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關鍵詞:小學科學; 實驗設計; 研究
中圖分類號:G623.6 文獻標識碼:A 文章編號:1006-3315(2013)11-083-001
小學科學實驗的設計與實施實際上是小學科學正常進行的重要保障和后備力量。只有在科學實驗的成功開展下,兒童才會對科學產生興趣,從而主動的進行科學探究活動。
一、小學科學實驗設計綜述
1.小學科學實驗設計目標
1.1傳授學生科學研究方法。小學科學實驗設計要求之一就是傳授科學研究方法。在實際的科學實驗教學過程中,教師須著重培養學生獨立思維及其實驗技能,使其從一開始就養成良好的實驗習慣,并督促其保持下去。與此同時,在具體的實驗過程中,教師須向學生詳細講解實驗設備及儀器的準確操作、實驗設計的方法及實驗過程中的注意事項等相關知識。在實驗完成之后,科學地總結并分析實驗結果。如此一來,才能夠保證在真正意義上啟發和引導學生從直觀生動的實驗現象中,上升為抽象的思維理解,進而促進學生創造和創新能力的挖掘和開發。
1.2培養學生主動發現問題能力。常言道,興趣是人生最好的導師。只有充分發掘學生對實驗的興趣,培養學生主動發現問題的能力,才能夠讓學生在實驗過程中收獲到更為印象深刻的知識。培養主動發現問題的能力,這不但能夠幫助學生發揮自身的潛能,同時能夠讓學生在更深層次上感受到學習實質上是出自內心深處的一種自我需求,從而產生源源不斷的內在學習動力。
1.3擴散學生探索創新思維。為了擴散學生探索創新思維,教師在教學活動中要通過指導學生分組實驗、激發學習興趣、啟發設計實驗、組織觀察討論、歸納概括總結、強化記憶、擴散思維等方式來完成學生創新思維的培養。比如為了進一步掌握一類物質的共同特征,教師可以運用投影與實物相結合的教學手段,讓學生從多種物體中辨別出單一物質,既做到了新授知識與生活實踐相結合,同時,也擴散了學生的思維,使學生的知識水平和認識能力得到了提高。
2.小學科學實驗的具體設計
小學科學實驗的具體設計基本實驗、基礎實驗、生活實驗和探究實驗四種。
2.1基本實驗。該類別的實驗是科學實驗的起步階段,主要內容是展示小學生能夠接觸到的科學領域內的基本設備和儀器,通過一定的實驗,要求學生能夠較好地掌握基本材料、物品類別及基本儀器的操作方法。在實驗結束之后,學生必須能對之前的實驗目的、方法、步驟及其結論作出準確和完整的表述,記住實驗過程中涉及的規范操作,最后能夠對實驗現象作出正確、合理的解釋。
2.2基礎實驗。基礎實驗在基本實驗的基礎上進行,該類別實驗的主要內容是引導學生對小學科學中的經典理論進行印證實驗。
2.3生活實驗。生活實驗必須基于學生已經具備良好的基本實驗和基礎實驗的技能掌握的基礎上,具體來說,就是學生已經對實驗對象的觀察和研究、實驗儀器的操作和使用以及實驗結論的總結和概述都有了較好的提升,才能夠實踐生活實驗。
2.4探究實驗。探究實驗可謂是科學實驗的最高境界,同時也是科學實驗的最終歸宿。探究實驗的主要任務便是培養學生主動發現問題的能力,觀察實際生活中的環境,對生活中不明了的問題提出勇敢的猜想和假設,運用自身掌握的知識和技能,大膽地創設情境,自主設計實驗方案,解釋現實現象并形成具有創新性的實驗結果,真正做到實踐與理論的完美結合。
二、小學科學實驗設計的案例分析
本文所用的是義務教育課程標準實驗教科書六年級下冊科學第一單元第2課――《杠桿的研究》一課時的案例,實驗是加深學生杠桿知識點的理解。
1.案例
1.1實驗目的。對于簡單機械我們若能認識到它的規律,就能通過利用它來簡化生活中的問題。通過實驗,我們能夠利用觀察和動手操作,幫助學生更好地掌握這一課的教學重難點。
1.2教學片斷
(1)創設情境,提出問題。教師無意間把筆丟到了講臺下就試著搬動講臺來找,并邀請學生來進行幫忙。在學生用盡力氣還沒辦法的情況下提出問題:能不能利用工具來完成?用吊機吊、把桌子、用滑輪吊……(請學生出謀劃策)
(2)實驗步驟。①教師給學生介紹一種非常簡單卻能輕松完成工作的工具――杠桿。解釋杠桿的含義:在一根棍子下面放一個支撐物就可以用它撬起重物,人們稱這樣的棍子為撬棍,科學名稱即杠桿;②示范用杠桿來撬起講臺,拿起掉下去的那支筆;③出示提前制作好的圖片:一個杠桿,并標出支點、用力點阻力點。并附三個部分的定義;④再出示生活中利用杠桿的工具圖:壓水井、蹺蹺板,請大家在上面畫一畫,標出三個點的位置。再展示給學生一些并不是利用杠桿的工具圖,讓學生來分辨哪些是杠桿,哪些不是杠桿?并說出自己的看法。讓學生體驗杠桿的組成和變化,并說出自己的看法。
(3)歸納總結。
師:大家的觀察都很細心,下面我們就要進行討論:什么是杠桿,為什么要利用杠桿?
生(回答):依靠支撐物能夠撬起重物的木棒就是杠桿,用杠桿能夠省力。
師:這位同學杠桿的定義是沒錯的,但是同學們,用杠桿都能省力嗎?
生:討論發言。
2.分析
很顯然,每個步驟環環相扣,步步深入,使得學生的認知由淺入深,由表象認識到內在掌握。在教學活動過程中,教學目標和實驗設計要求是相互滲透,同時完成的,而非按照先后順序依次完成。
實驗過程都是當堂完成,整個教學活動過程中,學生手腦合作,對于素質教育的全面開展起到了很好的促進作用。
三、結語
簡而言之,小學科學實驗教學是科學教學的重要組成部分。作為一名科學老師,必須保持“終身學習”精神,努力提高自身的科學素養和教學水平,致力于小學科學實驗教學有效性的不斷提高,在真正意義上實現科學教學質量的提高,實現素質教育的貫徹和實施。
參考文獻:
關鍵詞:科學課;小學;實驗;教學方法;探討
中圖分類號:G632 文獻標識碼:B 文章編號:1002-7661(2016)18-220-01
小學科學課大量的篇幅是實驗,而實驗又是科學課的重要組成部分,是培養學生動手能力、訓練能力、創新能力的基本途徑。而現在農村的科學實驗教學實際狀況離這一目標的完成相差甚遠:學生動手能力不是很強、創新能力比較缺乏,對實驗設計、方法、步驟是只知其然、不知其所以然。直接影響了教學效果,特別是對學生觀察能力、提出問題、分析問題、解決問題能力的培養達不到教學目標中的要求。耐人尋味的是,一些學生對實驗結果對答如流,實驗操作卻不盡如意,而對學生觀察能力、分析問題、解決問題的培養正是實驗課應完成的主要任務。那么,怎樣解決這些問題呢?筆者認為需要改進科學課實驗教學方法。根據教學經驗,筆者認為可以從以下兩個方面著手:
一、轉變觀念,建立以全面發展為基礎,培養學生科學素質為重點的實驗教學目標
在科學課中,每個概念的建立,每個規律的發現,都需要堅實的實驗做基礎。因此學生在實驗操作中會發現理論課上遇不到的問題,通過分析、反復嘗試,尋找解決問題的方法。這一解決問題的過程對學生而言是一種綜合性、和諧性的發展過程,其中,科學實驗能力、解決實際問題、探究、創新能力均得到了發展,這些能力正是科學課的核心。所以,實驗課與理論課是相輔相成、缺一不可的。根據實驗教學這一特點,科學課的發展狀況,實驗課教學目標除了鞏固認識和培養實驗技能外,還應包括:
1、培養學生的科學探究能力,如觀察能力、思維能力、實驗操作能力、創新能力等。
2、使學生了解科學實驗方法,如實驗設計方法、實驗研究方法、科學思維方法和儀器使用方法。
3、培養學生的科學意識、精神。實事求是的科學態度、獨立自主的思想意識和追求科學真理的不懈精神和創新精神等。為了實現這些目標,就應轉變觀念,應給學生提供一個寬松、和諧的實驗環境,使學生的情緒、情感處于一種積極主動的狀態;應鼓勵學生在實驗中大膽提問、大膽設想、大膽選擇、大膽創新,使其不拘泥于實驗方法或實驗步驟,給他們更多的選擇自由。
二、優化實驗教學模式,尋找解決困境的突破口
以往單向傳輸的操作模仿式教學,是同片面強調鞏固知識、獲取技能的實驗教學目標相適應的。這種教學方式不利于學生獨立性、主體性、創造性發揮是有目共睹的。因此,要使實驗課實現多重教學目標,就必須改革、完善現有的實驗教學模式,實現四個方面的轉變。
1、使學生積極參與到實驗中來。變被動為主動。讓學生參與實驗的準備,實驗課的管理、實驗計劃的規定。這樣有利于加深學生對實驗過程的了解、實驗作用的理解,使學生變為要我做實驗為我要做實驗,同時,在一系列參與過程中,學生的能力也得到了發展。
2、不應只重實驗結果,更應看重實驗過程。實驗過程中,手、腦的結合可使學生在掌握知識、方法、技能的同時也得到態度、意識、能力的培養,即獲得了綜合性、協調性的發展。這是理論課替代不了的,也正因為如此,我們應加強學生的實驗操作環節。首先,時間上應確保這一環節的完成;同時,應鼓勵學生自己嘗試不同的實驗方法或實驗材料,如,觀察“比較聲音強弱的變化”實驗中,除了教材介紹的用鋼尺做實驗材料外,可讓學生用塑料替代鋼尺來做實驗。當然,學生自己嘗試可能有不正確的結果,但靠自己獲得“為什么”的道路要比接受現成的“是什么”更有意義。成功的實驗不一定是得到了正確結果,更重要的是參與和體驗了探究過程。
3、教師應從監管者變為引導者。教師是引導者,引導學生的實驗,解答學生在實驗中遇到的困惑,而不是監督者,監督學生是否講話、是否按規定的步驟操作、是否損壞了東西等。教師不要過多地干涉學生的實驗操作,要放手給學生自由,改變那種“一放就亂”的舊觀念。學生在實驗中可以互相幫助、討論,甚至爭論。
4、采用各種激勵措施,讓每位學生都進行實驗操作。改變做不做實驗都一樣、做不好不如不做的怪現象。教師在實驗中或試驗后提出一些與實驗過程有關的問題讓學生思考,從而使每一位學生都能體驗一種動手實驗的快樂。同時,應獎“勤”罰“懶”,褒獎“做”的、批評“看”的,形成一種“做”比“看”好的實驗氛圍。
總而言之,科學課是一門以實驗為基礎的學科,實驗是學生獲取知識、進行知識創新的重要手段,是培養學生的科學興趣、科學態度、提高學生科學能力的重要途徑。作為一名小學科學教師,需要充分認識到做好小學科學課實驗教學的重要性,并對教學方法進行不斷的探討。農村實驗教學方法的探討是多種多樣的,關鍵是我們的一線教師要克服實際困難,做教學的有心人,努力提高自身教學水平,使實驗教學不理想的現狀得到進一步改善,努力提高科學課的教學質量。
參考文獻:
[1] 胡祥海.科學課實驗教學中的問題與對策――以《蠟燭的變化》為例[J].江蘇教育研究,2016,16(06):61-63.
一、隨時成記
科學實驗結論的得出,必須來源于孩子們在親歷科學實踐活動中獲得的第一手資料和實驗的結果。而論證中引用的佐證材料一般只作為參考,不能作為科學實驗結論的直接依據,孩子可以總結一下自己的看法,但這些看法也必須嚴格以學生親身實驗的結果為依據,絕不可置科學實驗的結果于一邊,空談理論,這不但沒有任何科學意義,而且也是與科學實驗客觀性相違背的。《科學課程標準》指出:“讓兒童親身經歷科學活動的全過程,親自收集和獲取資料和數據……”。因此在課堂實踐中,我經常鼓勵學生在親身經歷實驗的基礎上及時記錄下所見、所聞、所感、所思,并要求孩子盡可能地提出一些合理的建議,為進一步的探究指明方向。
如在《植物的葉》一課中,我讓學生在比較葉的相同和不同時,學生先看一看同一種樹的樹葉和不同樹的樹葉,再摸一摸葉子的表面與四周,然后用放大鏡再看一看葉子的內部結構,聞一聞葉子氣味。誠然,這是學生建立真實感知所必須經歷的教學過程。孩子們的小手在一片片樹葉間游走,他們用眼睛小心地“觸摸”每一片葉子,他們的鼻子貪婪地吮吸不同葉子的氣息……學生的五官積極參與了觀察葉子的整個活動,甚至學生都能看出不同葉的葉脈走向不同,摸出不同葉的表面光滑程度的不同,聞出不同樹葉的不同清香。由于學生是全身心投入到葉的觀察活動的過程中,因此對于所研究物體的細節就有了更多的有價值的發現,這時孩子們所記錄的一定是最具科學價值的。
二、寓樂于記
小學生具有很強的的好奇心,但這種好奇心大多只是對事物的表面和感官現象做出的反應,它是瞬間的甚至是無意思的行為。在平時活動中我們經常發現,實驗材料的魔力遠遠地大于教師,而因“醉心于實驗”而將記錄單忘于九霄云外的學生也大有人在。所以,作為科學活動的組織者、引領者的教師要充分創設條件,引導孩子在進行科學探究活動的同時,還要指導孩子快樂記錄,不要讓科學記錄成為孩子們的負擔,從而草草收場,或課后補寫,走走過場。教師應該通過科學活動激發孩子內心真正的需求,使“記錄”成為科學探究活動的必要環節,呈現探究成果的重要方式,讓孩子感受到自己的探究是有價值的行為。
如執教《種子的萌發》一課時,當我指導學生觀察蠶豆種子的內部構造時,發現不少孩子在記錄時,不時撓著頭皮不知如何描述。這時,第四組的張大偉同學舉手向我提意見:“老師,蠶豆種子的胚根胚芽的樣子我說不清楚,可不可以直接把它貼在我的記錄紙上?”孩子們在探究的過程中,將自己的發現和現象記錄下來,這是科學探究活動所必須的,但孩子們年齡小在描述和記錄現象的過程中經常會遇到這樣或那樣的困難。就像上述活動場景所提到的,很多孩子對科學活動現象怎樣用語言來描述,如何組織文字來表達會遇到一定的困難。如果教師在記錄中要求孩子用較多的文字來記錄,反而使他們失去記錄的熱情與興趣。對此,我們在記錄的設計和使用過程中,要依據兒童的身心發展的一般規律,注重趣味性和科學性,讓孩子選擇自己喜歡的記錄形式,如文字、畫圖、表格、日記、解釋、報告、圖片、實物粘貼等,讓孩子享受科學記錄的樂趣。
三、三思后記
在《水結冰了》一課的教學中,學生用溫度計測量“水在什么時候結冰”,正在這時,我發現第一小組的孩子發生了爭執,而且聲音越來越大。我剛走過去,一個孩子舉手報告:“老師,他涂改了記錄單!”那個被舉報的孩子紅著臉辯解:“他的記錄寫錯了,與書上的不一樣,我幫她改過來。”我們知道,當環境溫度低于零度,水的溫度下降到零度時,開始結冰,從液態狀態變成固體狀態。但是,這個小組測量的結果是-1度,爭執由此產生。特級教師章鼎兒指出:“先做出了一個結論,再進行調查研究,收集的數據與結論不符,就再調查,再實驗,這不是科學實驗。”在科學實驗中,實驗數據不僅僅是幾個數字,教師應當幫助學生理解每一個數據的意義,把抽象的數字還原為具體的實驗內涵。只有這樣,實驗數據才不只是干巴巴的數字,才能成為鮮活而有生命力的證據,服務于孩子的探究。而對“特殊數據”的發掘,是培養學生善于質疑的科學態度的有效途徑。后來,我引導學生開展質疑研討,推測原因,再驗證假設,終于發現“特殊數據”是實驗條件改變而造成的。一張記錄單,使學生經歷了觀察、反思和改進等思維過程,有效地將知識內化為自身的經驗和思維形式,培養了學生科學的實驗態度,也建構了更真實的科學課堂。
科學研究記錄不只局限于記錄課內的實驗,孩子們應用更多的是課后的觀察記錄,由于篩選能力有限,不少孩子把研究記錄當做了一個“筐”,把觀察到的現象、實驗的結果、測量的數據等等,不管需不需要,正確與否,一股腦兒全記錄下來,記錄紙成了“大雜燴”。所以,教師要加強對學生實驗記錄的指導,如:記錄學生原來的想法和實驗研究之后的想法;記錄學生在實驗過程中收集到的相關數據和現象;記錄學生在課堂上有新發現、新爭議的內容;記錄實驗程序性的內容等等。記錄單真實清晰地展示出了學生的科學探究之路,從記錄紙上我們就能知道學生的假設內容、搜集到的證據和得出來的結論等。所以,學生的科學活動記錄以什么形式出現,要求學生記錄些什么內容,教師須細心推敲。
四、記貴有恒
小學生年齡小,做事缺乏耐心,不能持之以恒,這是很正常的。在日常教學中,我們發現孩子們在剛剛開始動手實驗時興趣濃厚,熱情高漲,但這種興趣與熱情往往持續性不夠,維持不了多久,或馬虎了事,或半途而廢,甚至于連記錄單也“不翼而飛”。這時就需要我們加強引導力度,對學生的學習任務全程追蹤和指導,幫助他們完成學習任務。為了鼓勵學生堅持記錄,我經常在班級中進行一些激勵活動,如墻報展示、評比“優秀記錄員”等,并將獲獎情況公布在學校網站上。通過不同的激勵方式,激發學生的成就感,變著花樣引導學生堅持記錄,培養他們的責任心、自信心,磨練他們的意志。
1 為知識點的落實精心設計實驗
科學教學不僅是知識的教學,而且還包含了培養學生愛科學、學科學、用科學的興趣和能力。因此,在教學中要依據科學教學應具備的科學、廣泛、基礎、實踐、趣味和可接受的“六性”,在注重實效的前提下,盡可能地通過觀察和實驗,啟迪、誘導學生自行去探求和應用知識為出發點,來設計實驗,力求自然教學達到“一舉多得”的目標,而不是單純地向學生灌輸現成的知識。例如,在教學《是誰制造了風》一課時,筆者做了一個小實驗。用一個小碟子,裝了小半碟酒精,點燃后,用一只不透氣的塑料袋罩在上面。一會兒,塑料袋動起來了,松手后,塑料袋飛到了天花板上,教室里立刻沸騰起來了!有的學生說:“要是沒有天花板,塑料袋不就會飛到天上去嗎?”為了證明學生的猜想,筆者轉到教學樓前的水泥路面上又做了一次實驗,塑料袋飛到了很高的地方。回到教室后,學生七嘴八舌地提出了不少的建議:“酒精再多點兒,塑料袋不就會飛得更快、更高嗎?用彩色的塑料袋就更好看了……”由于@一課的實驗做得非常成功,知識點的落實、觀察能力和學習興趣的培養、創新精神的啟發諸方面都取得了良好的效果。
2 注重引導示范作用規范操作實驗
實驗教學中使用的演示實驗,是學生非常感興趣的,整個演示過程,都是在學生注意力高度集中的情況下進行的。教師的每一個動作,都必然會給學生留下深刻的印象。所以,教師在演示實驗中必須要規范的操作,只有這樣,才能起到引導示范的作用。例如,在教學《下雨啦》一課時,筆者在做雨的形成模擬實驗過程中,采用慢動作,一步一步地做給學生看,當學生看完后,很快就將這個實驗的步驟歸納出來了。
3 用實驗引入新知識突出重點
科學教材中每一課的教學內容都有重點,抓住教學重點選擇實驗,就可以順利地引入新知識,達到事半功倍的效果。例如,教學關于植物莖的作用這部分內容時,其重點是“莖有運輸水份和養料的作用”。然而,這個重點知識是很抽象的,既看不見,又摸不著,怎樣才能讓學生直觀地看出莖的作用呢?在課前準備中,筆者剪了一截垂柳的莖,將它剖為兩半,分別插入裝有紅、藍水的兩根試管里,用紙將試管完全包住。上課時,筆者先讓學生觀察,他們發現:同樣的垂柳枝出現了不同的顏色。接著讓學生思考:“這是為什么呢?”再讓學生撕掉包在試管外的紙,學生知道同樣的垂柳枝由于插在不同顏色的水里,才會出現兩種顏色。最后,筆者在學生的驚疑中提出:“紅、藍水是怎樣被吸進柳枝中的?”學生馬上齊聲回答:“是靠莖吸收進去的。”接著,筆者揭示了課題,從而順利地引入了新的知識。
4 動手操作培養實驗操作技能
科學課的教學過程是師生雙邊活動的過程,學生親自動手操作是科學實驗教學中不可缺少的環節。學生動手操作,不但能鞏固知識,還能培養實驗操作能力。因此,教師在實驗過程中,要巡回輔導,及時發現學生在實驗中出現的問題,予以糾正,進行反饋,并讓學生再次實驗。這樣的實驗教學不但加深了學生對所學知識的理解和記憶,還能鞏固所學的新知識,達到學有成效的目的。
例如,教授凝結的知識時,學生在分組實驗時,有一個組出現了數量、溫度相同的水結果實驗現象也相同的問題。筆者在巡回指導過程中,發現了這個組與其他組的實驗結果不一樣,便立即在演示臺上演示這個實驗,并指導該組學生再做一次。結果出現了預期的實驗現象,使學生明白了:如果兩塊蓋杯口的玻璃片本身的溫度不同(一塊熱的,一塊冷的),就會導致實驗的結果不同;如果這兩塊玻璃片的溫度是一樣的(都是熱的或者都是冷的),那么就會出現相同的實驗結果。采用這種實驗教學的方法,使學生不僅理解了凝結的概念,還進一步培養了學生的實驗操作能力。
5 激發學生運用新知識開展趣味實驗
在實驗教學中,趣味實驗既能激發學生的學習興趣,又能促進學生積極思維,培養學生主動探索和運用新知識的能力,使學生把學到的知識應用到實際中去,切實做到:應用新知,激發興趣,獲得了“一舉兩得”的效果。例如,在學生學習了關于摩擦力的知識后,筆者即興啟發學生用已學過的知識找出原因和解決這個問題的方法。學生就根據摩擦力大小的因素,找到了黑板寫字打滑的原因是這個地方太光滑,粉筆寫到這里就滑過去了,所以寫不上字。于是就有學生從家中帶來砂紙,將這個地方打磨一遍后,再刷上油漆,漆干后寫字,就不打滑了,使問題得到了妥善的解決。
6 因陋就簡不斷充實實驗器材
1.以觀察為主的實驗:猜想引導細致觀察
評判一項科學研究是否科學,首先不在于你的理論有多高深,而在于你的觀察資料有多真實。訓練孩子們觀察得細致、準確是非常重要的教學內容。[2]本文所論述的“觀察為主的實驗”,主要指實驗中涉及的操作技能簡單,學生的操作沒有困難,重點是期望孩子在操作過程中仔細觀察實驗現象,發現問題或搜集證據,進而深入研究感興趣的未知科學秘密的實驗。因此進行此類實驗之前,有沒有適時、適度的猜想,直接影響著學生的觀察活動,進而影響實驗的成效。
以蘇教版小學科學三上“空氣占據空間”學習內容為例。(以下所涉及的教學內容均為蘇教版小學科學)
教學A:(不組織猜想)
師:(演示)把一團報紙塞在玻璃杯底部,再將杯子倒著豎直放入水中,仔細觀察有什么現象。
(學生分組實驗)
師:實驗中你觀察到什么?
生:把杯子豎直放入水中,沒有什么變化!
師:沒有變化的意思什么?
……
師:報紙濕了嗎?
生:沒有。
師:為什么會這樣呢?
……
教學B:(組織猜想)
師:(演示:把一團報紙塞在玻璃杯底部。)如果把杯子倒著豎直放入水中,可能會出現什么情況?
生:可能會有[dylw.net提供專業寫作論文和論文寫作服務]氣泡冒出來。
生:報紙變潮濕。(為什么?)因為水會慢慢漫到杯子里,再接觸到報紙。
生:報紙不會濕,因為杯子里有空氣,水根本進不去。
師:大家能大膽提出自己的看法都非常好,不管對和錯,都說明我們能像科學家一樣認真觀察,仔細分析,想通過自己的努力解決問題。
(學生分組實驗。)
師:實驗中你觀察到什么?
生:報紙沒有濕。(能說完整嗎?)杯子倒著豎直放入水中,報紙根本就不會濕。
師:報紙沒有濕說明什么?
生:水沒有進入杯子。
生:水進去了,只不過只進入了一點點,沒接觸到報紙。
師:觀察真仔細,水為什么不能接觸到報紙呢?
生:杯子里有空氣。
生:杯子里有很多空氣,把水和報紙隔開了。
……
從以上兩個片斷我們可以看出,動手實驗前的猜想可以幫助學生明確觀察的角度、側重點、邏輯次序,這樣在觀察中就有了一個思維主線,觀察能更全面、更細致。教學A只教給實驗方法,沒有猜想活動,學生實驗中的觀察就漫無目的,沒有強趣味性現象刺激,學生的實驗僅僅停留在“玩玩”的原有水平,沒有思維過程,交流環節學生就無話可說。教學B,經過猜想活動,學生充分調動了前概念:“空氣是真實存在的”、“水的流動性”、“空氣在水中會有氣泡”等,這些都是學生的原有認知,實驗活動在此基礎上展開,學生的觀察就有了自我的視角和側重點,并且觀察中有比較、有反思,實驗后就有話可說、爭著說。甚至實驗中的一些微小的細節也被學生清晰地關注到,如“水進去了,只不過只進入了一點點”,這雖然對建構“空氣占據空間”概念幫助不大,但卻是下一個概念“壓縮空氣”研究的重要切入點,問題不斷生成,探究活動也就得以不斷延續和深入。
2.以方法為主的實驗:猜想引領創意操作
實驗方法的本質在于它是人們根據一定的研究目的,運用適當的物質手段(科學儀器和設備),人為地控制模擬或創造自然現象,使之以純粹、典型、精確、系統、明顯的形式表現出來,從而獲取人類經驗的方法。[3]以方法為主的實驗(此處論述的側重點是學生已具備實驗中的操作技能),整個過程中,教師對研究的問題不預先設計實驗步驟、方法和過程。學生以所學的知識和實驗技能為基礎,根據自我研究的需要,設計個性的研究方法。針對此類實驗,猜想環節的目的是引導學生能明晰自己的設計依據,并且對他人的設計進行借鑒或質疑,用批判性思維去審視不同方案,利于學生在動手操作中及時調整思路,完善自己的方案,更好地完成實驗。
例:《建橋梁》,實驗操作難度不大,關鍵是根據自己的原有認知,設計出自認為承受力最大、有創意的形狀,并通過實驗驗證,尋找形狀與承受力之間的關系。具體過程:在學生發現用一張紙建成“——”形狀的橋梁不能解決問題時,適時引導學生討論:“你還能設計出其他形狀的橋梁嗎?”“你認為這樣的設計承受力大的理由是什么?”“怎樣比較設計出的橋梁形狀哪種承受力大,能讓小車通過?”讓學生理清對比實驗的注意點,然后放手盡早滿足學生進行探究活動的愿望。
經過之前的猜想,學生對研究形狀與承受力之間關系的實驗方法有了更多的了解,在實驗中不但能快速完成自已設計的實驗,而且更注重不斷改進方法,不斷重新實驗,尋求更成功的實驗設計,使得實驗研究更開放、更自由。
3.以測量為主的實驗:猜想規避錯誤數據
這類實驗主要是定量研究的實驗,實驗中往往要借助工具測量得出具體數據。工具的正確使用、使用的時機、各種變量的控制等等因素,都會影響著數據的準確性,有時可能得出的數據誤差 過大,有時獲得的甚至是錯誤的數據。針對這些可能出現的問題,組織合理的猜想活動,可以幫助學生對實驗中可能得出的數據,進行一個基于自己常識經驗的大體判斷,從而規避實驗中因為材料、操作方法、記錄等因素造成的錯誤數據,并盡可能地減少實驗中的誤差。
例:《固體混合》,100ML黃豆,100ML綠豆,100ML小米,三樣物體混合后體積會有變化嗎?我們成人都知道,混合后體積不會大于300ML,不會小于100ML。(其他物體可能有特殊情況,另當別論,如混合在一[dylw.net提供專業寫作論文和論文寫作服務]起會產生化學變化的物質)但兒童在實際的科學實驗中,即使出現了大于300ML的數據,他們也很少會質疑,他們只相信自己親自動手操作、親眼觀察記錄的數據,至于其中的操作是否正確、實驗器材是否有問題則往往被忽略。教學中出現這樣的情況,通常關注過程的老師會組織學生重新審視實驗,找到錯誤的原因,然后再重新實驗;只重結果的老師會以“少數服從多數”的原則,肯定正確答案,讓有錯誤的小組“課后研究”,甚至直接宣布這小組“你們肯定操作錯了”。
如果實驗前組織學生猜想:你們認為三樣物體混合后體積會有變化嗎?可能會怎么變化?(不變、變小、變大)你是怎么樣想的?學生根據常識認識到:①黃豆、綠豆、小米混合到一起,每一種物體都會保持原樣,不會像鹽在水里一樣會溶解;②黃豆、綠豆、小米混合到一起,只要我們認真實驗,每樣物體都不會少了幾粒,更不會多幾粒;③黃豆、綠豆、小米混合到一起,沒有水,不會被泡大了。從而形成對混合后體積的大致認識,同時也初步了解到,有一些物體混合在一起,體積一定會變大。(如,大米煮成米飯、面粉加水烤成面包等)實踐證明,通過這樣的猜想活動,學生面對異常的數據,會主動反思實驗過程,從而主動規避錯誤數據。
4.以想象為主的實驗:猜想建立虛實聯系
愛因斯坦說過:“想象力比知識更重要,因為知識是有限的,而想象力概括著世界上的一切,并且是一切知識的源泉。”在童年時期,想象性游戲是兒童最初的活動之一,如果不在學校,它就在好玩的沙堡建筑中;在“好人和壞人”的情節中;在地下室或后院的喬裝打扮游戲中。[4]想象思維活動在科學探究過程中是學生學習理解科學知識的一個不可缺少的經歷,學生進行猜想的過程,就是展開想象的過程。在科學課中有許多研究內容是我們無法實驗操作的,如有關“天空中的星體”“地球運動”“微觀世界”的內容等等,很多時候,我們都是通過建立模型或通過模擬實驗來幫助學生增加體驗、豐富感知、建構概念。猜想就是把現實與模擬聯系起來,把證據與解釋聯系起來,更好地幫助學生將新知真正內化吸收,建構屬于兒童自己的科學概念。
如《日食和月食》一課的教學,通常做法是用一個光源、小球、大球分別替代太陽、月球、地球,變動三者之間的位置關系來研究日食和月食,當三個星體處在一條直線上,月球運行到太陽和地球中間,月球的影子落在地球上,形成了日食。完成實驗后,似乎有關日食的概念也應該建構完成,可是實際的情況卻是:你能解釋一下日食是怎么回事嗎?絕大部分學生都依然沉默,為什么呢?究其原因我們發現,模擬畢竟不是現實,在模擬和現實之間我們缺失了類比與想象。看到地球上有月球的陰影,不代表學生能體驗到處在月球陰影中看太陽的情況。
所以我們需要把現實中的現象和模擬建立聯系,引導學生分析:炎熱的夏天,當天空偶爾飄來一朵白云,我們希望白云飄在哪兒?從而認識到:云朵阻斷了光線,太陽光照不到我們,我們處在白云的影子里,我們也暫時看不到太陽。進一步猜想:如果月球運行到太陽和我們地球之間會怎么樣?經過這樣的過渡,學生就把模擬與現實(雖然不能從宏觀上看到)聯系起來了,在用模擬實驗間接的研究過程,在頭腦中想像現實世界中日食的成因,真正完成對日食的意義建構。
5.以探索為主的實驗:猜想促進多樣探究
新課程改革的基本理念倡導學生形成“自主、合作、探究”的學習方式,于是有觀點認為,探索實驗就是讓學生獨立研究,教師無需指導,乍一聽起來,體現了學生的自主性、課堂的民主性,但往往事實是,有些學生不知道該做什么、該怎么做。以探索為主的實驗,沒有唯一正確的實驗方法,也沒有唯一正確的答案,而是可以從不同角度、不同深度進行多方面的研究。因此,往往對實驗的要求較高,學生要對材料的特點、組合方式、內部原理等都要有所認識,更特別的是,學生在實驗過程中可能經歷較多的失敗的考驗。實驗前的猜想,要更多關注學生原有資源的分享與交流,肯定學生創新性的想法,鼓勵指導學生養成獨立思考的習慣,形成探究未知世界的科學精神。
如《簡單電路》,教師為學生準備了電池、導線、小電珠、開關等一堆材料,不加引導全部發放給學生,讓學生自己組裝,課堂熱熱鬧鬧,看起來充滿了自主與民主,但實際是放任自流,學生把實驗材料當成了玩具,漫無目的地擺弄材料,有的甚至玩起了“滾電池”的游戲,因為他們根本不知道各種材料之間的關系,多次嘗試后挫敗感強烈,失去了繼續研究的興趣。
類似這種實驗,之前的猜想可以設計為“畫前概念”,首先,讓學生動手畫一畫:有了電線、電池、小燈泡,怎么連接才能讓小燈泡發光;然后,組織展示學生的想法,引導他們表述:你是怎么想的?除了你自己的方法[dylw.net提供專業寫作論文和論文寫作服務]外,你還比較贊同誰的方法?通過這樣一個過程,讓學生把注意力集中到探究目的和方法上來,大家為了同一個探索目標,可能選擇的方法不一樣,也不僅限于一種。這樣在實驗中遇到失敗的小組可以及時選擇其他實驗方案進行嘗試;成功的小組也不僅僅滿足于“點亮了”,而會嘗試用其他方法來點亮小燈泡;善于思考的學生也許會找一找點亮小燈泡背后的秘密。實驗中,每一個學生都有事做、都做自己喜歡的事,這不就是我們愿意看到的么!
猜想既是科學學習的一個重要環節和思維形式,又是科學研究活動的基本程序之一。一個合理的猜測活動既需要教師精心的預設,又要依據學生的猜想能力,而后 者需要教師在教學實踐中不斷地進行引導與訓練。以上僅是我個人對“猜想”在不同類型科學實驗中運用的一些體會。當然,科學實驗的類型還不限于此,猜想與實驗之間如何更好地處理與把握,更好地服務于學生的發展,還需要不斷地實踐與反思。
參考資料:
[1][2]張紅霞.科學究竟是什么[M].北京:教育科學出版社,2003.12.
[3]瞿曉峰編.課型范式與實施策略(小學科學)[M].南京:江蘇教育出版社,2012.12.