科学探究过程中学生实验设计能力的培养

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　　从目前小学科学实验教学的情况来看，在学生进行科学探究的过程中，很多教学都涉及实验设计能力的培养。而现在的实验教学情况很不乐观，实验教学效果很不理想，大多数情况都是学生按照教师或教材上预先设计好的步骤机械地操作，刻板地记录数据，然后拼凑实验报告，以完成实验教学的任务。这种做法对培养学生的实验能力毫无益处，不利于学生创新思维的发展。从实际教学情况来看，不但不会降低教学难度，而且不会节省教学时间。学生在似懂非懂的情况下依据别人的实验设计，花费的时间和精力似乎不少于学生自行设计实验的时间和精力。因此，培养学生的实验设计能力不仅完全有必要，而且是提高教学质量、锻炼学生动脑动手能力的根本途径。我们根据学生情况，并参照心理学、教育学的一些理论知识，制订了以下方案，并且已经运用于实践，取得显著成效。
　　一、根据不同实验类型确定设计环节
　　小学科学实验总共可分为：探索性实验、验证性实验和测定性实验，不同类型的实验都有其特定的实验设计思路，并不是千篇一律的。探索性实验的设计思路是：为考查学生所研究的科学中，涉及的几个物理量之间的关系，让学生通过一些开放性的实验，想方设法测出这几个物理量的几组数值，通过分析总结，最后归纳出这些物理量之间的函数关系。验证性实验的设计思路是：任何科学规律都包含两部分，即条件和结论，在满足定律所规定的条件下，进行实验设计(在实验中重复定律所描述的科学过程)，测出几组描述该科学过程的物理量的值，如果他们的函数关系与定律相吻合，则定律得以验证。对测定性实验来说，其思路是：通过测量与待测量的有关几个物理量，这些物理量有些可以直接测得，有些需要通过一些实验得出，然后找出待测量与这些已经测得的物理量之间的关系，再由这个关系求出待测量。
　　在测定一杯水能溶解多少克盐的实验中，通常的实验步骤是：1．量出100毫升自来水待用；2．称出若干份食盐，每份2克；3．将食盐逐份加入水中，边加边搅拌，直至不能溶解；4．记录所加盐的重量。其实，在实验过程中，学生根据多种实验方法设计出不同的环节。有的学生先称出一小袋食盐的重量，然后往水中慢慢加入食盐，直至不能溶解，再称出剩下的食盐的重量，两者之差便是所溶解的食盐量。学生通过不同的实验方法得出不同的实验结果，通过分析得出更加科学的实验方法。
　　二、确定实验设计能力构成要素，弄清它们的关系
　　一般来讲，实验设计能力包括：判断能力、时空想象力和数学计算能力，这三种能力与实验设计环节中的确定谱联的能力、创设科学图景的能力和量值估算能力相对应。这三种能力是构成实验设计能力的三要素，三者相互关联，彼此依存，构成一个有机的统一体――实验设计能力。弄清这三个要素及它们之间的关系之后，就可以制订并实施设计方案。在探究磁铁什么地方磁力最大的时候，学生可以通过从磁铁的不同位置拿开小钢珠所要的力的大小，在感性上对磁铁的磁力有大致的了解，或者在磁铁的不同部位悬挂回形针，根据最大限度能悬挂的回形针的数量来达到对磁铁磁力的整体认识。
　　三、根据三种要素的特点，进行反复训练
　　所谓训练，是指有目的、有计划地采取适当的方法和手段，通过不断地重复，试图改进某种动作行为或智力活动方式，逐步达到理想的标准。因此，练习不能机械、单纯的重复，这对技能的形成没有好处。但是，如果动作方式在没有任何改善的情况下，盲目地重复练习往往会把现在的动作方式固定下来，以后需要改进的时候就比较困难。就好比一个人写字，如果没有按照一定的要求，有计划有目的地练字，只是机械重复写字动作，那么他的字永远都是老样子，很难有所提高。苏联教育家赞可夫十分重视练习在学习中的作用，但他反对盲目单调的重复。因此，练习不仅要重复，还要不断改进。在做《空气的热胀冷缩》实验时，可以让学生通过不断改变烧杯中水的温度，使气球内空气的温度也随之变化，反复观察气球的膨胀与收缩现象，强化学生对操作步骤的掌握，加深对空气热胀冷缩的理解。
　　四、综合训练，增强实验设计能力
　　学生在形成各要素的技能之后，就可以通过综合训练来培养实验设计能力。可以采取以下做法：学生按照教材中的思路完成实验设计以后，教师可以要求学生进行再设计，根据自己的思路完成实验。之后，再让学生练习设计与本实验类型相同的一些实验，强化学生的设计思路和实验器材的使用。在条件允许的情况下，让学生之间的设计方案加以比较，寻找别人的优点，认识自己的不足，达到共同进步的目的。
　　结语：在科学探究过程中，必须通过这些途径：确定实验类型―设计环节―分化练习―综合训练，最终加强学生实验设计的能力。

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