小学科学实验教学(2015)

1、小学科学实验教学小学科学实验教学钟能政 安徽省教育科学研究院qq:602494851交流提纲 实验教学的价值 科学方法简介 观察教学应注意的问题 实验教学应注意的问题让学生参与实验等探究可以帮助学生：让学生参与实验等探究可以帮助学生： 理解科学概念； 对于我们是“如何知道”我们所知道的科学事实这一过程有惊羡之感； 理解科学的本质； 掌握对自然界进行独立探究的必要技能； 形成运用技能、能力和秉承科学态度的习惯。 美国国家科学标准（96版）科学过程的教育价值 客观精神。 科学规范、规则意识的教育。 合作精神和团队意识的培养。 培养学生勇于承认错误、改正错误的实事求是的态度。实验法 从理科教学安排实

2、验的角度看，是为了检验某种理论或假说而进行的某种操作或开展的某些活动（包括观察、实验、调查、模拟实验等）。 从科学研究角度看，实验通常指运用一定的仪器设备，在人工控制的条件下，观察研究自然现象及其规律的特殊的社会实践活动。是获取经验事实和检验科学假说、理论真理性的根本途径。实验法 优点：纯化和简化研究对象；强化和再现研究对象；延缓和加速自然现象。 生物学规律是生物内在的稳定关系。规律的稳定性就在于它的重复性。 生物学实验的重要作用就在于能创造一定的条件，促使符合规律的生命现象和过程反复出现，便于观察和研究，获得真实、可靠、准确的科学结论。实验分类 实验室实验 自然实验医学实验心理实验教育实验实

3、验室实验分类 按实验的直接目的分：探索性实验、验证性实验 按实验中质与量的关系分：定性实验、定量实验 按实验在科学认识中的作用分：结构分析实验析因实验对照实验模拟实验 按理科教学中的教学形式分：演示实验学生实验并进实验活动课 按实验步骤分：预备实验、正式实验比较实验 为了找出或确定两种以上事物之间的异同和优劣而安排的实验。 相对比较实验是把两种或多种实验单元作相对比较，以确定实验单元之间某种特征上的异同和优劣。 对照比较实验是把某个因素属于未知的事物同一个已经确定的已知事物作对比，以便确定该因素的影响而安排的实验。为了确定某种因素对实验对象是否有影响，选择确定已知的事物可以是对实验对象有影响的

4、，也可以是对实验对象没有影响的。析因实验 为了找出引起某些变化的原因而安排的实验。 特点：结果是已知的，而影响结果的诸因素特别是其主要因素是未知的。 对于有两个影响因素的析因实验，可采用对照比较的方法，确定其主要影响因素。对于多个影响因素，可采用逐个排除的方法，每次只变化其中一个因素，而控制其他因素不变，以确定每种因素的具体影响，最后找出其主要原因。模拟实验 在科学实验中，有时受客观条件的限制，无法对某些自然现象或研究对象进行直接实验，可以采用模拟实验。 模拟实验是利用自然界现象中有不少相似性的规律，通过设计一种与对象、自然现象或自然过程相似的模型，然后通过模型间接地研究原型的规律性。 模型必

5、须满足的条件：模型必须与原型相似；模型在科学认识过程中要能代替真正的研究对象；要能够从对模型的研究中得到关于原型的信息。探索性实验 探索性实验是探索研究对象的未知属性、特征与其他因素的关系的实验方法。根据实验目的，利用已知、外加的因素去干扰研究对象，看会产生什么结果，因此也叫做“试验”。 理科教学安排的探索性实验为：在提出问题的基础上，学生自己安排实验，设计实验步骤，通过观察来搜集资料、数据，在分析思考、科学抽象之后，概括或归纳出概念和结论。验证性实验 验证性实验是验证某一理论是否正确的实验，是在对研究对象有一定了解，并提出了研究对象的某种假说后，为验证这种假说是否正确而安排的一种实验。 验证

6、性实验教学是教师在课堂上先讲授知识，后组织学生实验，让学生用实验结论来验证已学过的基本概念、原理和规律。通过实验，可以强化对基本概念、原理和规律的理解，还可以增强实际操作能力，达到提高实验技能的目的。观察法 应当学会观察，不学会观察，你就永远当不了科学家巴斯德 没有观察就没有科学观察是古代科学应用的主要方法。观察是科学发现的重要途径。观察为构建和检测科学假说服务。观察法 科学观察是指在自然发生的条件下，通过自身感觉器官或仪器设备，有目的有计划地对研究对象进行观察。科学观察是搜集科学事实的基本途径，是科学研究的基本方法之一。 什么情况下运用观察方法？从认识的有限性考虑。从认识对象的性质考虑。从认

7、识的结果考虑。观察法 观察是渗透理论的观察是渗透理论的观察渗透理论。观察到了什么绝不仅仅取决于被观察对象，而且还取决于观察者的视野以及观察者的知识背景。观察应该渗透正确的理论。观察是创立理论的基础，不断推进和检验理论；理论指导观察，使观察日益扩展和深化。避免渗透错误的理论。观察法 观察的可错性观察的可错性错把假象当真象。我们见到的只是我们知道的。我们观察的只是我们注意的。视错觉致使观察偏差。残像错觉的影响。观察的主观性。观察者总是在一定的知识背景、生活经验和思维方式下进行观察的，因此观察结果容易受到观察者主观因素的影响。观察法 进行正确的观察进行正确的观察客观性原则。全面性原则。连续性原则。典

8、型性原则。典型的观察对象； 典型的观察条件。对科学事实进行科学概括 从比较中发现异同 从分类中反映事物的本质 从类比中由已知伸向未知 从归纳中探求因果关系从分类中反映事物的本质分类是根据对象的本质属性或显著特征进行的划分，具有很大的稳定性。划分是分类的基础。划分是把属概念分为若干个种概念，从而揭示属概念的外延的逻辑方法。明确概念的外延，就是要说明所反映的是些什么对象，包括了哪些子类或分子，适用多大的范围。划分由母项、子项和划分标准三部分构成。对同一对象可以采用不同的标准来划分，但是每次划分依据的标准应该是同一的。在划分的时候，还必须遵循各子项外延之和必须与母项的外延相等这一规则。分类是以对象较

9、为深刻的本质属性或显著特征作为划分的标准。从归纳中探求因果关系因果关系的特点：普遍必然性、共存性、先后性、复杂多样性。因果关系的上述特点为我们寻找因果关系提供了向导和依据。例如，因果关系具有先后性，一般总是先因后果。因此，我们在寻找一个现象的原因时，就应该到它的先行现象中去寻找，不应该在它的后续现象中去寻找。在古典归纳逻辑中，由培根先行提出、穆勒系统总结的“求因果五法”：求同法、求异法、求同求异并用法、共变法和剩余法。求同法（契合法）：异中求同如果所研究的对象出现在两个或两个以上的场合中，只有一个情况是共同的，那么这个共同的情况就与所研究的现象之间有因果联系。场合 先行情况 被研究的对象 （1

10、） A、B、C a （2） A、D、E a （3） A、F、G a 所以，A（可能）是a的原因求异法（差异法）：同中求异如果所研究的对象出现的场合与它不出现的场合只有一点不同，即在一个场合中某个情况出现，而在另一个场合中这个情况不出现。那么，这个情况与所研究的对象之间就有因果关系。场合 先行情况 被研究的对象 （1） A、 B、C a （2） - 、B、C -所以，A（可能）是a的原因为了避免应用求异法可能产生的错误，应注意：（1）在两个场合中除某一个情况不同外，是否还隐藏着其他不同的情况；（2）两个场合里唯一不同的这个情况，是被研究现象的全部原因还是部分原因。关于科学探究 科学探究的对象是自

11、然界；寻找证据是科学探究的重要内容；科学探究目的是基于证据对自然界的现象作出解释；获得证据和作出解释的途径是多种多样的。 学生的科学探究的目的是获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界的方法。观察教学中应注意的问题 目标：认识花的结构 思考1.选择什么材料让学生观察？图片、模型、花的实物2.选择什么植物的花让学生观察？3.观察指向的核心概念是什么？4.如何通过观察帮助学生建立核心概念？ 核心概念 生命体具有不同的结构和功能，这些结构和功能有助于它们的生命进程、发展和繁殖。果实和种子是植物开花、传粉、受精以后形成的；雄蕊和雌蕊在形成果实和种子的过程中具有十分重要的作用；雄蕊和雌蕊有特

12、殊的构造，经过传粉、受精发育成果实和种子。观察教学中应注意的问题 所观察的主题和变量要少； 观察的材料要结构化； 观察活动要突出科学原理； 强调观察记录的客观性和准确性； 讨论是获得正确的观察结果的重要步骤。“蜗牛”的观察记录l蜗牛有2厘米，背上背着一个螺旋形的壳，很硬，上面还有棕色的花纹。l头上长着两对触角。上面的触角较长，尖上长着一对眼睛。下面的触角较短。l蜗牛的粪便是茶色的，很细。l蜗牛的胆子很小，一有人碰它，它就把头缩回壳里面。l它喜欢吃黄瓜、菜叶等蔬菜类食品。“玩水的好运气”的观察记录l我们把水倒进漏斗，它流出来。l我们把水倒进漏勺，它流出来。l我们把水倒进擦手纸，它流出来。l水通得

13、过所有带窟窿眼儿的东西。l我们把水倒进瓶子，水就留在里面。l我们把水倒进罐头，水就留在里面。l水是湿的。水可以是热的，也可以是冷的。l水没有形状。什么形状的容器都能放。实验教学中应注意的问题 让学生明确所要探究的科学问题。 没有明确的科学问题就是没有目标，而没有目标的探究始终停留在感性知识阶段，而不能上升理性形成概念。案例：探究种子萌发的环境条件 提出问题 作出假设 预期 确认变量 实验组、对照组 科学问题l科学探究是从提出科学问题开始的，提出科学问题的目的是为了寻找一种解释。l科学问题包含着一定的求解目标和应答域，但尚无确定的答案。真正的科学问题是一个暗含着理论假说的问题，是启发学生提出更多

14、问题和假说的梯子。因此科学问题要明确、清晰，要具体。使我们探究起来有的放矢。l科学问题应该是目前科学发展水平所能胜任的问题，是能够通过收集数据（例如通过调查、实验获得数据）而回答的问题。 l评价一个提出的问题是否较好，首先看问题是不是我们在学习过程中遇到不解和矛盾时自己提出来、能够探究的；其次看问题暗含的变量是不是在两个以下。l如果包含的许多变量，反映了提问者对问题所涉及的研究对象的认识才刚刚开始；而只两个变量的问题说明提问者对现象认识更进一步，明确了这些变量之间存在着的因果关系，已经初步获得了一个因果关系的解释，探究问题的目的是很明确的，就是为了通过数据收集来证实（或证伪）已获得的初步的解释

15、。 科学问题课例：一杯水的观察 a：我想研究水是怎么产生的，哪些动物是不喝水的。 b：我想研究水会不会给我们带来坏处。 c：以前我们上过“水”，有些同学说水是透明的。但是教师说透明不一定是水，我想研究水到底是透明的吗？ d：我想知道什么动物怕水？ e：我想知道水能为人们做些什么？ f：很多成语都用到水，比如说到知识，就把知识说成知识的海洋。我想为什么要用水来形容？ 孩子们的问题涉及到水的性质，物理学问题（c）；涉及到水的性质的利用，技术问题（b、e）；涉及到水的起源，地球的起源问题（a）；涉及到动物与水的关系，生态学问题（a、d）；涉及到成语的形成，语言学问题（f）。孩子们和我们教师一样，倾向

16、于关注宏观的技术的问题，很少注意微观的科学问题，这个现象值得进一步研究。课例：一杯水的观察区分真科学问题与假科学问题 我国科学课堂上常出现的情况师：“大家能提出什么科学问题呀？”生：“我想研究为什么？”或“我想研究怎么样？”l美国课例“里面是什么？”，教师在孩子们仔细观察了她从套着纸袋的塑料袋中拿出了土豆等物之后才提出如下问题：吹鼓的塑料袋与瘪的塑料袋有什么不同？区分开放性问题与封闭性问题 下面两组问题： “怎样抗击疟疾？” “青霉菌在什么温度、湿度等条件下会产生?” “我们应该怎样改善环境？” “不同颜色的池塘中，鱼的数量（种类）有什么不同” 开放性的问题无边无际，封闭性的科学问题往往指向确

17、定的答案。怎样的问题有利于活动的设计、学具的选择，有利于教学目标的明确，有利于学生能够沿着活动所指引的，而不是教师规定的清晰的目标，顺利地到认知的彼岸。在确定探究的问题时，应注意的问题 探究的问题与方式要符合儿童实际认知水平。宜小不宜大，宜少不宜多。 （课例：“一杯水的观察”） 在提出的问题包含的探究过程中，尽可能包括定量的测量和定量的描述。 不主张在幼儿园和小学阶段对社会科学问题进行探究。（例如：如何让巢湖水变清）在确定探究的问题时，应注意的问题 问题应和一个通过这次探究可以证实的自然科学概念有关。 例如小学科学课程标准：用韭菜治疗鸡瘟的探究案例观察和统计下落的树叶是叶面正面朝上的多，还是叶

18、面反面朝上的多？在确定探究的问题时，应注意的问题 例如：谁的纸飞机飞得远？用一张纸和一个用同样的纸折出来的纸飞机比较，看哪一个飞得远？ 不宜向儿童提出设计复杂系统的探究问题。 作出假设和预期 假设是对观察对象一个假定性的解释，或者说是对所提出的问题的一个推测性的回答。而且，假设之后必定有验证的活动，通过验证才能证实或证伪所提出的解释。 （1）作假设要有科学根据，而不是无端地猜测。对学生来说，这里所说的科学根据主要是指他们已经掌握的科学知识和生活经验。作出假设也离不开逻辑思维、联想等。 （2）作出的假设应该是可以通过科学探究来检验的，不可能被观察和实验检验的假设就不是真正的假设。 （3）作出假设

19、通常是科学探究的重要环节，但不一定是所有的探究所必需的环节。 预期是根据实验原理（或假设）对将要进行的实验（观察）的结果进行的预测。确认变量 要控制变量首先要确认变量，其次要知道如何测定变量。 实验中的变量包括自变量、因变量和无关变量。 自变量是指实验中根据实验目的需要人为改变的因素。 因变量是指随着自变量的变化而变化的因素。 无关变量是指除自变量外，实验过程中可能还会存在的一些对实验结果造成影响的因素。 设计可行的实验方案 设计与完善实验方案教师可以通过提问引导学生，如：为了搜集我们需要的证据，我们能做什么？我们需要做什么实验？这是一种好方法吗？这样做公平吗？我们能用其他方法吗？那可能好一点吗？我们做这个实验时需要一定的顺序吗？我们从哪儿能得到帮助？谁能帮助我们？实验组和对照组 如前面的案例：探究种子萌发的环境条件 许多作物在春天而不是冬天播种，提示我们温度过低不利于种子萌发。果真如此吗？为了检验这一假设，需要将种子置于低温条件下进行实验，看他们是不是真的不能萌发，这一组种子称为实验组。如果这组种子果真不萌发，是不是就一定说明上述假设成立呢？如果这组种子本身就不能萌发呢？如果水分的多少不合适