小学科学实验教学

1小学科学实验教学河北省石家庄市教育科学研究所李进起一、概述小学科学是一门培养学生科学素养的启蒙教育课程。科学实验是科学课教学的重要内容、重要方法及重要手段，是发展学生科学素养的主要途径。因此研究实验教学的方法和技能对提高科学课教学质量尤为重要。（一）实验的概念1.什么是实验。要研究实验教学，首先要弄清什么是实验。在日常教学中很多教师混淆实验与观察、实验与技术的概念，要么将观察或技术当成实验，要么将它们混为一谈。请你判断下面的活动哪些是实验。要准确判断哪些活动是实验，首先要掌握实验与观察和技术的区别。实验与观察的区别主要有两点：第一，观察不能改变对象的存在状态，实验可以控制改变对象的存在状况（如“纯化”、“重组”、“模拟”）；第二观察不能充分地证明事物的客观的必然性，实验则能证明客观的必然性。比如，学生用天文望远镜观察月食现象，只能观察到月食发生的时间和月相的圆缺变化，不能改变月食发生的时间和月相变化的快慢，也不能由此认识月食的成因。要认识月食的成因就要通过月食的模拟实验。实验与技术实践的区别主要也有两点：从目的上讲，实验是学生获取科学信息的一种方法。它解决是什么和为什么的问题，突出思维的发展过程；而技术实践是解决怎样做的问题，突出操作的程序。从过程上讲实验是将事物置于控制的或特定的条件下加以观2测；技术实践是按照一定的规则、程序和技巧进行的操作活动。如，学生将一干燥的团纸塞在杯底，垂直压入水中，并使水面没过杯底，再垂直提出来，学生会观察到纸团没有湿。纸团为什么没有湿呢？经过进一步的思考，学生会认识到是空气占据着杯子的空间造成的。该活动的目的是形成科学知识培养学生的科学思维能力。做陶泥条筐是一项技术实践活动，该活动是为了训练学生的陶艺技能，只要学生按照制作的方法进行认真的操作就可以。从目的和过程上，我们对实验、观察和技术有了一定的认识，那么究竟什么是科学实验呢？关于实验，目前还没有一个统一的概念。就科学课的实验而言，我们可以作如下描述：科学实验是人们根据研究的目的，利用科学仪器和设备，人为地控制或模拟自然现象(指自然科学实验)，排除干扰，突出主要因素，在有利的条件下研究自然规律。小学科学实验有广义和狭义之分：广义实验包括提出问题、构想假说、实验设计、实验操作、分析数据、得出结论等环节。狭义实验只包括选择实验材料，组装实验模型和操作观察的环节。2.实验的类型。对实验作适当的分类，明确掌握各类实验的基本要求与教学规律，有利于提高实验教学的质量。实验可以按照不同的标准进行，比较重要的分类方法有以下几种。（1）根据实验中量与质的关系可以分为：定性实验（研究对象的性质）、定量实验（用来测定某个数值）、结构分析实验（定性又定量）。（2）根据实验手段与研究对象之间的关系可以分为：直接实验和间接实验。直接实验就是把实验手段直接加到研究对象上。间接实验又称模拟试验，分为数学模拟、电脑模拟、物理模拟三种类型。物理模拟又分为模拟法和模形法。模拟法指先有原型，后有模型；模形法指先有模型，后有原型。（3）根据实验中自变量数量可以分为：单变量实验、双变量实验和多变量实验。（4）根据实验条件的控制情况可以分为：对比实验（设计2个以上的对照组）、模拟实验（设计与“原型”相似的“模型”）和析因试验。（5）根据实验中师生活动情况可以分为：演示实验、分组实验和独立实验。（6）根据实验的目的可以分为：验证性实验、探究性实验和发现性实验。3.什么是实验教学。以指导学生开展实验为主的教学就是实验教学。小学科学实验教学具有四个特点：一是非独立性，也就是小学实验教学没有独立的教材、独立的课时和实验教师；二是开放性，实验教学的目标、材料、时间、空间等都是开放的；三是探究性，新课程理念强调“科学课程要以科学探究为核心”，实验教学是科学课程的一部分，因此它也应以科学探究为核心的；四是非严密性，基于小学生的知识基础和年龄特征，小学科学实验内容很多是基础的基础，甚至很多不是十分的科学。3在实验教学过程中大量使用多媒体辅助教学的就是仿真实验教学。这种教学的好处是直观易懂，富有兴趣性,但不利于学生实验技能的培养。（二）实验教学的地位和作用1.实验教学的地位。（1）科学实验是重要的科学课教学内容。自然科学是以实验为基础的科学，故科学实验是学生学习的重要内容。（2）科学实验是重要的教学方法。教学方法有多种形式，如常用的教学方法有讲授法、演示法、实验法、讨论法、辅导练习法、参观法、多媒体教学法等。在科学课的教学方法中，演示法与实验法是非常重要的教学方法。实验法有直观明了的特点，有“千言万语说不清，一做实验便分明”的功效。（3）科学实验是重要的教学手段。教学手段主要是指教师用以培养学生知识与能力的一切材料、工具、器材和设备。实验器材和设备显然是科学教学的重要手段。尽管目前发达的多媒体技术为模拟实验提供了条件，也取得了非常好的教学效果，但无论哪种手段都不能取代实验这一教学手段，这是由学科性质决定的。2.科学实验教学的作用。（1）激发学生的学习兴趣。兴趣是最好的老师，是成才的催化剂。良好的学习兴趣是求知欲的源泉，是思维的动力。只有有了学习兴趣，才能谈得上学习的积极性、主动性和创造性。①科学实验可以激发学生直接兴趣。小学生的思维方式主要以形象思维为主。他们对新鲜事物有很强的好奇心，喜欢色彩鲜艳，生动活泼的事物，喜欢动手操作，喜欢游戏，喜欢提出各种各样的问题。只有满足儿童的需要，才能唤起儿童的兴趣。而实验具有真实、直观、形象、生动和有趣的特点，因此能深深吸引学生，容易激发学生的直接兴趣，并能充分满足学生好奇心的心理需要。②科学实验可以提高学生的间接兴趣。实验是一种有目的的操作行为，也是一种实践活动。在做实验之前，学生对实验结果往往有许多的猜测，学生为了探求实验的结果，也会投入到并不十分有趣的甚至很枯燥的实验中。通过实验，学生不断体会到发现并克服困难、解决问题获得成功的喜悦，从而激发兴趣、增强信心、提高学习的欲望，进而转化为一种热爱科学的志趣。（2）加强学生科学方法的训练。我国科学教育专家刘默耕老师曾经说过，科学课就是要指导学生像科学家那样去体验科学的经历，在体验中形成基本的知识和技能。小学科学课中的实验尽管很简单，但很多实验都重现科学发展的过程，是学生在较短的时间内跨越历史的长河，在实验中，学生像科学家那样去观察实验中的现象，分析实验现象，进发现事物之间的联系和规律。4因此，通过实验活动，能使学生获得科学研究方法的训练。（3）能够促进学生科学知识的掌握。第一，科学实验为学生提供了感性认识的基础。理性认识是在感性认识的基础上建立起来的。要形成感性认识，就必须让学生感知各种科学现象。科学实验能为学生提供丰富的科学现象，学生经过对实验现象的分析、综合、归纳等思维加工，可以形成理性的科学知识。第二，科学实验能够促进学生对科学知识的记忆。脑科学研究表明：大脑皮层对事物的记忆，是神经细胞的连接。细胞受刺激后，长出树突，树突是细胞连接的“抓手”。初次受刺激的细胞，长出的树突很短，细胞之间的连接是不稳定的，过了一段时间，这个短树突就会缩回去，这个记忆细胞在大脑皮层上就会消失。经常的刺激，树状突会变粗，变成轴状突，然后“着床”于大脑皮层。不同情景刺激细胞而长出的树突不仅长短不一样，连末端的微小形状也有区别。直观形象越丰富生动，树突越长，钩越明显。因此通过实验等操作性活动获取的信息，有利于学生记忆。第三，科学实验能够促进学生对科学知识的理解。我国古代有句名言叫做：“耳闻是亡，目睹为实，恭亲则明”。也就是“我听，我忘记；我看，我记得；我做，我理解”。它充分强调了做的重要性。社会建构主义教学的一个特征是学生有意识地接触具体的材料。如果学生积极参加具体形式的学习，会加深他们对知识的理解。戴尔经验圆椎体是美国教育家爱德加·戴尔在《教学中的视听方法》一书中提出的一种描述人类感知经验分类层次的锥形示意图（见下图）。“经验圆锥体”具有以下要点：①“经验锥形体”将人类通过各种途径获得的经验按其抽象程度的不同分成：直接经验、模拟经验和高度抽象的经验三类。每类经验都包含某些活动的特征。塔的底部为直接的、有目的的、具体的经验，塔的顶部为抽象的经验，如文字、符号等。②戴尔认为，教育要从直接经验入手，并逐步过渡到抽象思维。运用模拟经验有助于传授知识，但不能完全代替亲自动手的实践。③每个人的经历都受时空限制。位于“塔”腰阶层的视听教学媒体能为学习者提供一种戴尔所谓的“替代经验”，有助于突破时空的限制，解决教学中具体经验和抽象经验5的矛盾，弥补各种直接经验的不足。④直接的、有目的的体验可以使信息量的90%形成知识；人为的体验（实验和角色扮演）可以使信息量的70%形成知识，由此可见，实验教学能够有效地促进学生知识的形成。（3）能够培养学生多方面的科学探究能力。实验过程一般包括实验设计、实验操作、实验观察记录、实验数据（现象）分析与处理、得出结论等步骤。完成每个步骤，学生都必须具有一定的实验能力，同样每个实验步骤都可以培养学生相应的实验能力。实验设计，能培养学生的思维能力和创新能力；实验观察，能培养学生的观察能力；实验操作能培养学生的动手能力和解决问题的能力；实验数据（现象）分析与处理可以培养学生运用知识解决问题的能力；得出结论可以培养学生分析、综合、归纳、概括等逻辑思维能力。由此可见，科学实验能培养学生多方面的能力。（4）能够培养学生的科学态度与科学精神。认真的科学态度、严谨的科学作风、不畏困难的科学精神，是一个公民从事各项工作所必须的优良素质。小学科学实验可以有效培养学生的这种优良品质。在实验过程中，要求学生忠于实验数据，尊重客观事实，不能有丝毫的弄虚作假的行为，使学生逐步养成严格实验操作规程的习惯，并树立实事求是的科学态度。实验过程往往不是一帆风顺语言符号视觉符号静态图片、录音电影、电视展览实地考察演示角色扮演人为体验直接的、有目的的体验90％70％30％20％10％高度抽象的经验模拟经验直接经验知识形成的百分比具体材料的参与程度6的，要求学生善始善终，不怕挫折，使学生充分体验实验过程的艰辛和成功的喜悦。此外实验教学还有利于培养学生团结协作、勤俭节约、爱护环境等科学素质。二、科学实验的方法科学实验方法主要是指按照实验目的，利用实验仪器和设备，人为地控制研究对象，排除干扰，突出主要因素，突出科学实验现象、过程及其特征，研究科学问题所采用的一种科学方法。它是一种非常重要的科学方法。（一）科学实验的基本方法。科学实验的基本方法主要有实验归纳法、实验验证法、控制变量法。1.实验归纳法。实验归纳法是一种由特殊到一般的研究方法，就是根据研究目的人为地控制条件，从大量的实验现象中寻找其普遍特征，进而概括出规律的方法。例如：声音是怎样产生的实验。2.实验验证法。实验验证法是一种推理、判断在前，实验验证在后的研究方法，即在已知的科学理论和实践的基础上，或是在出现于已知理论发生冲突的科学事实时，经过推理、假设和预言，并通过实验来检验其真理性，最后肯定或否定论断，从而得出可靠的结论。例如，沙洲是怎样形成的实验。3.控制变量法。控制变量法是当多个因素同时作用、共同影响某一变量时，要分别独立地研究其中某一因素的影响，这时就要暂时保持其他因素不变，以便排除其他因素的干扰，更好地研究这一因素与研究量之间的关系，最后再综合分析，由归纳法得出规律。（二）科学实验的常用方法科学实验的常用方法主要有比较法、平衡法、转化法、放大法、替代法、模拟法、解剖法等。1.比较法是通过对两个或两个以上的事物进行比较，从而找出异同点的思维方法。（如对比实验）（1）纵向比较纵向比较是将同类事物在不同时刻的现象加以比较的方法。通过纵向比较，可以了解事物的发展与变化情况。如，“竿影长度与阳光照射关系”的实验。7（2）横向比较横向比较是将不同类事物在同一时刻产生的现象加以比较。通过横向比较，可以了解不同事物的共性与异性，或通过比较得出规律。如“铁生锈与什么有关”的实验。（3）测量比较是一种定量的比较。是把待测量与已知测量或标准测量进行比较，这种比较通常要借助仪器或标准量具。（4）平衡法平衡是指