蔣建綱

不知道從什么時(shí)候開始，對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，已成為老師上公開課、評(píng)優(yōu)課的必選項(xiàng)了。不管是評(píng)優(yōu)課、公開課還是展示課，只要是課堂上有實(shí)驗(yàn)操作的，都無一例外地對(duì)教材上設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)、創(chuàng)造，似乎不對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)這就是一節(jié)失敗的課。老師希望通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的改進(jìn)與創(chuàng)新，幫助學(xué)生直觀清晰地觀察到現(xiàn)象，揭示實(shí)驗(yàn)所蘊(yùn)含的科學(xué)道理，從而建立科學(xué)概念，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，發(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的作用。

但是很多老師在改進(jìn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，往往會(huì)走進(jìn)一些誤區(qū)，忽略了學(xué)生本身的學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)特點(diǎn)，一味地追求改進(jìn)，使得新的實(shí)驗(yàn)方法達(dá)不到有效目的，反而使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得不到有效的培養(yǎng)，出現(xiàn)勞而少功、欲速不達(dá)的結(jié)果。

誤區(qū)一：實(shí)驗(yàn)不符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律

教師在教學(xué)時(shí)，希望學(xué)生能從問題出發(fā)，選擇合適的器材和設(shè)計(jì)出科學(xué)可行的方法進(jìn)而有步驟操作、取證、分析總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)際上學(xué)生的學(xué)習(xí)是建立在豐富的日常生活直接經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的，科學(xué)探究時(shí)往往會(huì)借助這些直接經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)從而解決科學(xué)問題。而學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)往往是他們真實(shí)認(rèn)識(shí)水平的外顯，或多或少有些不足之處。為了順利通過實(shí)驗(yàn)建構(gòu)科學(xué)概念，這時(shí)候老師會(huì)“善意”地幫助學(xué)生“設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)，而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)往往會(huì)出現(xiàn)不符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

案例：《運(yùn)動(dòng)與摩擦力》研究表面粗糙程度對(duì)摩擦力的影響

生：木塊放在毛巾上，用測(cè)力計(jì)拖動(dòng)木塊，測(cè)得的力就是木塊在粗糙物體表面受到的摩擦力。（圖1）

師：我們也可以將測(cè)力計(jì)提環(huán)固定在鐵架臺(tái)上，掛鉤勾住木塊，木塊下面墊上毛巾，用手拖動(dòng)毛巾，使毛巾和木塊發(fā)生摩擦，測(cè)力計(jì)的示數(shù)則認(rèn)為當(dāng)時(shí)的摩擦力。（圖2）

分析：這個(gè)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于從靜摩擦到滑動(dòng)摩擦有一個(gè)轉(zhuǎn)變的問題，很多學(xué)生在兩種力過渡的一剎那間測(cè)力計(jì)控制不好，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)困難。為了提高實(shí)驗(yàn)效果，老師卻忽略了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，利用力的作用是相互的概念，幫助學(xué)生設(shè)計(jì)這樣的實(shí)驗(yàn)，主觀認(rèn)為學(xué)生能夠了解老師的意圖。

皮亞杰認(rèn)為小學(xué)生的思維水平處于具體運(yùn)算階段，而教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)具有形式運(yùn)算思維，實(shí)際上學(xué)生不具備這種發(fā)展準(zhǔn)備，他們難以理解所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，超出了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。因此雖然實(shí)驗(yàn)的成功率提高很多，但是學(xué)生很難理解木塊在毛巾表面移動(dòng)受到的摩擦力和拉動(dòng)毛巾時(shí)木塊受到的摩擦力是一樣，實(shí)驗(yàn)的原理、方法的設(shè)計(jì)，均超出了小學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生只知其然不知其所以然。因此這種不符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就談不上實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，影響學(xué)生“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)”的核心素養(yǎng)。

解決策略：

小學(xué)生思維發(fā)展的基本特點(diǎn)是以具體形象思維為主要形式逐步過渡到以抽象邏輯思維為主要形式；但是這種抽象邏輯思維在很大的程度仍然是直接與感性經(jīng)驗(yàn)想聯(lián)系的，仍然具有很大成分的具體形象性。 因此教師在幫助學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要了解學(xué)生的知識(shí)準(zhǔn)備和認(rèn)知發(fā)展水平，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的學(xué)習(xí)內(nèi)容，才能使學(xué)生選擇正確的方法，有效地獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)從而解決問題。

誤區(qū)二：學(xué)生不理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)涵

小學(xué)科學(xué)中，有部分學(xué)習(xí)內(nèi)容還是比較難的，公認(rèn)的有沉浮單元、宇宙單元。老師為了讓學(xué)生更準(zhǔn)確地收集到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)本身會(huì)非常的實(shí)用，卻忽略了實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生來講的可接受性、可理解性，超出學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)涵的理解。

案例：《浮力》測(cè)量泡沫塊受到的浮力

師：我的實(shí)驗(yàn)方法介紹給大家：將測(cè)力計(jì)掛鉤用細(xì)線綁住一塊木塊，木塊下面再吊一個(gè)鉤碼。（1）鉤碼在水中，木塊在空氣中；（2）鉤碼在水中，木塊在水中，比較兩次的數(shù)據(jù)變化。我們發(fā)現(xiàn)第二次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)變小了，為什么會(huì)變??？是因?yàn)槭艿搅怂母×ΑＷ冃〉臄?shù)據(jù)就是木塊受到的浮力的大小。（見圖示）

分析：浮力實(shí)驗(yàn)，本身是一個(gè)難點(diǎn)，本案例中教師為了使學(xué)生成功測(cè)出物體在水中受到的浮力，可謂煞費(fèi)苦心。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)內(nèi)涵對(duì)于初中的青少年來說能夠理解，而對(duì)于小學(xué)五年級(jí)兒童來講則很難理解，甚至還會(huì)產(chǎn)生為什么水里要掛一個(gè)重物，這個(gè)對(duì)測(cè)浮力有什么影響等更多問題。學(xué)生不理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵而進(jìn)行的的實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)采集、結(jié)論歸納又有什么意義呢？所以教師不能只關(guān)注自己的教學(xué)，更應(yīng)關(guān)注學(xué)生的學(xué)，急于求成的活動(dòng)對(duì)于學(xué)生能力的提升是無益的。

解決策略：

以探究的方式學(xué)習(xí)科學(xué)，是科學(xué)課程倡導(dǎo)的核心理念。在探究活動(dòng)中，學(xué)生肯定會(huì)遇到一些困難，教師不能因?yàn)閷W(xué)生遇到困難而強(qiáng)勢(shì)主導(dǎo)，應(yīng)根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，了解學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法理解的水平，找到更合適的實(shí)驗(yàn)方法，適當(dāng)提供學(xué)習(xí)支架，使學(xué)生通過老師搭建的支架，逐步攀升，理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，順著支架深入有序地開展探究活動(dòng)，提高實(shí)驗(yàn)的成功率。

誤區(qū)三：數(shù)據(jù)不必要事事取證收集

學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是對(duì)事物、現(xiàn)象進(jìn)行定性、定量分析的基礎(chǔ)。收集的數(shù)據(jù)指向內(nèi)在的規(guī)律和聯(lián)系，數(shù)據(jù)的可靠性直接影響實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡倪_(dá)成[，所以老師們非常重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集。確實(shí)，建立在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性才更強(qiáng)，對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果一目了然的現(xiàn)象，有些老師仍一味地追求用數(shù)據(jù)說話，過度放大實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的作用，反而讓學(xué)生覺得這樣的數(shù)據(jù)收集意義不大。

案例：《光和影》影子大小和什么因素有關(guān)

生：將光源、木塊、屏放置一條直線，移動(dòng)木塊，使木塊靠近（遠(yuǎn)離））光源，會(huì)發(fā)現(xiàn)影子變大或者變小。

師：你有什么證據(jù)說明影子大小發(fā)生變化了嗎？為了使實(shí)驗(yàn)更加精確，你會(huì)用什么辦法呢？

生：……

師：老師給大家準(zhǔn)備一張打好格子的 “屏”，大家只要數(shù)一數(shù)影子占據(jù)了多少個(gè)格子，再比較一下，就能比較出影子的大小了。

分析：確定影子的大小，是一個(gè)極為簡(jiǎn)單的定性研究，況且本實(shí)驗(yàn)中影子大小變化的過程可以呈現(xiàn)為動(dòng)態(tài)，只需憑目測(cè)完全能夠判斷出來，不需要所謂的收集數(shù)據(jù)，但這位老師為了讓學(xué)生有實(shí)證意識(shí)，特意設(shè)置收集數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，希望學(xué)生通過收集到的數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論。實(shí)際上的結(jié)果卻是，學(xué)生被動(dòng)的采集數(shù)據(jù)，用一些毫無意義的數(shù)據(jù)來說明一目了然的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。表面看學(xué)生有了實(shí)證意識(shí)，學(xué)生也能習(xí)得這樣的程序，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，學(xué)生不愿意接受這樣的為了數(shù)據(jù)的采集而進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集。

解決策略：

要收集有效的數(shù)據(jù)，教師必須對(duì)教材進(jìn)行深入分析，分析教材中的實(shí)驗(yàn)是否有必要收集精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，是否有必要通過精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來支持科學(xué)結(jié)論，這樣，在準(zhǔn)備教學(xué)時(shí)才能采取相應(yīng)的策略來處理實(shí)驗(yàn)的安排，提高實(shí)驗(yàn)的有效性，不會(huì)出現(xiàn)為科學(xué)結(jié)論而出現(xiàn)不科學(xué)的數(shù)據(jù)收集。上述實(shí)驗(yàn)最多只需畫出影子輪廓，將輪廓比較一下即可。（如下圖所示）

小學(xué)科學(xué)教材中的一些實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)本身的操作難度較高，使得學(xué)生操作時(shí)成功率不高，從而無法獲得可靠的事實(shí)與依據(jù)。這樣的結(jié)果不僅僅是浪費(fèi)教師學(xué)生的精力和寶貴的時(shí)間，更可怕的是會(huì)挫傷學(xué)生科學(xué)探究的積極性。老師針對(duì)這樣的實(shí)驗(yàn)，也會(huì)盡力去改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)表面看似乎有利于實(shí)驗(yàn)的研究，但有時(shí)效果卻不盡如人意。

案例：《浮力》測(cè)量泡沫塑料塊受到的浮力

生：繪圖設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。

師：都設(shè)計(jì)得很好，但是實(shí)驗(yàn)操作卻都很不方便。圖1，測(cè)力計(jì)不可能放入水中；圖2，在拉測(cè)力計(jì)的時(shí)候固定在水槽底部的滑輪容易掉落，容易失??；如果強(qiáng)行固定，水槽就不能做其他實(shí)驗(yàn)了。老師想到了一個(gè)辦法。（圖3）

分析：老師針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的操作難點(diǎn)，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)：一個(gè)學(xué)生用力握住裝有定滑輪的手柄，另一個(gè)學(xué)生拉動(dòng)測(cè)力計(jì)讀數(shù)即可。但在筆者實(shí)際操作過程中發(fā)現(xiàn)，這樣的改進(jìn)一點(diǎn)效果都沒有，首先學(xué)生兩只手會(huì)互相干擾，影響操作；其次小學(xué)生單手抓住手柄往水槽用力很難頂住拉測(cè)力計(jì)時(shí)泡沫受到的浮力，容易引起實(shí)驗(yàn)的失敗，因此這樣的改進(jìn)是不能解決實(shí)驗(yàn)操作難點(diǎn)的。

解決策略：

要讓科學(xué)探究更有效，實(shí)驗(yàn)本身，必須設(shè)計(jì)行之有效的方法，不但易于操作，且取證方便，從而達(dá)到有效的實(shí)驗(yàn)效果，真正完成探究的目標(biāo)。浮力實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，老師們想出了很多的辦法，有的改進(jìn)材料，有的改進(jìn)方法，還有的發(fā)明自制教具，都是為了提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。這個(gè)實(shí)驗(yàn)老師可以這樣改進(jìn)：（圖4）

這樣改進(jìn)的好處：1.兩個(gè)學(xué)生合作實(shí)驗(yàn)時(shí)可以有序合作，不會(huì)發(fā)生干擾，有序?qū)嶒?yàn)操作；2.只要抓住“L”形手柄的一端，不需要用很大的力量，就能頂住塑料塊受到的浮力，有效實(shí)驗(yàn)操作。

2017《小學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出，學(xué)生要知道科學(xué)探究需要圍繞已提出和聚焦的問題設(shè)計(jì)研究方案，通過收集和分析信息獲取證據(jù)，經(jīng)過推理得出結(jié)論。科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)盡量做到讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)、合理設(shè)計(jì)、反復(fù)操作，保證實(shí)驗(yàn)的獨(dú)創(chuàng)性。雖然在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，暴露缺陷各不相同，但也為同伴提供了質(zhì)疑的外部條件。如一定需要老師參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，老師也應(yīng)該深入研究學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵、實(shí)驗(yàn)操作的難度等，多思考、多創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出符合學(xué)生發(fā)展，才能夠解決教學(xué)中的問題，從而提升實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。同時(shí)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，能加深理解事物的基本原理和運(yùn)行規(guī)律，讓學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)中成長(zhǎng)。

【作者單位：蘇州高新區(qū)金色小學(xué)校 江蘇】