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科研动态

小学科学实验课有效教学的策略和方法

作者:薛琴  日期: 2020-09-29  点击:

小学科学实验课有效教学的策略和方法

宜兴市高塍实验小学  薛琴

 

在科学课学习中,实验教学占有重要的地位,它是科学教学研究中十分重要的认识方法,它对于激发儿童的科学兴趣,培养儿童的科学能力,提高儿童的科学素养都有着十分重要的意义。  但目前小学科学课实验教学中存在:常规未养成,课堂闹哄哄;分组不合作,多数作壁上观;动手不动脑,探究层次浅;材料杂而乱,摆弄无结果等问题,导致实验教学往往只流于形式,实验效果低迷。要达到让小学生能够通过科学实验收获大量的科学知识,提高自身的科学素养的教学效果,提高实验教学的有效性是最重要最根本的策略。因此如何提高科学课实验教学的有效性,是每一个科学教师必须认真面对的一个重要问题。笔者通过实践,认为落实科学课常规、遵循实验设计原则,优化实验设计、关注实验过程指导、等是实现有效实验教学的重要因素。
  
  【关键词】:  小学科学    实验教学     有效性
  
  科学课是一门以实验为基础的学科,实验是学生获取知识、进行知识创新的重要手段,是培养学生的科学兴趣、科学态度、提高学生科学能力的重要途径。因此,在新课程实施中就不能不重视实验在提高学生科学素养中应有的作用。科学实验教学如此重要。但是,很多的科学课堂中,要么没有实验,要么就是教师让自己的演示实验贯穿于课堂教学的始终,对学生创新思维和创造能力的培养极为不利。
   、实验教学低效性的具体表现
   (一)学生在实验活动中思维匮乏或具浅表性
  学生的科学实验还只是停留在儿童嬉戏活动的层次,把一个个实验当作体育课里的游戏,“图”个热闹,并没有把自己当作“小科学家”来研究问题。虽然学生在活动中情感、态度得到了陶冶,但是热闹有余、思维不足,科学实验的更重要的任务建构知识层面缺失,只停留在感性认识的基础上,对后续的学习存在着很大的隐患。

(二)实验活动中学生参与率低下,缺少合作
   在实验活动过程中,以小组合作形式是活动的主要形式,在小组讨论中,有些学生莫不做声,只顾自己做事,毫不理会老师和同学是怎样去研究的,并没有参与到活动中来,觉得自己是“观众”;也有些学生把实验仪器牢牢地控制在自己手里,把这份探究的权利留给自己,并没有合作的意识,这大大影响着实验的开展。
  (三)实验活动操作不规范,处于无序自由状态
   新课开始,学生往往能坚持一段时间,但是总不能坚持很久,他们总想自己操作,总认为实验很简单,无需老师讲得那么清楚,坚信自己能顺利完成实验。随即带来的自由探究带来混乱的状态,学生的学习处于一种发挥性、无序教材的意图,陷入了“玩玩”的状态。
    除上述三点外,实验教学低效性的表现还有很多方面,例如,在科学课中,学生的自我约束能力很差,学习态度不稳定,总凭着一时的兴趣进行学习。这样的现状直接影响着学生对科学知识的积累、科学能力的培养,好多学生的心理活动基本上处于被动状态,探究问题的兴趣和动手创造能力更是不能充分发挥,那么怎样在科学实验课中,变教师的主动为学生的主动,怎样提一个值得深思和探讨的课题。
   二、实验教学有效性的实施策略
  经过多年的科学课堂教学实践,我们努力从以下几个方面去实践,收到了较好的教学效果,现与大家共同探讨:
  (一)落实科学课常规  规范学生课堂行为
  何树德老师在《新教师的成长提示》中年轻科学教师说过这样的话:初为人师,走进课堂,走近学生,如果能构建起人性化的学习常规,对提高学习效率、学习质量是十分关键的。实施新课程以后,新的教学理念指引着教法和学法的变革。教师必须把每一位学生的成长时时放在心上,要实现这样的变革,就势必要构建新的学科教学常规。
   何树德老师将学习常规概括如下:
  收集资料很重要,举手发言要做到,听清任务勤思考,观察物体需全面,实验现象记得清,研究主题讨论好,小组汇报集体议,组内活动音量低,允许汇报声音响,全班听到要做到,同伴发言专心听,如有补充要发表。只要常规落实到位,我们的科学实验就有了保证。学习常规不是要学生记忆背诵条文,而是理解后的行为守则,学生的自觉行动。笔者将何树德老师关于科学课的学习常规打印出来,把它们抄写在实验室黑板的左侧,让他们每次走白实验课不是体育课、也不是活动课。
   经过一段时间的监督约束,学生自然能初步遵守,慢慢地习惯这样的科学课堂学习。在分组活动时,能控制音量,不会认为教室是个农贸市场;也不会把分组活动误解为自由活动,漫无边际的学习。大部分学生能认识到自己存在的问题,只是明明知道还要再不小心中继续违反,大多是想动手做个究竟,想弄个明白,这也是人之常情,毕竟他们还是学生!只要耐心教育,给他们树立合适的标杆,经常提醒督促,他们会慢慢开始遵守课堂学习常规的,这一点我们要信他们。
   (二)遵循实验设计原则  设计有效实验 

 1、实验设计要符合小学生的认知规律 
  实验探究活动的一个重要功能是锻炼培养学生的思维,因此在科学实验中必须关注学生的思维特点。“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。”(朱智贤)但在不同的年龄阶段又存在着差异。
  三、四年级学生年龄小,注意力不容易集中,往往凭一时的兴趣来学习,很不稳定,抓不住事物主要特征。设计实验时要采取多种方式,调动他们的各种感官有意识地直接观察事物。如:三上第一单元中“植物的叶”一课的实验设计,我向学生提供大量的可供学生观察的有代表性的实验材料──植物的叶(枫叶——掌形叶;银杏叶——扇形叶;竹叶——披针形叶;雪松——针形叶),让学生在观察、比较的基础上,归纳总结出:大自然中同一种树的叶具有共同的基本特征,不同种树的叶在形状、大小、颜色等方面各不相同。
  五、六年级学生已初步具备了观察事物的能力,且能自己动手做一些实验。他们对神秘的自然界充满了好奇,对探索自然奥秘充满了自信。这时教师设计实验,主要是以一种引路的方式让学生多动手,多动脑,自己动手实验获得结论,并自己设计实验验证结论。如:六上能量单元的《电磁铁》一课,有一个研究电磁铁的南北极与哪些因素有关的实验,可以这样设计:
  (1)发现问题:各组电磁铁钉尖、钉帽的南北极各不相同。
  (2)猜测:电磁铁的南北极可能和什么因素有关?为什么?
  (3)每个小组确定一个因素进行研究,并讨论研究方案。
  (4)汇报研究方案,明确操作要点。
  (5)学生按方案实践探究,教师巡回指导。
  (6)学生上台演示汇报交流。
2、实验设计要符合小学科学学科特点 

科学课具备自己的特点:1、实证意识:讲求证据、实事求是;2、逻辑思维:符合逻辑的思考;3、质疑精神:能够提出独特的观点。在科学课中,这三者是密不可分的,相互联系、相互影响的,最终将培养学生的理性思维。那么,在设计实验时必须从学科特点出发,设计的实验探究活动要基于学生的认知特点,要有利于学生进行自主探究。如,研究电磁铁的南北极与哪些因素有关。我设计了如下环节:
  (1)发现问题:各组电磁铁钉尖、钉帽的南北极各不相同。
  (2)猜测:电磁铁的南北极可能和什么因素有关?为什么?
  (3)每个小组确定一个因素进行研究,并讨论研究方案。
  (4)汇报研究方案,明确操作要点。
  (5)学生按方案实践探究,教师巡回指导。
  (6)学生上台演示汇报交流。
  (7)小结。课件出示:改变电池正负极接法或改变线圈绕线方向会改变电磁铁的南北极。
  在这个实验设计中,学生经历了发现问题——提出假设——制定计划——实验验证——交流总结的这样一个科学探究过程,训练了学生逻辑思维,培养了学生的实证意识和质疑精神。这样的设计和操作是有效的。
  实验内容、实验对象、实验方法等等需要是学生熟悉的,感兴趣的,才能保证实验的有效性,在设计时不仅要从学生的角度考虑,也要从学校和周边环境去考量,教师要全面了解当地的自然资源,做到心中有数,并因地制宜的进行实验设计,这样方可如鱼得水,运用自如。如设计六上第四单元“生物的多样性”这类教学实验时,要安排学生对校园里生物的种类和分布调查时间,然后再给动植物分类,研究人的相貌差异,探究不同环境对生物种类和性状的影响。通过研究知道生物种类和差别是多种多样的,认识生物的多样性与环境有密切的关系,知道生物多样性的意义。最终明白生物的多样性包括物种的多样性、基因的多样性和生态系统的多样性。
  
  (三)指导学生整个实验过程  扶放结合有的放矢
  
  小学科学高段实验相对于三、四年级来说较为复杂,所以对于实验和观测的要求也有一定程度的提高,很多时候我们便会拟订很多的条条框框来限定规则,以求实验顺利有效的进行,但这种顺利和有效完全降低了学生的独立性。如在实验操作前给学生制定这样的实验分工:
  操作员:负责固定杯子,用手指控制杯底的小孔。
  发令员:准确观察水平面与杯子刻度,及时发令。
  计时员:时刻关注时钟,根据发令员的发令及时记下起止时间。
  记录员:将计时员测得的数据记录在实验记录单中,并统计出所需时间记录在黑板上(为记录方便,“秒”用符号表示)。
  这样的实验操作安排的确能指导学生有序快速的完成验证过程,但是学生在这一过程中只有动手并无动脑,他们根本不用去思考我怎样能更好的操作。我们要怎么分工,谁做什么?这很重要,探究式学习强调的是分工合作。
  指导学生整个实验大致要经历:发现问题→猜想与假设→设计实验、进行验证→讨论和交流提炼结论→小结反思等过程。实验过程中要扶放结合,教师要着重为学生搭好实验活动的脚手架。
  1、指导学生进行制订实验研究计划
  《科学(3-6年级)课程标准》在科学探究的具体内容标准中指出:能提出进行探究活动的大致思路,能对自己或小组提出的探究内容作出书面计划。制订计划就是“事先想”,“想好了再做”。有了问题,我们就得思考一下具体做哪些工作呢?如进一步明确问题、准备材料、明确方法步骤等。为使探究活动更具目的性、计划性,我们把“事先想”的内容记录下来,想好了才能做。
  如四上第一单元“一杯水能溶解多少食盐” 一课的实验设计,教科书中给了一个不完整的研究计划的范例,以指导学生将提出的问题转化为可操作和可进行研究的问题,并指导他们围绕研究的问题做好相应的准备工作。是的,只有在准备好材料的前提下,我们走进课堂才有底气。学生才会专注地听老师上课,以至于开始动脑筋,思考问题,积极地投入到实验当中去,开展研究,弄清真相。
  课堂教学片断
  师:教科书上的研究计划是一个范例,并不能概括所有的计划,我们来制订一份详细的计划好吗?
  师:同学们,我们来看这个。(教师投影出示。)
  研究计划:
  一、 研究的问题:100毫升水能溶解多少克食盐?
  二、 研究的准备: 100毫升水的烧杯、1小袋食盐、1只小匙、1根筷子、 1张记录纸、 1台天平
  三、 人员分工:材料员、操作员、记录员、汇报员
   四、研究方法:略
   五、实验结论:
 100毫升水在大约20摄氏度的水温下,大概能溶解(   )勺食盐,约(   )克。
  实验记录单:食盐(勺)(溶解的勺数请打√)
 生:莫不做声,静静地看计划。
 师:明白怎样写计划了吗?我们一起来商量商量。
 经过一段时间商量,我们最终研究方法大致统一如下:
 (1):一勺一勺的加,每放一勺食盐用尺刮一下。
 (2):等一勺完全溶解后再加第2勺,这样一直加到食盐难以溶解为止。
 (3):记录完全溶解后的勺数。制订计划不可能是一次性完成的,还要有交流研讨的活动,这样能很好地填补了思维的“空白”,也为进一步修正计划做了必要的补充。小组如何分工呢?笔者认为可以这样:一名材料员、一名操作员、一名记录员、一名汇报员。分工合作,明确职责,提高小组学习的效率。方法如何?在这个实验中,一勺盐是多少又是一个变量。教师强调取一勺盐为一平勺,用尺子把高出勺子边缘的盐轻轻刮去,实验前教师要做好示范,这相当重要。同时让学生明白,必须在溶解了第一勺以后再加入第二勺,直到不能溶解为止,并及时做好记录。
  经过这样的系统操作,学生也明白制订计划的重要性,每次实验要经历“事先想,想好了再做”的步骤。当然计划的制订也有不少的方法,我们不能一个标准,尽量让学生自己根据自己想研究的问题去制订,充分发挥他们自己的创造才能。有了计划,实验的开展也有章可循了,实验的效率就大大提高了,减少了无谓的时间,少走弯路,向着有效的学习目标迈近。
  2、引导学生在实验活动前猜想和假设
  当要研究的问题提出以后,我们一般会让学生猜想和假设,如果只是为了得到答案走走形式,那探究活动的过程就会显得毫无意义。因为学生根本体验不到科学家发现这一真理时的思维过程。
  例如:“物体在水中是沉还是浮”一课实验设计中,“推测蜡烛、橡皮、回形针、胡萝卜、铁螺帽……在水中是沉还是浮”的活动过程中,学生依据生活经验,是能做出自认为有“根据”的预测的,教师要让学生说说自己“根据”。对有的假设教师可以作指导性提问,学生在教师指导性提问的帮助下,形成的假设,会是一个在学生一定思维下的假设,而不是科学性不强的揣测。
  所以引导学生在活动中猜想和假设也尤为必要,学生一旦经历了这个过程,他们在猜想和质疑中把问题推向高潮。学生在教师指导下,他们的思维从零乱变得有序条理;在开启知识的大门时,学生的假设也变得更有悬念,促使自身更关注实验的过程,指向更明确了。
  3、控制实验材料  明确实验要求进行实验验证
  很多时候,我们课堂的实验步骤是由教师一步一步演示,学生按部就班的进行,或是简单的操作。在整个设计实验、验证的过程中,从学生表面上看是参与了,其实质是处于一种被动状态,其心智活动很少的,不利于学生发展。
  例如,“高锰酸钾溶解于水”的实验活动中,教材插图向我们展示了高锰酸钾溶解水的现象。学生对这现象心存怀疑,怎么会有这样的情况呢?如果上课就借助插图来进行教学,这样上上算了,不再实验的话势必学生肯定把这个疑问永远放在心里,教学效果肯定不好。所以课前我为每四人一小组准备了半杯水的烧杯、一个小匙、一瓶高锰酸钾、一根玻璃棒。讲清实验注意事项后,(如在实验前向学生说明高锰酸钾不能直接用手取,而应该用小匙等。)学生发现自己做出来的现象的确这样,一开始小颗粒进入水时就立刻溶解了,稍大点的颗粒因为没有立刻溶解,这些大颗粒像丝带似的沉到水底,成深紫色聚集在一起。学生搅拌之后整杯水成紫红色的溶液,最终颗粒不见了,全部溶解于水,说明高锰酸钾是能溶解于水的,不像面粉那样沉在烧杯底部。这样学生在实验中验证、体验、进步,在快乐中成长,学习效果也理想。
  在学生探究活动的时候,教师往往有活动的提示。笔者认为有的活动要求,我们可以放手让学生在讨论中提出,当真的需要教师提出的时候,教师必须在学生活动之前交代清楚,在提供学生实验材料之前先交代活动的要求,材料还在教师手中时,你说话学生会听,因为他们还想拿你的材料,还不能自己去摆弄材料,但是如果你没有把事情交代清楚就把材料给学生,然后想起来还有要求需要补充的话,学生一般是不会听你的了。所以对于活动提示,教师一定在材料提供之前说明清楚,但是不能太多,最好不超过三条,清清楚楚的交代,否则学生记不住也做不好。
  4、引导分析现象和数据  讨论和交流提炼结论
  实验后的交流汇报,教师往往指向实验结果,忽视对实验现象和数据的分析和解释,当学生说出结论后,往往我们做老师的就感到万事大吉了;忽视表达与交流的过程,匆匆的走过场,没有指出存在的问题,其中存在着相当大的隐患。甚至会扭曲实验本来的结论,影响了正确的认识事物。首先要求学生关注实验现象,透过现象看本质;再者引导学生整理数据和分析数据,重点培养数据意识;第三,讨论和交流时一定要进行提炼。在科学实验课中,我们要让每组同学进行实验后的讨论和交流,让他们说说自己的看法,学生的见解未必是全面、有效的,在小组讨论和交流中,学生的思维进行碰撞。在这样集思广益下,学生获得了信息的整理、修正,更完善了当时的见解,步步向真理逼近。
  5、小结反思
  做完实验,我们的确应该好好反思,为什么有些实验能成功?为什么有些实验会失败?适当的反思有助于促进对原有知识的巩固,也有助于找出失败的原因,然后加以分析,找到关键的问题再实验,再小结,在反思中学生意识到要想成功就必须努力,严格控制实验变量,养成良好的观察态度。
  
  (四)保证实验探究时间  创造拓展探究空间
  科学探究需要时间。在学生对自己感兴趣的问题展开研究的过程中,学生们得要有时间去试验自己的新想法,得要留出出错误耽误的时间,得要有时间作沉思默想,还得要有时间来展开讨论。因此充足的时间成了学生参与探究活动不可或缺的前提。
  在传统的课堂教学中,教师总是追求“小步走”,设计很多环节,一环紧扣一环,讲究水到渠成。这样的课堂,学生的思维空间比较小,便于教师控制,但扼杀了学生的创造性思维,剥夺了学生在课堂里自由思考的时间和空间。科学课堂必须给学生一段完整的时间来进行探究,不要总是打断他们的思维,不要让20分钟的实验因为教师的不断叫停而变成 10*25*4。在《电和磁》这一课中,教学的重点放在如何使小磁针的偏转现象变得更为明显。按照一般的处理,指导学生通电线圈也可以产生较大的磁性,让学生尝试,用不了几分钟时间,探究活动就结束了。但如果设计成在学生探究了几种增加磁性的方法后,着重探究通电线圈的引出、不同绕法、放置方法等等,教师只是适时地提供相助锦囊,一切活动都由学生按思路有条不紊的进行,直到全班同学都完成探究。这么大块的探究时间的保证,让孩子在有计划的实验步骤下自主探究,增加了对线圈增大磁性的感性认识和科学认识过程。探究怎样使小磁针偏转幅度更大这个实验,学生的发展情况不同是需要不同的时间的。课堂中可能会出现有的组已经完成,有的组还在继续的情况;有时,由于时间的不充分也可能的出的结论是从书中“偷”来的;有的实验的时间也很长。这个时候需要保证学生自主探究的时间。当然,在这20多分钟的实验探究时间里,并不是放养式的自由探究和实验,教师将是更加繁忙。在学生初步进行了怎样增强小磁针偏转角度的方法的探究活动后,会觉得自己的研究活动结束了,会觉得无事可做。赭石,教师适时的给小组提示卡,让他们变得有事可干,而且这个任务也能促进学生继续对磁性增强的探究,这里明显体现一个递进的探究活动。在整个过程中,教师合理的利用实验探究活动的时间差,提高了教学效率。
  总之,“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力。一个没有创新能力的民族,难以屹立于世界民族之林。”让学生自己设计和开展实验,有利于培养学生的创新性思维。提高科学实验教学的有效性是我们每一个科学教师需要不断探索和实践的问题,让我们在实践的过程中多加交流,减少教学的低效性,为科学教学做出自己的贡献。有效课堂作为一种理念,更是一种价值追求,一种教学实践模式,将会引起我们更多的思考、更多的关注,在实现真正意义上的新课标所倡导的“全面提高每一位学生的科学素质”将是我们孜孜不倦的追求!
  
  【参考文献】
 
  1、《探究式科学教育》            韦钰[]PRowell         2006.2
  2、《小学科学教学案例专题研究》  主编:喻伯军                 2005.6
  3、《合作学习设计》              主编:盛群力、郑淑贞         2006.7
  4、《有效教学的理念与实施策略》  主编:宋秋前                 2007.3
  5、《新教师的成长提示》          作者:何树德                 2007.6
  6、《走向科学课的路》    章鼎儿特级教师工作室主编   2006.10