浅谈如何指导学生设计实验

浅谈如何指导学生设计实验

谷城县实验小学 王合建
科学课程标准中明确提出：“科学学习以探究为核心”。这是科学课教学应该遵循和体现的首要理念。探究活动的方式有多种，包括：观察、实验、制作、考查、调查、查阅等等。而这些探究方式中，观察与实验是最常用的科学学习方式。因为观察与实验是学生利用感官、通过亲自动手、或运用实验器材对自然事物进行研究的最直接方式。是学习科学知识的重要途径，是培养学生科学探究能力、科学态度和科学精神的重要渠道。同时，观察与实验并不是孤立的，实验活动往往离不开观察。
新课程实施多年了，科学课堂中的实验教学已悄然发生了诸多变化。与过去《自然》课相比，实验教学已由原来大多教师演示转为学生分组；由原来的难证结论实验转为探究问题实验。探究性实验以学生为主体，学生在一定的情景中提出问题，对问题进行合理地猜想，然后设计实验的方案，再根据方案进行实验，并对实验的数据和现象进行整理，从而得出研究的结论。在整个实验教学过程中，实验的设计尤为重要。因为这是学生开展实验探究的行动指南，是反映学生思维活动，培养学生探究能力的关键环节。因此，指导学生设计实验是教师义不容辞的职责。
一、目前设计实验环节存在的问题
1、忽略设计实验环节，直接动手做。设计实验属于动脑范畴。这个动脑是不可缺少的，因为没有一定质量的动脑，动手就会缺少目的性。许多教学案例证明：实验活动前，如果任务不清楚，
计划不充分，探究过程就会流于形式或杂乱无章，只有动脑到位，动手才可能更有成效。然而在实际教学中，有些教师并不注重设计实验环节，而是过分重视动手做。如教学《让灯泡亮起来》一课时，有的教师并没有让学生先在纸上设计、画出电路的连接方法，再让学生根据画的方法实际连接，看能不能让灯泡亮起来。而是直接将材料发给学生，让学生动手尝试怎样连接才能让灯泡亮起来。由于学生缺乏理性的思考，结果学生感到无所适从，大多数学生没有实验成功。
2、教师讲述实验方法，“设计”无从谈起。在平时的实验教学中，有些教师教学随意性强，或是缺乏引导技巧，往往将设计实验环节越俎代庖，自己承包下来。将发展学生思维能力的最佳时机放弃。如在教学“根的吸水实验”时，教师理应以问题的方式启发学生动脑筋设计实验。如：“根能否吸收水份我们无法直接观察，有什么办法能间接观察到根吸收水份”？当学生谈到可以将一株植物的根放入水中，过几天看水面是否会下降时，教师还应该引导学生思考：选择什么样的容器最好？怎样防止水分因蒸发而减少？使实验方案逐步完善。然而在实际教学中，不少教师却一人在讲桌前边讲解边演示，唱独角戏，教学没有交流。试想，这样的教学对学生能力的发展何益？
3、设计实验不严谨，致使实验探究无效。在科学课教学中，有一类实验叫做对比实验。小学科学课的对比实验一般是进行单因素的比较。要进行单因素比较，则必须设法控制其他可能有影响的因素，尽可能使这些因素完全相同，这也是对比实验的基本要求。在学生动手实验之前，教师应当引导学生设计科学严谨的实验方案。否则学生不能掌握对比实验的方法，更会导致实验的无效。如《加快溶解》一课，该课是通过对比实验研究“搅拌、加热、弄碎”是影响物质溶解的三个因素。实验之前，应当引导学生分析对比实验中的变量与不变量。如研究“搅拌”这种方法时，要让学生明确实验方法：同样多的两杯冷水，同时发入两块一样大的糖块，一个搅拌，一个不动。观察杯中糖块大小变化情况。而有的教师并没有与学生讨论清楚，就匆匆让学生选择某一个因素进行研究，结果学生根本不注意控制变量与不变量，随意去实验，表面看似热闹，实质完全违背了实验的科学性，学生没有从实验中得到真实的证据。
……二、指导学生设计实验的几点建议
1、创新问题情境，合理猜测，为设计实验打下基础。科学探究是有路数的。如果不遵循路数，学生的思维可能会受阻，教学将不能顺利推进。那么探究的路数是什么呢？一般是这样的：提出问题、预测、制订计划、探究、形成认识、拓展运用。在这个探究过程中，制订计划在实验课中其实就是设计实验。在设计实验之前，提出问题、预测这两个环节十分重要，它是设计实验的基础。如在《声音的旅行》一课中，要引导学生证实声音能通过空气传播，这就需要教师创设问题情境，引发问题，并启发学生对问题作出合理的猜测。如：老师手里生日贺卡的音乐是从哪个地方产生的？大家都能听到，声音是怎样跑到你们耳朵里去的？学生猜测：可能是通过空气传到我们耳朵里的？教师启发问道：你为什么认为是通过空气传播的？学生通过思考回答：因为贺卡的小喇叭与我们的耳朵之间只有空气。教学到这里，启发学生设计实验的时机已经成熟，于是教师问到：小喇叭发出的音乐是不是通过空气传播到你们耳朵里的，有没有办法证明？“逼”着学生逆向思考：如果教室里没有空气，还能不能听到音乐呢？此时教师再演示“波以尔”实验。使学生受到一次完整的探究学习体验。
2、把握学生探究能力，合理发挥教师指导作用。学生设计实验离不开教师的指导。教师指导的力度应依据实验难度和学生探究能力状况而定。有些实验本身难度较大，依靠学生的能力可能无法设计出来。这就需要教师直接提出实验方法步骤，让学生按要求开展实验，收集证据。如在四年级教学《是谁制造了风》一课，做风的形成的模拟实验，如果让学生去设计，在没有大量事实以及正确预测的情况下，他们不可能想到制造“温差”的环境，更不可能想到用风的形成实验箱来做实验。为了降低探究难度，顺利推进教学，教师不妨直接出示实验装置，提出实验的方法步骤，让学生认真观察烟的流动情况。再如《声音的旅行》一课中，教师出示一杯醋，让学生设计实验证明声音能在醋中传播。有的学生谈到“用筷子敲打杯子的内壁”，有的学生说“用手弹杯子的外壁”。其实这些方法都不能证明声音能在水中传播。这时教师应该发挥指导作用，启发学生思考：要证明声音能不能在水中传播，必须让声音在水中产生，我们在水的外面听才行。有什么办法让声音在水中产生呢？这样一来，问题就迎刃而解了。
3、适时提供材料
，最大限度培养学生设计实验的能力。学生设计实验的能力是学生科学素养的重要内容。而实验能力的培养与教学材料的提供时机密切相关。我不提倡那种将材料一骨脑放在学生桌面上，用材料启发、暗示学生设计实验的做法（或者说这是一种低层次的做法）。而应该在学生设计实验的基础上，有需求的情况下再提供给学生材料，这样对学生思维的磨练更有益。如在教学三年级《怎样使水变清》一课时，当学生根据生活经验提出可以用“纱网或布过滤、用勺子打捞、用明矾凝聚”等方法后，我让学生根据本组的需要到前面领取材料。当学生通过实验还没有将水弄清时，他们认为可能是这些纱网和布的孔隙太大，无法去除细小的杂质时，我启发他们思考：还有哪些材料比布的孔隙还小？在学生举例后，我给他们提供了早早准备好的自制过滤装置，将水彻底弄清了。在净化这杯水的过程中，学生设计实验没有受到材料的启发，是一种自主的探究，有效的培养了学生解决问题的能力。
4、树立严谨的科学态度，使实验方案科学完善。在前面我们例举了《加快溶解》一课案例。这个案例中的教师还没有让学生掌握对比实验的基本要领，就让学生开展实验，结果使探究无效。我们在实验教学中，教师一定要心中有数，通盘考虑实验的方方面面，如：实验操作性怎样？怎样引导学生设计？当学生设计不完善怎么办？实验时要注意什么？而这些方方面面都应该充分发挥学生主体地位，让学生在质疑、互补中使方案趋于科学完善。
5、树立开放的课堂意识，使实验方案多样化。设计实验环节往往更能展示学生的思维火花和创新能力。教师应该善于抓住机遇，挖掘学生的创造潜质。如在教学《磁铁的两极》一课，教材中有一幅图，画的是一根条形磁铁，在磁铁的两头各吸了一长串大头针，而中间只吸了一两根大头针。意思是引导学生通过做这一实验研究磁铁不同部位磁力的大小不一样，从而认识到磁铁两头磁力大，是磁铁的两极。实际教学时，教师应该有意发散学生思维，如：除了刚才谈的这种方法，还有其它的方法吗？你们认为这些方法可行吗？学生会提出不同的实验方案，绝不会仅限于教材上的思路。只要是可行的，教师都应该给予鼓励和肯定，并让学生付诸实践。实验方案多样化，反映了学生活跃的思维，教学才会出彩。
最后，科学教师要特别注重平时的家常课，将设计实验环节落实在每一节实验课中，发挥好教师指导者的角色。只有长期坚持，学生的科学素质才有可能提高，教师的教学艺术才会厚积薄发。