精心设计 多元发展
——对小学科学实验教学有效性的思考
嘉兴市实验小学 吴建伟
【内容摘要】科学实验活动是科学研究的基本方法和手段，是小学生进行科学探究的主要方式，在小学科学课的学习中有着极为重要的作用。笔者认为：通过注重凸现问题产生的过程、灵活选择和组合材料，适时适度地进行点拨，强调学生手脑并用与强化同伴合作交流等措施，有利于提高实验教学的有效性，从而有效培养学生的科学素养。
【关键词】小学 科学 实验教学 有效性
科学实验是科学探究的主要方式之一，是学生的一种有目的、有计划、讲方法的研究活动，是对科学研究的一种仿真，也是学生较高认知层次上的探究活动。小学阶段学生科学素养的提升、科学概念的建构主要是借助于实验探究这一载体来达成的，因此，提高实验教学效率是达成科学教育目标，提升学生科学素养的有效保证。如何提高实验教学效率？下面结合具体的课例来谈谈笔者的一些粗线看法。
一、 凸现问题的产生过程，为实验教学奠定成功的基础。
一个好的问题，能够引领学生主动而积极地达到预期的学习目标。当学生提出的问题多而杂时，应引导学生对问题进行整理，使探究的问题集中在一个特定的问题，而非一般的问题上，教师可将学生常常问的“为什么”的问题转化为“怎么样”的问题，这样就会使问题逐步凸现，为后续的实验活动指引了方向。
教学中，教师要关注探究问题的凸现过程，要具有较强的“过程”意识。如《声音是怎样产生的》一课，学生在听了很多声音后，教师问：“你们有什么问题？”学生不断地提出问题，教师不断地问……直到有一位学生提出：声音是怎样产生的？教师显得非常兴奋，“好，我们今天就来研究‘声音是怎样产生的’这个问题好不好？”对教学而言，问题是有了，但这个问题是教师逼学生提出的，是教材规定的，是教师主观提出的问题。这个问题并非真正来自儿童，因而探究活动从一开始学生就是被动地投入，其教学的效果可想而知。究其原因，是学生探究的问题缺少一个凸现的过程。
凸现问题过程，首先要求教师熟悉教材，掌握教材的基本思路，把握探究活动的科学内涵和教学内涵，了解新旧知识间的内在联系。同时，教师还应了解学生的现有认知结构状况和学生的智力水平，从而确立学生的最近发展区，使新的学习内容能够与学生已有的知识经验相联系，学生通过努力能够解决新的问题。
一、 灵活选择与组合材料，为实验教学提供强力的支撑
材料的选择与组织是上好实验课的首要条件，同一个观察实验，因为选用的材料不同，最后的效果可能是截然不同的。但是，材料并不是越多越好，也不是越好玩越好，教师应该从学生的角度出发灵活选用与组合探究材料，使学生能够顺利地通过对材料的探索获取对事物的正确认识。
1. 材料的选择要体现启发性
不同的材料预示着不同的现象，教师要善于精心准备有结构的材料，即通过安排一些暗含着能揭示自然现象或运动变化规律的材料，来创设有利于学生提出科学问题的情境，在教材内容和学生求知心理之间制造一种“不协调”，使学生原有认知与眼前现象发生强烈的冲突，造成学生意识中的矛盾激化，从而启发学生自己提出科学问题，并通过实验、观察等科学探究活动，揭示客观世界的运动变化规律。
有结构的材料是对自然现象或运动变化“浓缩”的材料。如一位老师在教《物体的沉与浮》一课时，准备了三组教学材料，第一组提供了木块、石块、泡沫、橡皮、铁钉、葫萝卜、牙签等形状、大小、轻重都不同的材料。学生实验后，发现物体的沉浮与大小轻重无关，与原有的认知（学生认为重的沉，轻的浮；小的沉，大的浮）发生矛盾，学生一脸的不解；第二组提供了大小不同重量相等的五个瓶子，实验后学生发现在重量相等的情况下，大的浮，小的沉；第三组提供了重量不同、大小相同的五个瓶子，实验后，学生发现在大小相同的情况下，重的沉，轻的浮。以上三组实验材料，在教学上有很大的启发性，使学生在探究中不断地否定自己，不断地激起学生揭示科学概念的兴趣，不断地激发学生去探究。
2. 材料的选择要体现自主性
当前，小学科学课堂一般都倾向于选择“有结构”的材料。材料都是由教师精心挑选，简洁实用，能有效地控制无关变量的干扰，学生也能非常顺手地使用这些材料进行自主探究，使课堂探究的效率大大提高。但是经常使用教师准备的“有结构”的材料也会给学生科学素养的培养带来不利的影响，因为它太有结构，学生信手拈来，拿来就可以做实验，做起来既顺手又好做，而课外实验探究时却是困难多多，失败多多。学生平时做惯了“简单”实验，到了课外实验，材料哪里去找？这么多无关变量谁来控制？长期如此，会给学生心理上造成课内外探究不一样的感觉，打击他们的信心。
我们的目标当然不是培养一群只会进行课内探究的孩子。所以我们在平时的教学中需要适时引导学生自主组合探究材料，这样才能为探究活动增添活力。例如，在教学《磁铁的磁性》一课的前一天，让每位学生准备3-4样不同材料做的小东西。课前，教师在每组的桌上放了一个盘子，让大家把东西都放进盘子里，在研究磁铁能吸哪些东西的时候，这些便成了最好的材料。这是一个很平常的课前准备，却能带来很多好处：一是减轻了教师备课的压力，十几个小组、每组十几种材料，如果要教师准备，那要花多少时间？二是学生准备的材料范围大，式样多，有利于增加实验的说服力。三是学生用自己的材料进行探究，积极性高。
三、适时适度地进行点拨，为实验过程提供有效的指导
实验是对未知世界进行探究的一项重要策略，而实验能否有效展开，就必须让学生明白为什么要实验、怎样实验等。因此，实验方案的制定或对实验步骤的指导是非常必要的，那种漫无目的、随心所欲的所谓探究，看似十分热闹，其实效率十分低下，学生走了许多弯路，最后尽管玩得很高兴，但能得到的东西很少。
1.通过问题引领指导学生设计实验方案
实验设计、验证的方案可由学生自己提出，教师适当地指导，学生的方案有对有错，对了要给予鼓励，错了要鉴别、分析原因，以帮助学生更好地认识问题、解决问题。当学生形成了较为完善的实验方案后，可以让学生根据自己的设计，到“材料超市”自行选择所需要的材料，学生在明确了自己为什么要使用这些材料后进行实验，能充分调动学生的积极性、主动性，这样，学生的实验就不再是玩，而是带着问题去活动的，是探究性的研究。
例如，《蚂蚁》一课中探究的问题：“蚂蚁是怎么认路的？”其中有一部分学生的猜想是：蚂蚁可能是靠气味认路的。如何设计实验进行验证？学生设计实验有一个思考的过程，教师的任务是使这种思考有序化。引导学生思考“气味可能留在哪里？”“气味留在空气中和留在泥土上的可能性谁大？”“能不能把蚂蚁走的路的一段做成活动的？”“把蚂蚁走过的路的一段换一块泥土会怎样？”……在教师的指导下，学生就能逐步形成关于“蚂蚁可能是靠气味认路的”这个假设的实验设计和验证的方案。然后让学生讨论好完成这个实验需要的材料，进行恰当的选择，继而完成实验。
2.鼓励学生质疑引导学生完善实验方案
教育学生对各种权威不盲从，大胆质疑，敢于提出自己的问题和看法。养成爱问“为什么”的习惯，用疑问的眼光看待各种现象，探究我们不知道的自然规律。教师应设法创造更多的机会，让学生质疑问题。
如探究“铁生锈和哪些因素有关”的问题，在学生提出铁生锈与空气和水分有关的假说后，我引导学生自行设计验证实验，并通过小组讨论、交流、全班交流，引导学生不断修改完善实验方案，从实验材料的选择、实验需要控制的条件、实验的方法步骤、实验的分组及实验的次数等方面对实验进行充分设计,使实验方案越发严密具有可行性，为顺利进行实验奠定了基础。
3．针对学生年龄做好探究方法的指导
科学实验是学生的一种有目的、有计划、讲方法的研究活动，是对科学研究的一种仿真。把握科学的探究方法是我们科学教育的重要目标之一，也是科学探究活动成功开展的关键。科学教师要以与学生平等的参与者的身份，做好对学生的探究方法的引导。
对低年级同学，主要采用“学中玩、玩中学”的方法。爱玩是孩子的天性，我们要把实验教学与“玩”结合起来，让他们乐此不彼的在“玩”中经历科学探究的一般过程和方法，学会观察。让他们玩出名堂，玩出水平，玩出真知。如在教学《观察蜗牛》时，把全班同学分成不同的兴趣小组，提了一些粗浅的要求。带领他们去野外捉蜗牛，饲养蜗牛，观察蜗牛的自然生存状态，从而准确全面地了解了蜗牛。教师适时地点拨，让他们从自由地玩到有意识地设计玩、创造玩。
对中年级同学，教师要积极引导学生把握实验的方向。设法促进他们在实验中积极思考，使学生由漫无边际的自然探究状态逐渐转入一个个“专题”探究中，进行有价值的实验探究。同时，要注意培养和激发学生的实验兴趣，使他们学会有目的、有计划地进行科学实验，能体验科学实验的方法和策略。
对高年级同学，教师要根据学生特点积极引导，向探究性学习的高层次——研究性学习转化，使他们通过小课题的学习，较为系统提出问题、作出猜想、查找资料、设计验证方案、实验、观察、记录、分析、作出结论、表达与交流。
四、强调学生手、脑并用，对实验现象进行深入的思考
实验时对学生进行精心指导，使学生掌握科学的观察方法，养成积极思考的习惯，才能把探究活动引向深入。
1．带着问题去操作
让学生明确实验目标，带着问题去操作，有的放矢，才能促进学生在实验中手脑并用，避免实验的盲目性。如在探究月球上的环形山的形成原因时，一些学生只知道用石子向沙盘里砸坑，他们玩得不亦乐乎。这样的实验操作学生究竟得到了什么发展？实验中老师如能让学生思考：为什么采用大小不同的石子？为什么要从不同的高度向下落？学生就能通过实验促进思维向纵深发展。
2．观察活动要注重思维的参与
观察不思考是造成目前实验教学低效的一个根本原因，学生思维的参与需要教师的引领。教师要善于抓住实验教学中的核心问题引导学生在实验中观察，在观察中思考，在讨论中交流，实现科学概念的自主建构。
例如在教学《物体在水中是沉还是浮》一课时，我紧紧抓住“物体的沉浮究竟与什么因素有关？”这一问题，引导学生做了四个实验，使学生在实验观察中不断地发现矛盾，并在矛盾中更深入地思考、讨论、实验、观察。
五、强化同伴合作交流，为实验探究提供有效的保证
组建和谐的合作探究小组，营造愉悦的合作探究氛围，抓住合作探究的核心，能使学生人人都参与到小组的合作探究过程中，使小组合作探究真正落到实处，从而为实验探究提供了有效的保证，发展学生的科学思维，提高学生的科学素养。
1．合理分组，促使实验探究
学生在小组合作学习中缺乏实验探究的主动性，除了学习兴趣等因素外，还跟没有合理分组并落实个人责任是有重大关系的。一般来说，教师在分组时要遵循“组内异质，组间同质”的原则，落实个人责任。这样既可以增加小组合作成员的多样性，同时又可以增加合作学习小组的竞争性。要确定每个成员的分工，角色可以经常轮换，这样做能让学生认识到各个角色的责任以及存在的意义，从中体会要想成功就得同舟共济。
每个成员必须明确各自所担任的角色，明白该为小组做什么。如在《研究摆》一课中，每个组员都有自己的一份任务，有做摆的，有计时的，有数数的，还有记录的，大家共同参与，缺一不可，最后学生深深地体会到合作的乐趣，因为对于这样一个任务，一个人是无法完成的，每个人都为实验的成功做出了贡献。
2．合作研讨，深化实验探究
合作前，要求小组同学间确定目标，明确分工，分步实施。合作时，教师要适当点拨，引导学生积极讨论并实践，让他们尽量发挥自己的想象力、创造力。合作后，要让学生畅所欲言，使学生认识到人多力量大，体会到合作的快乐，并对下次合作产生新的向往。交流时，教师要重点提示学生：学会倾听，不随便插嘴打断，努力听懂别人的发言；学会发言，要学会独立思考并围绕中心话题发言，看法要有理有据，语言要清晰，对别人提出的质疑要耐心解释；学会帮助，帮助他人要热情耐心，要善于启发他人思考。
3. 要重视集体交流与质疑
一个人的观察往往有限，通过集体讨论交流，可以分享彼此的观察，互相弥补经验上的不足。
在实验探究中，学生不仅观察了现象，记录下数据，还获得许多成功和失败的内心感受和体验。在实验观察结束后，教师要给予学生充分交流讨论的时间和机会，鼓励学生之间、组与组之间相互质疑，鼓励学生凭现象思考，拿证据说话，对实验的现象、记录数据等进行分析、处理，让学生获得共识，养成科学的思维方式和习惯，自主发现蕴涵在表象内部的实质性的规律。
实验后引导学生进行批判性质疑就是不依赖已有的方法和答案，不轻易认同别人的观点，通过自己独立思考、判断，敢于提出自己独特的见解，其思维更具挑战性。如教学《磁铁有磁性》一课时，不少小组实验后得出：“隔着木片磁铁也不能吸铁”的结论。此时教师引导组际质疑，其他小组纷纷提出不同见解，并用实验进行验证说明：隔着木片磁铁也能吸铁。同时提醒同学们注意实验的操作方法，不是磁铁吸引了木片再吸引铁。
总而言之，要使我们的科学实验教学更加有效，还有很多问题有待于我们在今后的教学中去发现、解决。在课堂教学中，我们要努力探索有效实验教学的方法策略，组织学生参与其中，亲历过程，自主地、充分地、有效地开展活动，从而培养学生良好的科学素养。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.全日制义务教育科学（3-6年级）课程标准[M].北京：北京师范大学出版社, 2001年7月.
[2]教育部基础教育司科学（3-6年级）课程标准研制组，《科学(3-6年级)课程标准解读》[M]，湖北：湖北教育出版社，2002年7月。
[3]张红霞，《科学究竟是什么》[M]，北京：教育科学出版社，2003年12月。