，“做”即是动手能力，动手前的“想”就是设计能力。本文主要以“实验设计能力构成的新要素”、“实验设计能力培养的新举措”、“实验设计能力培养的新方法”等三个方面谈谈如何在农村小学科学实验教学中培养学生实验设计的能力。关键词： 实验设计 能力 新探索小学科学部分的实验教学虽然重视培养学生的实验能力，但认为实验能力就是动手能力，因此大多停留在观察、解释、操作等层次上，忽视了发展学生的实验设计能力，学生虽有很强的动手能力，却很少能独立进行实验设计，或者说实验设计能力的培养缺乏系统性，力度不够、广度不够、开放度不够。这与素质教育的内涵是不相符的，科学新课程标准强调学生自主学习、自主探索，强调让学生积极、主动、和谐地经历学习过程；而现状则是教师控制着实验设计的权利，学生的各方面受到限制，主体性得不到发挥，培养学生的实验设计能力实质就是让主体在自主实践的过程中获得提高的过程。为此，我们试图通过“新要素”、“新举措”、“新方法等三方面行之有效的培养措施，以发展小学生的实验设计能力，提高学生的科学素养。一、新要素即实验设计能力构成的新要素。我们首先对实验设计能力的构成进行分析，一般认为实验设计能力即是学生设计实验方案的本领，其实不是这样。阎金铎认为，实验过程可具体分为四个阶段准备阶段、方案阶段、操作阶段、分析阶段，其中前两个阶段还没有动手操作，属于设计范畴。这两个阶段又包括四个主要环节明确目的、查阅资料、选择器材、设计方案（如下图），各环节在运行过程中互相作用，互相影响。由此，我们觉得，小学科学实验设计能力是一项综合能力，它主要包括理解实验目的的能力、查阅资料的能力、设计方案的能力、选择器材的能力等四大要素。实验目的选择器材查阅资料准备阶段制定修订成熟方案阶段方 案操作阶段操作实验分析总结分析阶段1.理解实验目的的能力。即学生明确实验主旨的能力，设计的实验是为了解决什么，其实质是什么，实验有什么要求等。实验目的是学生设计实验的出发点和归宿，它对其它环节的影响很大，学生对实验设计目的的理解程度直接影响实验设计的成效。2查阅资料的能力。即学生为了使实验设计过程尽量完美，认真查阅相关资料的能力。这包括学生阅读书籍的能力和筛查资料的能力等，学生在查阅资料的过程中要运用各种方法，开辟各种途径，对各种资料进行系统化处理，以有效地为实验设计服务。3设计方案的能力。即学生产生实验点子的能力，设计方案是实验设计能力的核心，方案的优劣实质上体现学生实验设计能力的强弱。一个方案从提出到成熟有赖于反复修改，学生在过程中应体现出：设计是否达成实验目的和教学要求；设计过程是否全面、合理；设计是否简单、安全等。4选择器材的能力。即学生根据方案选择实验材料的能力。详尽、周全的方案得以实现，须依赖合理的实验器材，在学生周围，有着许多实验仪器和材料，它们有的功能不同用途各异；有的功能相似可以互相替换，学生在实验设计时要能进行有效地筛选。二、新举措即实验设计能力培养的新举措。实验设计能力的培养是一个循序渐进的过程，我们不可能在很短的时间内就想有很大的提高。据此，我们拟定了“三阶段”培养举措。第一阶段：教材编排的实验设计教材中出现的实验设计，一般来说是在前面学过的类似实验的基础上进行的，学生容易在前后的迁移过程中产生灵感，完成设计。在科学教材中，有许多的探究性实验，如教学100毫升水能溶解多少克食盐时，我先给予学生一份不完整的实验研究计划，让四人小组讨论设计和完善实验研究计划方案，教师只是在一旁稍作指导。集体的智慧总是胜于一个人的力量，各个小组在最后的汇报中教师总能收获一些意外的惊喜，学生的设计方案已经能进行实践研究了（见下面实验方案），教师只需在学生设计的基础上加以指导修饰便是一个完整的实验设计方案。这种实验设计能力的培养让学生明白了“需要做什么，用什么来做，怎么做”，对学生的脑和手都无疑是很好的锻炼。100毫升水能溶解多少克食盐的研究计划研究的问题： 100毫升水能溶解多少克食盐需要准备的材料：食盐、烧杯、水、勺子、牙签、筷子。研究的步骤： 1、在烧杯中盛100毫升水。2、 第一次加10平勺盐，搅拌，直到溶解。 3、再加一平勺盐，快速搅拌，使它溶解。 4、等前一勺盐全部溶解，再加下一勺，直到不能溶解为止。研究结果： 100毫升水大约能溶解（ ）克食盐。第 组又如在教学研究植物根的吸收水分的作用时，我让学生通过自己探索，通过小组“要准备一棵怎样的植物”，“如何证明水被植物吸收了”，“你怎么知道水不是蒸发了呢”等一系列问题，自行设计完善实验方案。通过这样的设计与实验探究，得出的结论往往比按照教师的要求按部就班进行实验的效果要好得多。第二阶段：教师命题的实验设计为了进一步提高学生的实验设计能力，教师还要在科学教学中大量挖掘可供学生设计的内容，可以把原来教材上比较简单的演示实验改为学生设计，也可以在几个相似实验后衍生出一个设计内容，甚至可以在没有实验处添加设计内容。在溶解的快与慢中,就可以在“搅拌比不搅拌溶得快, 放入热水中比放入冷水中溶得快”之后添加这样的设计内容: 你还能设计出物体溶得快慢的实验吗? 在教学我们周围的空气中可设计: 你能想个办法让大家看到、摸到、捉到空气吗?这种教师命题的实验设计内容具有明确的指向性,同时也是教材的延伸。对于学生来说, 由于和所学内容有关联, 容易引发兴趣和促进知识的融会贯通。第三阶段：学生命题的实验设计在经过教师命题的实验设计训练之后，我们又充分放后让学生确定设计内容，因为学习毕竟是学生的事，我们不能所有的事都包办代替。我们先动员全体学生都参与命题活动，把自己觉得感兴趣、有价值的实验题目上报汇总，然后分组讨论筛选，每次选择35个开展实验设计比赛。这些内容来自学生的生活实际, 是学生自己迫切想知道的, 他们有兴趣去钻研, 虽然存在一定的难度, 但学生只有在不断地探索中克服困难, 攻克难题, 设计能力才能得到较快地提高。三、新方法即实验设计能力培养的新方法。实验设计是一个由心智到实践，最终获取结论的思维过程，这表明了该能力的综合性特点。我们在前面也分析过实验设计能力主要包含四种能力，其中设计方案的能力是核心，但实验设计能力的发展离不开另三种能力的培养，而且在小学阶段这些能力的培养并不是齐头并进的。所以，根据小学生的实际情况，我们运用多种方式方法，帮助学生提高四种能力，从而从整体上推进学生实验设计能力的发展。1创设问题情境，培养学生理解实验目的的能力实验目的实际上就是学生所要解决的问题，问题解决了，目的也就达到了，因此要培养学生理解实验目的的能力，在设计过程中恰当地构建接近学生最近发展区的问题情境至关重要。学源于思，思源于疑。学生只有对实验内容存有疑问，才能去主动探索、主动设计，对问题思考越深，那么对实验目的理解就越透彻。当然这些问题一定要真实，以学生最常见的生活问题为中心更能激发学生的设计兴趣。一方面是从与学生关系密切的学习活动、日常生活、社会生产及自然界入手, 寻求需要解决的问题。如学完温度和温度计后, 和学生讨论“热水是怎样变成冷水的”这一问题, 设计时学生就知道实验目的是了解水温变化现象。至于日常生活中的一事一物, 学生更为熟悉, 对其中的问题常常孜孜以求。例如课后, 要学生探究“为什么马路上的窨井盖是做成圆的而不是方的？”、“炒菜的油锅着火了, 怎样灭火？”等。工农业生产中也有许多问题会引起学生思考, 教师要加以引导与帮助。例如“铁路上的铁轨为什么每一段都留有空隙？”、“杭州黄龙体育中心的屋顶拉索有什么作用？”等等。这些生活中千奇百怪的问题和现象，都是学生感兴趣的想研究的话题,我们都可以放手让学生去设计探究。另一方面是在培养学生在实验设计过程中自己提出适当的研究问题。因为一个研究大问题只提供了一个内容, 而要具体完成设计则必须依赖一系列的小问题, 学生在设计过程中要使自己始终处于问题情境之中, 善于从众多的小问题中归纳出其蕴涵的道理, 从而领会设计主旨。在教学磁铁的两极一课中，当学生观察到放到磁铁中间的小钢珠总是向两边滚时，就产生了问题，这是怎么回事？是什么原因造成的呢？然后学生们通过小组讨论，在实验方案设计时就知道实验目的是了解磁铁各部分磁性不一样，并且两端磁性强，中间磁性弱。2注重模式训练，培养学生设计实验方案的能力传统的实验教学中，学生实验设计情况存在着模式僵化的问题。零星的几个学生实验设计内容由于教师提供了过多的信息、制定了过多的规矩而使学生只有调教中手摆手地完成。每一次实验设计找出一种方案就算完事，每一次实验设计只许成功，不许失败。这种模式使学生的实验思维趋于一种常式化的窘境之中，极大地扼杀了学生的创新思维火花。我们觉得，要培养学生的实验设计能力，首先必须改革传统的单一教学模式，使学生能全方位、多层次、主动和谐的参与实验设计，创造多种设计方案，并进行优选和完善。我们在实践中主要采用了以下训练方法（见下图）：迁移设计训练同题异案训练实验设计能力逆向设计训练自主设计训练（1）同题异案训练。即同一实验目标要求学生采用不同的设计方案加以解决。教学中, 我们首先创设一种让学生善于思考、敢于发表意见的氛围; 其次设计一些有价值的实验设计内容, 鼓励学生多方面地收集材料和信息, 从不同的角度去思考问题, 找出解决问题的多种设计方案。如教学“磁铁同极相斥, 异极相吸”时, 学生在实验过程中采用了多种实验方案, 有的借用小车, 用小车的前进后退来说明;有的利用小棍, 用环形磁铁在棍子上的相离和相吸来说明; 还有的甚至用细线把磁铁悬挂起来当做指南针, 用它的旋转来说明问题等等。（2）迁移设计训练。迁移是一种学习对另一种学生的影响，现代心理学各种理论所提示的迁移本质，实质上是两种学习之间在知识结构、认知结构上相同要素间的影响和同化。学习的迁移是检验学习过程中是否培养能力的重要标志，迁移是思维灵活性的本质特征。在实验设计过程中，我们让学生进行从已知实验到未知实验、简单实验到复杂实验、相似及相关实验等的设计迁移训练。如学习了空气占据空间吗中用皮球发现压缩空气的特性后安排玩注射器的实验就是设计迁移训练; 研究了“定滑轮的作用”后, 让学生迁移到“动滑轮的作用”、“滑轮组的作用”的实验设计; 研究了动物与环境的关系后, 让学生迁移到探讨植物与环境关系的实验设计等。（3）逆向设计训练。即反其道而行之，把逆着常规的设计思路对设计对象进行重新加工的过程。如研究蚯蚓是否喜欢温暖的环境, 学生则把蚯蚓放在有冰的寒冷泥土中, 结果发现它不喜欢寒冷的环境,从而证实蚯蚓喜欢温暖的环境。逆向设计能使学生更多地关注实验的各种设备和条件, 对其进行全面地分析和研究, 有时能开拓性地解决问题。在创造性思维的培养中, 思维的逆向训练是十分重要的。学生进行逆向实验设计, 我们认为, 一要考虑原有问题及常规设计情况, 二要考虑逆向设计流程的可行性与科学性。如果学生在实验设计过程中能将正向与逆向思维有机结合, 那么其设计能力必定会大大提高。（4）自主设计训练。对学生的实验设计不加干涉和限制，让他们自主地选择时空，选择器材，选择方案，选择操作方式等，能最大限度地激发学生对实验设计的兴趣，提高实验设计、创新实验方案的能力。当然，这种实验设计是建立在学生有一定的设计基础之上，我们要相信学生的潜力，敢于解放学生的手脑，让学生的思维尽情地发挥。如学完机械单元后, 让学生设计组装机械, 学生各显其能, 利用自带的设备创作了丰富的作品。各种各样的新型赛车、机械手、起重机，甚至有学生将各种器材组装起来, 发明了多功能工具。3提高资料查阅水平，培养学生器材选择的能力在实验设计的过程中，我们切实加强对学生进行查阅资料能力和科学选择器材能力的培养，提供或引导学生收集、选择尽量多的有结构的材料，以引出学生的多种实验设计，指导学生千方百计地寻找各种资料，以使实验设计尽量完美。我们指导学生在选择理想的实验仪器时应遵循下列原则：效果明显原则，所选器材一定要能使实验效果表现尽量明显；简单原则，所选器材应该是身边最简单的物品；科学性原则，所选器材要科学、合理、规范, 能达成实验目的；安全性原则，所选器材要绝对可靠, 安全耐用；节约性原则, 所选器材要经济实惠。例如教学五年级我们的小缆车一课时，学生设计实验方案要用到许多垫圈或螺帽，利用垫圈或螺帽的重力来牵引小车，从中发现垫圈或螺帽越多小车行驶的速度就越快的结论。可是实验室里根本就没有这样的材料，当我了解到任教的班级中有一个学生家里就开螺丝厂的，这位学生就带许多螺帽来供我们课堂上研究使用。如此合理、就近的选择器材既遵循了我们器材选择的简单原则、节约性原则，更为我们学生实验设计的成功提供了帮助。4搭建设计平台，培养学生实践操作的能力“儿童的智慧就在他的手指头上”，提高实验设计能力光想不做是不行的，我们设法创造条件，让学生去发现、去感知、去实践。（1）提供足够的实验材料。这是学生开展设计活动的基础。实验设计离不开实验器材，在学生的实验设计过程中，一方面要求实验器材丰富，另一方面要求实验器材要有结构，这样学生既能有充分选择和充分组合的机会，又能充分利用实验器材的多种特性解决问题。学校可以制定实验器材学生借用制度, 规定每位学生一周可以向仪器室借一次仪器,同时也应培养学生自行收集或自制生活化的实验材料, 如用塑料杯代替烧杯