小学科学实验改进的误区及解决的策略

蒋建纲

不知道从什么时候开始，对教材实验的改进，已成为老师上公开课、评优课的必选项了。不管是评优课、公开课还是展示课，只要是课堂上有实验操作的，都无一例外地对教材上设计的实验进行了改进、创造，似乎不对实验进行改进这就是一节失败的课。老师希望通过实验设计的改进与创新，帮助学生直观清晰地观察到现象，揭示实验所蕴含的科学道理，从而建立科学概念，提高实验能力，发展科学思维，培养科学素养的作用。

但是很多老师在改进、创新实验的时候，往往会走进一些误区，忽略了学生本身的学习水平和学习特点，一味地追求改进，使得新的实验方法达不到有效目的，反而使学生的科学素养得不到有效的培养，出现劳而少功、欲速不达的结果。

误区一：实验不符合学生认知规律

教师在教学时，希望学生能从问题出发，选择合适的器材和设计出科学可行的方法进而有步骤操作、取证、分析总结出实验结果。实际上学生的学习是建立在丰富的日常生活直接经验基础之上的，科学探究时往往会借助这些直接经验来设计实验从而解决科学问题。而学生设计的实验往往是他们真实认识水平的外显，或多或少有些不足之处。为了顺利通过实验建构科学概念，这时候老师会“善意”地帮助学生“设计”实验，而设计的实验往往会出现不符合学生的认知规律。

案例：《运动与摩擦力》研究表面粗糙程度对摩擦力的影响

生：木块放在毛巾上，用测力计拖动木块，测得的力就是木块在粗糙物体表面受到的摩擦力。（图1）

师：我们也可以将测力计提环固定在铁架台上，挂钩勾住木块，木块下面垫上毛巾，用手拖动毛巾，使毛巾和木块发生摩擦，测力计的示数则认为当时的摩擦力。（图2）

分析：这个实验的难点在于从静摩擦到滑动摩擦有一个转变的问题，很多学生在两种力过渡的一刹那间测力计控制不好，导致采集数据出现困难。为了提高实验效果，老师却忽略了学生的认知规律，利用力的作用是相互的概念，帮助学生设计这样的实验，主观认为学生能够了解老师的意图。

皮亚杰认为小学生的思维水平处于具体运算阶段，而教师对实验的设计具有形式运算思维，实际上学生不具备这种发展准备，他们难以理解所学习的内容，超出了学生的认知规律。因此虽然实验的成功率提高很多，但是学生很难理解木块在毛巾表面移动受到的摩擦力和拉动毛巾时木块受到的摩擦力是一样，实验的原理、方法的设计，均超出了小学生的认知规律，学生只知其然不知其所以然。因此这种不符合学生认知规律的实验设计就谈不上实验能力的培养，影响学生“学会学习”的核心素养。

解决策略：

小学生思维发展的基本特点是以具体形象思维为主要形式逐步过渡到以抽象逻辑思维为主要形式；但是这种抽象逻辑思维在很大的程度仍然是直接与感性经验想联系的，仍然具有很大成分的具体形象性。 因此教师在帮助学生设计实验时，要了解学生的知识准备和认知发展水平，有针对性地设计符合学生认知规律的学习内容，才能使学生选择正确的方法，有效地获取知识、应用知识从而解决问题。

误区二：学生不理解实验设计内涵

小学科学中，有部分学习内容还是比较难的，公认的有沉浮单元、宇宙单元。老师为了让学生更准确地收集到实验数据，设计的实验本身会非常的实用，却忽略了实验对学生来讲的可接受性、可理解性，超出学生对实验设计内涵的理解。

案例：《浮力》测量泡沫块受到的浮力

师：我的实验方法介绍给大家：将测力计挂钩用细线绑住一块木块，木块下面再吊一个钩码。（1）钩码在水中，木块在空气中；（2）钩码在水中，木块在水中，比较两次的数据变化。我们发现第二次实验的数据变小了，为什么会变小？是因为受到了水的浮力。变小的数据就是木块受到的浮力的大小。（见图示）

分析：浮力实验，本身是一个难点，本案例中教师为了使学生成功测出物体在水中受到的浮力，可谓煞费苦心。实验的设计内涵对于初中的青少年来说能够理解，而对于小学五年级儿童来讲则很难理解，甚至还会产生为什么水里要挂一个重物，这个对测浮力有什么影响等更多问题。学生不理解实验内涵而进行的的实验操作、数据采集、结论归纳又有什么意义呢？所以教师不能只关注自己的教学，更应关注学生的学，急于求成的活动对于学生能力的提升是无益的。

解决策略：

以探究的方式学习科学，是科学课程倡导的核心理念。在探究活动中，学生肯定会遇到一些困难，教师不能因为学生遇到困难而强势主导，应根据最近发展区理论，了解学生对实验方法理解的水平，找到更合适的实验方法，适当提供学习支架，使学生通过老师搭建的支架，逐步攀升，理解实验内涵，顺着支架深入有序地开展探究活动，提高实验的成功率。

误区三：数据不必要事事取证收集

学生动手实验，获取实验数据，是对事物、现象进行定性、定量分析的基础。收集的数据指向内在的规律和联系，数据的可靠性直接影响实验目的的达成[，所以老师们非常重视实验数据的收集。确实，建立在数据分析的基础上，实验结论的可靠性才更强，对于一些实验结果一目了然的现象，有些老师仍一味地追求用数据说话，过度放大实验数据的作用，反而让学生觉得这样的数据收集意义不大。

案例：《光和影》影子大小和什么因素有关

生：将光源、木块、屏放置一条直线，移动木块，使木块靠近（远离））光源，会发现影子变大或者变小。

师：你有什么证据说明影子大小发生变化了吗？为了使实验更加精确，你会用什么办法呢？

生：……

師：老师给大家准备一张打好格子的 “屏”，大家只要数一数影子占据了多少个格子，再比较一下，就能比较出影子的大小了。

分析：确定影子的大小，是一个极为简单的定性研究，况且本实验中影子大小变化的过程可以呈现为动态，只需凭目测完全能够判断出来，不需要所谓的收集数据，但这位老师为了让学生有实证意识，特意设置收集数据环节，希望学生通过收集到的数据分析得出结论。实际上的结果却是，学生被动的采集数据，用一些毫无意义的数据来说明一目了然的实验现象。表面看学生有了实证意识，学生也能习得这样的程序，但费时费力，学生不愿意接受这样的为了数据的采集而进行的数据采集。

解决策略：

要收集有效的数据，教师必须对教材进行深入分析，分析教材中的实验是否有必要收集精准的数据，是否有必要通过精准的实验数据来支持科学结论，这样，在准备教学时才能采取相应的策略来处理实验的安排，提高实验的有效性，不会出现为科学结论而出现不科学的数据收集。上述实验最多只需画出影子轮廓，将轮廓比较一下即可。（如下图所示）

小学科学教材中的一些实验，由于实验本身的操作难度较高，使得学生操作时成功率不高，从而无法获得可靠的事实与依据。这样的结果不仅仅是浪费教师学生的精力和宝贵的时间，更可怕的是会挫伤学生科学探究的积极性。老师针对这样的实验，也会尽力去改进实验，经过改进的实验表面看似乎有利于实验的研究，但有时效果却不尽如人意。

案例：《浮力》测量泡沫塑料块受到的浮力

生：绘图设计的实验。

师：都设计得很好，但是实验操作却都很不方便。图1，测力计不可能放入水中；图2，在拉测力计的时候固定在水槽底部的滑轮容易掉落，容易失败；如果强行固定，水槽就不能做其他实验了。老师想到了一个办法。（图3）

分析：老师针对实验中的操作难点，改进了实验：一个学生用力握住装有定滑轮的手柄，另一个学生拉动测力计读数即可。但在笔者实际操作过程中发现，这样的改进一点效果都没有，首先学生两只手会互相干扰，影响操作；其次小学生单手抓住手柄往水槽用力很难顶住拉测力计时泡沫受到的浮力，容易引起实验的失败，因此这样的改进是不能解决实验操作难点的。

解决策略：

要让科学探究更有效，实验本身，必须设计行之有效的方法，不但易于操作，且取证方便，从而达到有效的实验效果，真正完成探究的目标。浮力实验的改进，老师们想出了很多的办法，有的改进材料，有的改进方法，还有的发明自制教具，都是为了提升实验教学的有效性。这个实验老师可以这样改进：（图4）

这样改进的好处：1.两个学生合作实验时可以有序合作，不会发生干扰，有序实验操作；2.只要抓住“L”形手柄的一端，不需要用很大的力量，就能顶住塑料块受到的浮力，有效實验操作。

2017《小学课程标准》提出，学生要知道科学探究需要围绕已提出和聚焦的问题设计研究方案，通过收集和分析信息获取证据，经过推理得出结论。科学实验教学尽量做到让学生自己发现、合理设计、反复操作，保证实验的独创性。虽然在设计实验中，暴露缺陷各不相同，但也为同伴提供了质疑的外部条件。如一定需要老师参与实验设计，老师也应该深入研究学生的学习特点、实验的内涵、实验操作的难度等，多思考、多创新，设计出符合学生发展，才能够解决教学中的问题，从而提升实验的质量。同时实验的设计要能激发学生的学习兴趣，培养学生的创新思维，能加深理解事物的基本原理和运行规律，让学生在快乐中学习，在实验中成长。

【作者单位：苏州高新区金色小学校 江苏】