小学科学课学生实验设计能力培养的实践与研究

摘 要：小学科学课学生实验设计能力是科学素养的重要组成部分，也是实现科技创新的重大前提。科学课堂教学中，很多探究实验前都要有一个完整的实验设计方案或设想。经过多年科学课的教学实践，做了大量的科学调查、分析，对培养学生实验设计能力进行了尝试研究。

关键词：实验设计；能力；课程理念；科学素养

近年来，大家开始侧重让学生进行实验设计，考查学生的实验能力、思维能力和创新能力，以及进行科学实验的思想和方法。在日常科学课堂教学中，部分的实验教学虽然重视培养学生的实验能力，但一部分教师把实验能力的培养等同于单一的实验操作技能的培养，很少让学生独立进行实验设计，或者说实验设计能力的培养缺乏系统性。培养学生实验设计能力是减轻学生负担、提高教学质量、培养创新能力、提升科学素养的重要途径。

一、现状分析

在小学科学课堂中，学生普遍存在实验设计能力不强的问题，究其原因，主要存在于以下几个方面。

1.科学教师师资问题制约着实验教学

在小学，首先要保证语数外三门主课的师资；其次要保证音体美三门专业性较强的副课的师资；而科学、思想品德这几门被认为专业性不强的“副课”，50%～70%由主课教师兼职，部分学校专职科学的教师偏少。兼职教师精力有限，在科学知识、科学技能等方面并不是很专业，因此在教学中，这部分教师更关注结果，而不注重探究的过程，更不会去培养学生的实验设计能力。

2.科学教师课程理念没有完全转变

对教师而言，课堂教学就必须给学生自由的空间，依据学生的志趣、才能、资质和特长，尊重学生个体的差异性、独特性、创造性，鼓励学生自由探索，大胆猜测，大胆质疑，敢于发表不同意见，甚至是异想天开。但很大一部分教师还没有完全摆脱“以知识为中心”的课程观念的束缚，还没有完全建立以全面提高学生的科学素养为宗旨的教学观念。因此，在课堂中，实验教学往往匆匆而过，实验设计等不到关注。

3.学生实验训练时间得不到保证

实验设计包括提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达与交流等方面，过程长环节多。科学学科在小学阶段每周只有2～3课时，一节课留给实验探究环节的时间并不是很多，老师在上课时要求学生在较短时间内完成，有时教师为了得到正确结论，不愿花费很多时间让学生自己去设计，大多时候是模仿做一下算了，得到结论就可以了。这样一来，实验教学经常匆匆而过，学生的实验设计能力自然难以提高。

4.学生缺少实验成功的体验

良好的学习环境要为学生创造成功的机会，培养成功心理，让学生多点成功的体验，减少失败的负面影响，鼓励进步，增强信心。但目前的教学环境下，部分老师有一种误解，经常要求实验设计面面俱到，学生很难取得成功、很难获得老师的表扬。长此以往，在多次失败的打击下，学生就会对实验设计产生厌倦、害怕甚至对抗的心理。在这种消极情绪的支配下，又怎能提高学生设计科学实验的能力呢？

二、培养策略

学生实验设计能力的培养是一个长期的过程，教师要转变自己的课程观念，明确培养学生实验设计能力的重要性，把新的课程观念转化成教学行为。笔者经过多年的实践，总结了一些经验，认为培养学生实验设计能力可以从以下几个方面进行。

策略一：学会提出问题和确立目标

1.问题意识

要培养学生的自主设计实验方案，教师首先要学会如何通过适当的情景、矛盾的冲突、知识的迁移等形式，启发学生敢于质疑，引导学生学会质疑，培养学生提出科学问题的习惯，让学生敢问、愿问、会问，提出的问题有科学性、研究性。

如，教学“空气中有什么”，上课时教师点燃蜡烛，并用空杯子倒扣使它慢慢地熄灭，让学生认真观察这一过程，并思考：“对刚才的现象有问题吗？”学生纷纷举手：“蜡烛为什么会熄灭？蜡烛为什么是慢慢熄灭，而不是一下子熄灭？”他们七嘴八舌，很想通过实验来解决问题。这样一来，有了问题就有了解决问题的欲望，就想设计一个实验来做给大家看。在实验过程中，学生又会产生新的问题：“水为什么会上升？燃烧用去了多少气体？”

2.目艘馐

实验目标是实验的出发点，也是实验的最终归宿。没有明确的实验目标，实验教学成了无本之木，难以达到预期的效果。在教学中，引导学生对所提出的问题进行比较和评价，从而筛选出有价值的问题，使后续的猜想与假设有明确的对象和目标。

如，在教学“空气中有什么”时，当学生看到教师的演示实验，把空杯子倒扣在蜡烛上，蜡烛慢慢熄灭，学生提出了很多问题，其中很多问题和今天上课的内容一下子联系不起来，教师可以接着启发学生：“有办法使蜡烛不熄灭吗？”有学生说：“把杯子稍微抬高一点，让空气流进去？”还有学生说：“在杯子顶部钻个小孔。”教师可以引导：“你们认为蜡烛燃烧和空气有关吗？空气能帮助蜡烛燃烧吗？空气中到底有什么呢？”这样一来，大家目标就很一致了，学生探究欲望也被激发了。

策略二：学会文本的“学习”和“模仿”

1.解读文本

现行的小学科学教材有着大量的文本信息，同时还有各种插图。如何有效地处理这些文本信息直接关系到学生对科学知识的接收、吸收、消化与运用。文本信息处理得当，科学课堂如虎添翼。

学生首先要“学习”教材中蕴含的大量有关实验设计的背景材料内容。学习和解读科学家们是如何发现问题、提出问题、分析问题的，是如何选择实验材料、提出假设、设计实验、作出预期、得出结论的，从而激发学生探索生命科学的兴趣，在轻松愉快的观察过程中既掌握了知识、领悟了科学的思想观念，又学习了科学工作的方法和技能，为实验设计打下坚实的基础。

2.模仿文本

人们的大量行为都是通过模仿而习得的。模仿学习是小学生学会探究性实验的第一步。由于小学生各方面的能力都不强，当学生学习完课本中科学家们某个探索性实验后，教师就应该提出一些类似的问题，鼓励学生运用领悟的科学探究过程和方法；模仿科学家选材、安排实验步骤、做出假设、预期、分析实验现象、得出实验结论、表达和交流。