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1、提高小学生实验设计能力的策略研究摘要：小学科学课程是以培养学生科学素养为宗旨的基础课程，其中实验是科学研究的基础，也是小学生进行探究性学习的基础，更是小学生构建科学认识的重要方法和手段。但是由于学生认知能力的差异，在实验设计的过程中往往会面临诸多困难，需要教师给予指导，选择合适的方法帮助学生跨过难关。关键词：小学科学 实验设计 策略研究一、提高学生实验方案设计能力的意义小学科学课程是以培养学生科学素养为宗旨的基础课程，小学生科学的学习，不仅仅是简单知识的累积，更应该像科学家那样进行科学探究的过程中，体验学习科学的乐趣，增长科学探究能力，获取科学知识，形成尊重事实、善于质疑的科学态度，了解科学发
2、展的历史。1在小学自然课程标准中，自然课的教学应当以科学探究为核心，改进学生的学习方式，使亲身经历探究活动成为小学生学习科学的主要途径。并且科学探究主要分为六步：问题、作出假设、制定计划、使用工具和搜集证据、处理数据和解释问题、表达和交流。2其中制定计划是开展探究活动的前提，让学生可以进行思考、推理、归纳、总结。在课堂教学中，不能仅仅是照着要求去完成实验，否则也只是提高了动手能力，没有体现思维上的进步。在问题、作出假设之后，能够根据自己的思考合适的实验方案在教学中是非常重要的一块内容，但往往也成为教学上的难点，需要利用多种教学方法来进行克服。二、小学生实验设计能力的现状及原因分析实验设计要求学
3、生进行密集的思维活动，需要学生对知识进行综合利用，对于学生的学了较高的要求。在课堂中，实验设计成为了学生学习的一个难点。通过检查学生的实验报告可以发现，学生的实验设计往往完成率并不高，有些同学直接交了白卷，有些同学的设计并没有考虑到实验公平、比较、重复实验等设计要素，方案略显简单。对出现的结果进行分析，发现主要是由于以下原因:（1） 实验设计要求的能力不足国外学者对探究过程中学生面临的困难做了比较深入的研究，对学生在探究活动的各个环节上存在的困难进行了分类整理。其中 Glaser et al3（1992）在他的研究中发现，在设计实验这一环节上，学习者存在如下困难：学习者在一个实验中改变太多变量
4、，结果无法确定哪个因素在起作用。“中学生也许感到困难的是在试验中确定和控制一个以上的变量。学生在理解多个变量对一个实验的影响方面也可能力不从心，如理解不产生影响的变量、影响较小的变量和对结果由负面影响的变量。” 4如设计实验方案比较电磁铁磁性强弱的影响因素，根据电磁铁的结构可以推断出可能的影响因素有电流大小、线圈匝数、铁芯大小有关。在设计实验方案时，一开始同学们不能理清三个影响因素之间的关系，在设计实验的时候往往会漏掉比较某个实验因素，进行独立的实验设计，这样进行实验往往不能保证实验的公平。（2）缺乏理性的归纳概括由于儿童的年龄特点，小学阶段孩子们喜欢用一些直观形象的例子来表达和证明某个观点。
5、如比较电磁铁的磁性强弱的方案设计，在练习册上已经给出了一种用磁极吸回形针的方法，请同学再想出其他方案。在没有任何提示的情况下面同学们的方案有：1）用两块磁铁吸尽可能多的东西，肯谁先掉下来。2）将磁铁放在同一位置去吸铁，距离越远也能那个吸的那块磁铁磁性强。3）将两块磁铁都吸在黑板上，看哪个拿下来的时候更费劲说明磁性强。从以上案例中可以看出，学生有一定的生活经验，对某些现象有一定的认识，但仍缺乏一定的理性归纳。学生在进行实验设计时，往往会利用他们的经验和感觉来进行比较，缺乏定量思考的意识，需要教师引导他们用一些比较直观的简单数量关系来进行客观比较。（3）缺乏对知识的综合利用能力 实验方案的设计不是
6、在日常教学中的常规知识，往往需要综合利用多种知识，这对学生的学习造成了一定的挑战。如设计实验方案制作简易指南针，练习册上给了操作的第一步磁化小磁针，接下来怎么样运用小磁针来制作简易指南正呢？学生往往被这个问题难到了，不能找到小磁针和指南针之间的联系，没有想到将前面几课时学习的知识进行综合利用。知识之间是具有前后连贯性的，但是如果没有进行系统的联系，对于小学生而言较难进行知识的综合利用。三、提高学生实验设计能力的方法概述 在课程标准中，在第一阶段对于学生科学探究的要求是在他人的帮助下探究活动的大致设想，第二阶段的要求是根据问题和实际条件制定简单的科学探究活动计划。由此可见，针对学生的不同年龄特点
7、，可以对实验方案设计不同的能力要求。但是，实验设计对学生而言仍然存在着一定的难度，针对实验设计在日常教学中遇到的困境，可以利用“穆勒五法”来帮助学生理解。穆勒五法是指 “求同法” “求异法” “求同求异共用法”“共变法”和 “剩余法”。由于小学生的科学认识特点和小学科学学科的特点，寻求因果关系的方法主要是“求同法”和“求异法”和“共变法”。5（1） 比较法“有比较才能有鉴别。”世间的一切事物都会有区别，又有联系。可以说，我们所有的学习都是在不断的比较中推进的。在日常教学过程中，比较法也是运用的比较多的教学方法，学生通过充分的交流讨论，找出相同与不同之处，学会归纳总结，互相学习，共同提高。异中求
8、同：善于从看似不同的现象中找出相同之处。如在二年级下简单电路一课中，学生学习了将灯泡、电池、开关连接成一个简单电路之后，进行拓展实验，问题：如何使用之前连接的电路来检验接线板中是否有导线。在给予学生充分的时间讨论及尝试时，许多学生都想到了可以通过灯是否亮来判断电路是否连接成功，也成功的连接电路使小灯泡亮了，主要呈现以下两种连接方式：以上两种方法都可以使小灯泡发光，由于学生学习串联和并联的知识需要到三年级下进行，并没有相关的知识储备，所以在课堂上并不要求学生掌握相关的科学概念。通过由教师引导学生观察方案a，将接线板的电路撤掉后小灯是否一直发亮，来引起学生的思考这样的电路是否连接正确。随后，请学生
9、观察a和b两种连接方式，看上去不同，但有什么共同之处。通过比较，学生可以发现，图b的连接方式去掉接线板后，灯泡依然也是始终亮的，从而归纳得出将接线板单独连接在灯泡上面活着电池上面都不能检测到接线板，只有将接线板接入灯泡和电池的电路之中，才能成功的检测出接线板中是否有导线。 同中求异：善于透过现象的相似之处，抓住本质的不同。如在五年级上册空气中的水蒸气一课中，需要学生设计模拟实验证明露和霜的形成。通过证明教室里有水蒸气，学生了解露是由空气中的水蒸气遇冷凝结而成的。通过阅读书本，了解霜也是由空气中的水蒸气遇冷凝结而成的，这个两个现象类似，但通过讨论可以发现不同之处在于霜的凝结温度需要更低。学生可以
10、根据生活经验设计出露的模拟实验，如拿出来的冰镇饮料过断实验会产生露水。根据讨论的露和霜的不同之处，在露的实验基础上，将实验温度降低，运用制冷剂完成这个实验。比较“作为确定事物异同关系的一种基本方法，它根值于人类的认识活动之中，同人类的思维一样古老。”只要运用得当，比较可以提高学习效率，拓展学生的视野，可以让学生知道世界是多样性与一致性的对立统一。在相互联系中认识事物，可以提高学生的能力，事半功倍，对学生的学习是大有裨益的。（2） 控制变量法控制变量法，是指实验过程中对于多因素的问题，常常采用的一种方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从
11、而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决。在小学自然课堂中，一个实验的进行往往受多种因素的印象，为了探究其中某种因素是否起到影响，往往需要运用到控制变量法。如在四年级上比较电磁铁的磁性强弱一课上，要求学生先推测电磁铁的磁性强弱可能与哪些因素有关，随后设计实验方案，用实验验证想法。由于控制变量法对于学生而言有一定的难度，所以在教学中，先请同学们根据电磁铁的结构找出影响其强弱的因素，在黑板上罗列出可能的影响因素（电流大小、线圈匝数、有无铁芯），先选择其中的一种如电流的大小，请同学们小组讨论尝试设计方案。在进行交流时，大部分同学考虑到了电流的变化，但是忽略了其他两个因素，针对
12、这样的情况，请同学不断的找出设计方案的漏洞。有同学发现，如果增大了电流，一个线圈匝数多，一个线圈匝数少，好像仍然不能准确的进行比较。经过这位同学思路的启发，也陆续有同学发现了铁芯的改变好像也会影响实验。针对同学们的疑问，老师适时的：“现在我们有三个可能的影响因素，我们怎么样设计实验，才能更加公平的研究究竟是不是电流的改变起的作用呢？”根据提示，会有同学意识到，研究三个影响因素的时候，一个改变，两外两个因素应该要保持不变，如果三个都变就说不清楚了。根据这个思路，同学们陆续设计出了可行的实验方案。为了进一步巩固这种思考方式，请学生进一步设计线圈匝数、铁芯是不是影响了电磁铁的磁性。通过学习控制变量法
13、，不仅增加了学生了逻辑分析能力和思辨能力，也使学生了解，要善于将复杂的问题简化，找到关键因素进行研究，并控制不产生其他干扰，也为后续的学习打下了基础。（3） 迁移法知识迁移法就是利用新旧知识间的联系，启发学生进行新旧知识对照，由旧知识去思考、领会新知识，学会学习的方法。叶圣陶先生曾说过“教是为了不教”，教学的最终目的是学生学会自主学习，善用学过的知识去解决问题。在课堂教学中，也要善于让学生学会利用学过的旧知，学会利用生活经验解决问题，从而达到自主学习的目的。如在四下探究摩擦力的大小与物体接触面的情况的关系时，除了使用测力计在木质桌面和玻璃桌面上拉动木块测力的大小的方法之外，还可以请同学们发散思
14、维，思考其他的方法。会有同学想到，书本上的用铅笔在纸上和玻璃上写字现象不一样也可以用来证明；会有同学想到，橡皮摩擦后会产生橡皮屑，利用同样大小的橡皮在树上和在玻璃上用同样大小的力摩擦产生的橡皮屑来进行比较；也会有同学想到，可以利用鞋子在不同的路面上行走后磨损程度的不同来进行证明如果不局限于实验室里进行试验，学生的思路可以非常开阔，可以将他们在生活中的所观、所感都应用到试验设计中来。又如在四下设计实验，证明昆虫飞行时看不清它的双翅的原因的教学过程中，经过讨论，了解到看不清双翅的原因是因为翅膀震动的频率非常快，当速度很快的时候，物体就看不清了。根据这个原因，同学们展开想象，寻找生活中的类似现象。有
15、的同学发现，当你快速的挥动自己的双臂的时候，也看不清楚；也有同学观察到，电风扇的叶片运动的时候和昆虫的翅膀挥动时的现象类似，由此运用小电风扇设计了一个模拟生物，来模拟昆虫飞行的状态。四、小结达尔文曾说过：“科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”在自然课堂中，学生学习的知识面非常广，量非常大。对于实验设计而言，也增加了一定的难度。但相信，如果学生可以在学习过程中，学会比较、学会控制变量、学会知识的迁移，可以帮助他们学会自主学习，学会善于发现生活中的异同，将复杂问题简化，运用旧知解决新知，那么相信课堂中实验方案设计中遇到的困境也将越发减少，帮助学生更好的完善科学探究的核心素养，达到以科
16、学探究为核心，改进学生学习方式的目的。参考文献1中华人民共和国教育部.科学（36 年级）课程标准（实验稿）M.北京：北京师范大学出版社,2001.2上海市小学自然课程标准（试行稿）M.上海：上海教育出版社，2004.3 Lin,X.&Lehman,J Supporting Learning of Variable Control in a Computer Based Biology Environment:Effects of Prompting College Students to Reflect on their Own Thinking Journal of Research in Science Teaching,1999,36(7),837-858.
