小学科学新课程标准向我们提出了要培养学生全面的科学素养。而孩子在小学阶段的主要培养目标，应该是培养学习兴趣、养成良好学习习惯，逐步学会一些基本的学习方法。因此，从学生发展的长远需求来说，设法使他们形成持续学习科学的兴趣，学习与应用科学知识的习惯与能力，是全面提高学生的科学素养和终身学习的能力的有效方法。实验教学正是这样的方法之一。本文主要在以下四个方面谈谈如何在自然科学实验教学中培养学生实验设计能力：1、改验证性实验为探索性实验，培养学生改进原实验和设计新实验的能力；2、改变实验控制条件，演绎新实验，培养学生运用实验思维设计，处理新实验的能力；3、增减实验器材改变实验，培养学生设计新实验的能力；4、创设实验问题情景，培养学生设计实验进行科学探究式学习的能力。
关键词：实验教学 实验设计 探究性学习
爱因斯坦说：“一个美妙的实验，通常要比我们头脑中提取二十个公式更有价值。”科学知识来源于科学实验探索的结果，而我们的学生要学习这些前人的经验，更应该通过实验，它不仅仅能激发学生学习的兴趣，更能启迪思维，培养科学精神和创新能力。创新能力的形成，除必要的基础知识外，更重要的是要有正确的思维方法和良好的思维品质。在实验教学中培养学生实验设计的能力，正是我们实施素质教育，培养学生良好创新思维的习惯和能力，使之可持续发展以适应时代进步的需要。本文就小学科学实验教学中，如何培养学生实验设计能力谈几点具体做法。
一、改验证性实验为探索性实验，培养学生改进原实验和设计新实验的能力
验证性实验通常是指在一致结论的基础上，小学生通过被动地模仿前人已经做过的实验过程所进行的验证结论的实验。这种实验的特点是寻规蹈矩，按部就班，这对小学生探究能力的培养有一定的影响。探索性实验是由学生自己运用实验手段，探索未知的现象或数据，并在获得的现象或数据的基础上概括出实验结论。它让亲身经历实验过程对未知结论的探索，激发学生的思维状态，培养的创新意识，初步形成科学态度，训练科学方法，提高学生分析、解决问题的能力。
在自然科学教材中，有许多的探索性实验，如“研究电磁铁的磁力大小与什么因素有关”，“燃烧的条件”等实验。但很多的学生实验是按照课本上提出的现成的实验设计和实验要求来做的，学生的探索精神得不到体现，学生并不理解，为什么要这么做。
如在研究植物根的吸收水分的作用时，教材的安排是让学生仿照课本的图片上进行实验，取一棵完整的植物，将根部浸入水中，并在水面上加上一层食用油，做好水面记号，然后观察，一段时间以后，水面有什么变化。这样的实验只是单纯的模仿，虽然也能获得科学的结果，但是学生并不清楚为什么要这么做。那么当学生遇到其他问题的时候，他们就缺乏解决问题的创新能力。因此，我在教学本课的时候，让学生通过自己探索，通过小组“要准备一棵怎样的植物”，“如何证明水被植物吸收了”，“你怎么知道水不是蒸发了呢”等一系列问题，自行设计完善实验方案。通过这样的设计与实验探究，得出的结论往往在比单纯模仿效果要好得多。
在自然科学的实验教学中，增大探索性实验的数量，减少验证性实验，在培养学生的实验能力、科学方法的形成、直觉思维能力和创新意识等方面都是可行和有效的。
二、改变实验控制条件，演绎新实验，培养学生运用实验思维设计，处理新实验的能力
自然科学实验与自然条件下的观察不同，实验是在人为条件下，控制一定的因素，以排除外界的干扰获得正确的结论，这就要求学生在实验中要很好的控制变量。自然科学中的很多实验都体现了这一思想，如“摩擦力的大小与哪些因素有关”等。教师可以改变实验的控制条件来进行实验拓展，引导学生的实验创新能力。
如在通过实验认识了物体的热胀冷缩的性质后，我向学生提出：我们知道了液体、固体、气体都有热胀冷缩的本领，那么当水结冰后，体积又会发生怎样的变化呢？要求学生设计一个简单的实验，来研究水结冰后体积的变化情况。在活动中，学生首先作出假设，然后通过小组讨论设计实验，并于课后完成了这个实验。由于之前对热胀冷缩性质的认识，几乎所有的学生都认为，水结冰后，体积一定会变小。但是课后的实验，却给了他们截然相反的结果。第二节课的时候，学生们都迫不及待向老师汇报这一现象，并展开热烈的讨论，认识水的热胀冷缩和冷张热缩现象。
通过改变实验控制的条件，训练了学生运用整体实验思维方法设计新实验和处理实验数据的创新能力。
三、增减实验器材改变实验，培养学生设计新实验的能力
我们在实验中，常常会遇到实验器材一时难以找齐，或者只有一些其它的器材的情况。顺势引导学生设计新的实验，解决原有实验所需解决的问题。通过增减实验器材改变实验，培养学生设计新实验的能力。学生课后探究活动中
遇到了“喷泉实验”，兴趣很大，纷纷要求亲手做一做。进入实验室后，按设计要求连接装置，但在装配中却一时找不到双孔橡皮塞，以致于胶头滴管无法用上，喷泉无法触发。我因势利导，要求学生在没有胶头滴管的情况下怎样引发喷泉，并实际做一做。同学们都十分踊跃，想出了许多的方法，如有的将烧杯换成了软塑料瓶，通过挤压塑料瓶来引发喷泉。而有的则由气体的气密性检查想到，只需用双手捂住烧瓶一会儿，松开后即可引发喷泉，方法简单，操作方便，大大的开拓了学生的思维能力，解决问题的能力，大大增强了他们动手操作的兴趣。
四、创设实验问题情景，培养学生设计实验进行科学探究式学习的能力
根据认知理论，教学过程应该是以不断地提出问题并解决问题的方式来获取新知识的问题性思维过程。在自然科学实验教学中，创设实验问题情景，突出科学探究的学习方式，让学生通过手脑并用的探究活动，体验探究过程的曲折和乐趣，学习科学方法，发展科学探究所需要的能力和增进对科学探究的理解。
科学探究是学生体验科学过程、理解科学本质、领会科学精神态度价值观、培养创新精神和实践能力的主要学习模式，有助于学生深入理解科学知识和掌握科学技能，对培养学生科学素养有不可替代的作用。其操作过程与科学家在解决问题时基本相同，大致可分为8个步骤：（1）提出问题；（2）作出假设和猜想；（3）制定研究计划；（4）实行研究；（5）收集事实证据；（6）分析和解释证据；（7）推出结论和评价；（8）交流与合作。
如在三年级下册《磁铁的两极》一课中，当学生观察到放到磁铁中间的小钢珠总是向两边滚时，就产生了问题，这是怎么回事？是什么原因造成的呢？然后学生们通过小组讨论，作出初步假设和猜想：磁铁各部分磁性不一样。然后学生制定研究计划：怎样用科学的实验数据或现象来证明我们的观点呢？要比较磁铁的各部分磁性谁更强，可以怎么比？通过与其他小组交流后修订实验方案。然后就进行实验，并通过实验报告记录数据。学生观察到磁铁两端所吸引的回形针数量多，而越往中间，吸引的回形针数量越少，通过实验现象，学生分析得出，磁铁的各部分磁性不一样，并且两端磁性强，中间磁性弱的结论。在这个过程中，学生通过像科学家一样进行研究，体会到了科学探究的乐趣，学生多角度、多侧面、多层次地思考问题，有助于充分调动学生的潜在能力。
通过创设实验问题情景，培养学生设计实验进行科学探究式学习的能力，是我们教学的重要目标之一。教师应结合探究活动的全过程评价学生的探究能力，包括观察、归纳和发现问题的能力，设计实验、动手实验的能力，收集和分析数据、表达和交流的能力等。
经过实验教学中培养学生实验设计能力的探索与实践，学生思维能力和动手实践能力都得到了发展，掌握了必要的科学的研究方法，提高了科学素养。
联系客服
