小学科学课教学中实验能力的培养

　　陶行知先生曾说过：“真正的教育必须培养出能思考会创造的人。”而实验能力正是创造能力中的重要环节，是对学生能力培养的一个重要内容。在小学科学课教学中，通过循序渐近地训练，让学生像科学家那样，用科学实验的方法，去探索、认识自然界事物的性质和规律，培养他们独立、主动的探索精神和动手实践能力，是引导他们从小爱科学、学科学、用科学的基础环节，也是提高学生科学素质的重要手段。

　　一、小学科学教育中培养学生实验能力的必要性

　　（一）实验能激发学生的学习兴趣

　　实验本身具有生动、新奇、鲜明的特征，小学生们对“动手做”的实验都很感兴趣，这种兴趣往往成为调动他们学习的积极性、主动性和创造性的直接动力，甚至会从中留下终身难忘的经历，激发他们潜在的勤奋和探究科学问题的毅力。因此，实验在科学课教学中占有重要地位，搞好科学课实验教学是开发学生智力，培养学生能力的重要途径。

　　（二）实验能使学生有效地掌握知识

　　实验具有探究性，它能使学生在提取生活事实的基础上，对照已建立的原有概念，对问题提出自己的假设，并通过独立操作工具或仪器，进行探究性的验证，自主发现知识的生成过程；实验具有重复性，它能在相同的条件下进行多次的反复，使知识有序再现，供学生反复观察、思考；实验具有趣味性，它能使学生怀着对自己提出的假设是否成立的强烈兴趣，在验证实验中发现需要的证据；实验具有实践性，它能让学生直接接触到有关知识客体的真实、形象、生动的感性材料，有效地作用于学生的感觉器官；实验既能够对观察现象进行全过程的定性研究，还能够通过测量数据、计算数值关系，进行定量研究。这些特点，能使学生初步学会用实验手段研究问题的途径，从实验事实和获得的证据出发，形成科学概念，进而上升为科学规律，编织起科学知识的网络。这是其他任何教学手段所不及的。

　　（三）实验能培养学生的综合能力

　　实验能力是一种综合能力。学生在亲历“做科学”中，通过提出假设、设计实验，能锻炼和培养想象能力和分析能力；在研究原因、分析结果、形成结论的过程中，需要归纳、分析和抽象的逻辑思维能力；在实际操作中，能培养操作技能、观察记录、分析数据等实验基础能力，还能培养学生的合作能力；在交流汇报中，能培养语言表达能力和团队精神。因此，实验不仅是建立科学概念和规律、理解和掌握科学知识的重要环节，还能提高学生发现问题、分析问题和解决问题的综合能力，培养探索精神和良好的学习方法。这些能力之间具有相辅相承的关系，以实验过程为载体，能够得到综合的培养和发展。

　　二、把握小学科学实验能力的梯度，确定不同阶段的培养重点

　　实验能力的形成是一个过程，不可能一蹴而就。应根据学生认知特点的发展规律，遵循教学的系统性和循序渐进的原则，注意合理安排能力培养的梯度，使实验能力的培养有序地贯穿于小学科学课教学的整个过程。

　　（一）低年级阶段的培养重点

　　低年级是小学生初学科学的启蒙阶段。这一阶段儿童对事物的认识通常依靠的是感知，其思维常常需要借助于“实物操作”进行。在这一阶段，主要指导学生认识个别事物的显著特征和常见的明显可见的自然现象，着重培养学生初步运用感官观察事物的能力和简单动手实验的能力。实验类型以观察性实验、游戏性实验和定性分析实验为主，包括观察周围事物，如动植物一年四季的变化，事物在水中的沉浮，摩擦起电，制作树叶的标本等实验。

　　与学前经常性、无目的的观察和游戏相比，低年级阶段的实验教学必须遵从实验的科学性和规范性原则。也就是，对于每一项实验操作，都要逐步培养学生进行规范的操作；对于每一个实验现象，都要求学生尊重实验事实；对于实验描述，都要用符合科学的语言表达。因此，从科学课开课之始，教师就要引导学生理解实验的内容和方法，教给学生必要的操作要领（像闻的时候应该用手扇着闻；熄灭酒精灯时应用盖子盖灭；用温度计测量物体温度读数时，视线要与刻度持平等）；怎样测量更准确些，怎样计时，怎样记录等；实验前教师应设计简单易行的实验记录图表，教会学生边实验、边观察、边记录，培养学生认真求实的良好实验习惯。

　　在这一阶段，实验教学过程应以发挥教师“领”的作用为主导，同时要具有逐步培养学生自主实验能力的意识，但应主要安排问题、假设、材料用具和方法步骤比较明确的单一性实验。让学生在“做中学”中体验和领悟科学探究的过程和方法，逐步提高实验能力和科学素养水平。

　　在思维能力的培养方面，低年级阶段的实验主要是让学生回答（表述）“是什么”、“怎么样”的问题。通过实验，会对事物进行比较（包括相似性与差异性）和简单分类，在比较和分类中总结规律，获得一定的科学知识、方法和观点。因此，这一阶段要重点培养学生的分类和比较能力，为进一步的归纳和逻辑推理等思维过程搭建基础。

　　此外，学会合作，是未来对人才素质的基本要求之一。通过小组同学齐心协力、各尽所能、团结协作完成某项实验，是培养同学之间交流、合作能力的重要环节，对学生终身发展都会产生积极意义。在实验过程时，教师应创造小组合作的机会，教给学生合作的方式，并把合作能力作为检测学生实验能力的一个因素。

　　总之，在低年级阶段，教师应遵循鼓励性原则，以培养学生学科学的兴趣为主要目标，采取多种途径与灵活的方式，诱发学生的好奇心理，激发他们参与实验活动的兴趣，体验实验探究的乐趣。在教学实践中，“以贴近而非远离学生生活的童趣事物，作为探索发现的生成点，并贯穿实验活动的全过程”、“实验方法儿童化而非成人化，使探索性实验蕴含学生的情感价值和认知价值”、“实验内容新奇化而非平庸化，激发探索动机和求知欲”都是教师们长期以来总结的经验。以上述原则组织实验教学，才能取得良好的教学效果。

　　（二）中年级阶段的培养重点

　　在低年级学习的基础上，中年级阶段的学生已开始表现出运用逻辑思维的方法认识事物。与此同时，科学课教学的内容无论是容量还是深度都有所增加，要求也有所不同。从主要要求学生认识事物（主要是自然事物）的表象，发展到要指导学生认识同类事物的共同特征，认识自然物体的性质、成分和种类，并认识一些事物发展变化的规律。这一阶段是培养学生实验能力的重要时期，要着重培养学生设计简单实验的能力，以及运用简单科学原理解决日常生活中问题的能力，以激发学生的思维活动，实现由感性阶段向理性认识的飞跃。与低年级阶段相比，这一阶段的实验应从定性实验逐步向定量实验转变，从“单一性”实验向“多过程”实验发展，引导学生学会分析实验的多重条件，学会对比实验的基本过程和定量的分析方法，形成一个完整的认识过程。包括“种子萌发的条件”、“比较不同土壤的渗水性”、“加快溶解的条件”、“连接简单电路”等典型的对比实验。

　　在这一阶段，实验课教学要着重注意以下方面。

　　1、注重突出自主性，培养学生自主实验的能力。

　　注重突出实验主体的自主性，就是要在实验教学过程中，努力营造一种使学生在实验过程中，自己发现问题、提出问题、自己制定实验方法和步骤，选择实验材料，自主探究发现事物规律的开放性、探索性的教学时空。当然，小学科学实验旨在让学生参与和体验科学实验的一般过程，对于实验方案的设计，并不要求学生拘泥于科学家的经验，也不一定模仿书本的介绍，只要学生自己设计的方案能够证明他们的研究课题就可以，这本身就包含着创造性。

　　2、注重扶放结合，发挥教师的引导作用。

　　与低年级阶段的实验教学以“领”为主导相比，中年级阶段的实验教学应采取以“扶”为主导，“扶”与“放”有机结合的方式，使学生在教师的“扶助”下顺利完成实验，真正掌握实验的方法和技巧，形成实验能力。教师的引导作用主要体现在：

　　（1）指导学生掌握对比实验的方法要领。对比实验目的是用差异法得出事物变化的因果关系，实验中现象反差大，揭示自然事物的规律性明显，学生易于理解和接受。但自然事物的性质是多方面的，其变化也常是由多种原因造成的。依据小学生的认知和思维发展水平，他们一般难以区分交错复杂的变量；同时做对比实验时的操作要求较高。因此，教学中，教师要设计简化的、直观具体的实验过程，指导学生学会在确定一个因素变化的条件下，如何控制其他因素完全不变，一个条件一个条件或一组一组地去研究去实验，这是对比实验成功的关键。

　　（2）指导学生规范化的操作。正确的实验技能，是保证实验成功和实验安全的必要条件。中年级很多实验和所用工具仪器的操作步骤都有规范化的要求，必须严格按要求执行。在学生初次做这类实验或初次使用某种仪器时，教师一定要讲清操作次序，指导学生一步步按规定操作（像往试管中注入液体，要沿着试管壁缓缓进行等）。对于一些有难度的实验应由教师先做演示，这要求教师的实验演示必须严谨科学并具有代表性，这样才能促使学生在实验过程中，逐渐提高对自身操作的要求，培养良好的实验素质。为了提高学生实验技能，在实验过程中，教师要深入到各个实验小组，认真指导，及时纠正学生实验操作中的错误做法，使学生掌握规范的实验操作技能。

　　（3）指导学生掌握实验的科学方法。教师应指导学生首先要明确实验目的，理解实验原理，掌握实验仪器性能，以及预测获得的实验结果；在此基础上，进行实验设计。在实验中，要引导学生养成细致观察、忠实记录、整理器材的习惯；要学会观察、学会记录、学会处理数据、学会推理、学会误差分析等。实验完成后，教师要鼓励学生上讲台做演示实验，对实验现象明显、效果好的实验过程，可以让全班学生对比看；对实验效果不明显或较差的同学，不要急于指出毛病出在哪儿，而是帮助他们分析没能达到预期效果的各种可能情况，让他们自己找出失败的原因，引导他们改进实验方法，从而提高学生自主分析问题、解决问题的能力。

　　（4）指导学生思维发展的过程。中年级阶段的实验，主要是让学生回答“为什么”、“是什么原因”一类的问题，学会表述事物的因果关系。教师的引导作用应体现在对学生研讨进程的把握和做适时的引导和点拨上，引导学生通过对同类事物个别特征的大量观察中，进行分析比较，抽象概括出共同的特征，形成科学的概念。例如，在研究空气成分的实验中，虽然事物变化的过程明朗（玻璃罩内的烛焰由大到小到灭），但要学生从这些观察感知中获得关于空气成分的知识，抽象思维的难度较大，教师必须充分发挥主导作用，对学生进行启发，引导学生把各种观察感知依次加以分析、推理和综合，才能逐步推导出关于空气成分及其性质异同的正确结论。否则，学生是无法独立地和顺利地进行逻辑思维，实现感性认识到理性概念的迁移的。

　　（5）指导学生有意识的课外应用。学生在实验中获得的结论，不能只停留在理解掌握的初步认识阶段，还必须引导学生运用刚建立的概念去认识日常生活中接触到的自然事物，以巩固所获得的知识。因此，教师还要根据学生的实际情况，安排一些思考性、研究性的课外实验，让学生去做，使学生经历“实践——认识——再实践——再认识”的认知规律。

　　3、把握难易梯度，注重保护学生实验探究的热情。

　　无难度的、平淡的实验易引起学生兴趣的降低和注意力的分散；同样，要求过高、难度过大的实验也易使学生望而生畏，影响实验探究的积极性。因此，在实验教学中，教师可以在保证总体目标的前提下，按照学生的步子，把探索过程分解为具有内在联系、坡度恰当、拾级而上的递进式探求环节，使探索过程具有渐进性、连续性和积累性。特别是对于相关因素有很多、假设可有几种、实验目的也可以多样的实验课题，可以安排由学生设计部分环节的实验，由学生自选与教师分配相结合，确定研究子课题，设计实验方案，再通过讨论，筛选出有必要性和可行性的实验方案，然后再实施实验。通过几个环环相扣、步步深入的环节，使学生按照一定的程序，在思维的动态发展中不断完善认知结构，既保证实验过程的时间和空间，也保证整个实验过程始终在兴趣盎然的氛围中进行。

　　（三）高年级阶段的培养重点

　　经历了前两个阶段的学习和发展，高年级阶段的学生已经表现出可以进行较复杂的思考，能够利用客观具体的因果关系解释一些现象的成因。因此，这一阶段可以适当安排全过程探究的实验，“放”手让学生自己运用所学过的知识以及探索性的实验原则和方法，从不同角度对实验做出思考，选定实验内容，提出实验方案，选择所需材料和仪器装置，然后实施探究方案，并对自己的探究过程进行评价和反思。

　　在高年级阶段，进行模拟性的实验成为主要实验类型。模拟实验重在模拟在室内不能直接观察的现象，其重点放在说明原理。如模拟云、雾、雨、风的形成实验；模拟月相和四季成因的实验等。同时，仍有许多涉及对比实验的内容，如“水蒸气凝结与温度的条件”、“植物的向光性和向水性”等，这些对比实验中更多地渗透了定性分析的内容。在此阶段，要注重培养学生进行多过程的实验以验证一个预测；能综合地分析思考问题，能够运用模型解释事物之间的相互联系；能自觉地应用对比实验的原则和方法，并对简单变量（而非交错复杂的变量）之间的关系进行量化分析，会用表格、曲线图、坐标图等建立变量的量化图；能够自主设计完成简单的实验报告或撰写科学小论文，使用科学术语和简单图示来描述实验过程和实验结论等方面的能力。

　　在思维能力的发展方面，要求学生能够初步地把“部分”联系成一个比较系统的整体，综合分析并认识一些事物发展变化的规律。因此在此阶段，需要学生能够更好地运用分析、比较、抽象、概括、推理等逻辑思维的能力，分析实验结果、解读实验数据、进行推理判断。教师要指导学生既能借助经验进行推理，还能由观察结果做出一个或多个推理；既能根据实验结果进行直接推理，还能借助想象进行间接推理；既能进行单一过程的分析推理，还能进行多过程的综合分析推理，以及逆向的推理判断，使学生经历比较完整的思维过程。

　　总之，高年级阶段是对学生的知识及能力的检验阶段，学生不但提高了实验能力，学到了基本知识，还提高了分析、判断、推理、归纳等思维能力，同时也培养学生的独立思维、分析问题、独立操作、研究问题的能力，形成大胆想象、尊重事实、勇于创新的科学态度。为学生全面发展和终身学习打下良好的基础。