科學教學中培養學生實驗設計能力的嘗試論文
科學教學中培養學生實驗設計能力的嘗試論文
摘要：本文結合筆者的教學實踐論述了培養學生實驗設計能力的一些體會。
關鍵詞：科學教學；實驗設計能力；培養
科學探究按七個要素來劃分：“提出問題”、“猜想與假設”、“制定計劃與設計實驗”、“進行實驗與收集證據”、“分析與論證”、“評估”、“交流與合作”。它是為了方便學生了解和學習，但實際的科學探究，特別是初中科學教學中的探究更多的則是涉及這七個要素的某個或某幾個，以下是筆者平時培養學生實驗設計能力教學的一點體會：
一、取材生活化來培養學生實驗設計能力
實驗教學活動要求開發靈活多樣、多種形式的實驗資源來支援學生隨堂的實驗探究和課外的動手實驗。將身邊隨手可得的日常生活用品，包括玩具、學習用品等來代替儀器，創設寬鬆有趣的實驗環境，消除學生的畏難情緒及對科學的神秘感，拉近科學與生活的距離，讓學生深切地感受到科學的真實性，感受到科學和社會、科學和日常生活的關係。提高學習的興趣和效率，培養學生的創新能力，從而培養學生的實驗設計能力。
比如給每一位學生一個礦泉水瓶，讓他們設計一些科學探究實驗(越多越好)。學生四人一組邊做邊討論。收集到的一些設計如下：
1.用手壓瓶，瓶變形，說明力能改變物體的形狀。
2.把它放在水平地面上，用力使它滾動，它會逐漸慢下來，直到停止，說明力能改變物體的運動狀態(用空瓶做，然後用裝滿水的瓶做，你還能得出慣性和質量有關)。
3.裝部分的水，放在水平桌面上，突然推它，水會向後方傾斜，這是由於水的慣性引起。
4.裝滿水，放在陽光下，做光的折射實驗。
5.把瓶蓋旋下來，放在燒杯的水面上，這是由於浮力引起的，說明浮力。
6.把瓶子中的水用力潑出去，水在空中能“飛行”說明水有慣性。
7.在瓶子中裝適量的水，用瓶蓋敲擊燒杯；燒杯被敲響，同時水中有波浪；聲音是由振動產生的。
8.在瓶子壁上從上到下順次扎三個眼，在瓶中注滿水；三個孔都有水柱湧出，最下面的最長，越往上越短；壓強的大小與水的深度有關。
學生的設計還有很多很多。這樣一來學生感覺到科學實驗的設計並不是高不可攀的，生活中處處有科學。
二、創設足夠的科學情景培養學生實驗設計能力
在學生充分感受和體驗的基礎上，或者是在引導學生複習已經學習過的知識的基礎上，提出問題讓學生進行猜想或設計實驗。只有“讓學生只需跳一跳就能摘下蘋果”的教學過程，才能提高學生的興趣，否則，學生就會產生畏難情緒。
在進行《平面鏡成像特點》教學時，可以這樣設計和實施教學過程的：觀察平面鏡的像——→利用反射規律作圖做出平面鏡的像(平面鏡成像原理)——→提出問題(像與物有什麼關係)——→學生猜想——→設計實驗(利用平面鏡)——→評估(利用平面鏡不能完成實驗)——→再設計實驗(要利用平板玻璃)——→進行實驗——→分析實驗資料得出結論。
在進行《電動機》教學過程中，教學過程可以這樣進行：提出問題(給學生髮放小電動機，讓其觀察，提出問題)——→磁場對通電導線的作用(要學生利用桌上的實驗器材讓導線動起來)——→探究通電導線在磁場中的受力方向與什麼因素有關——→通電線圈在磁場中的轉動——→小結。教師與學生在探究完通電導線在磁場中的受力方向與磁場方向和電流方向的關係後，就說，通電導線在磁場中受力會運動，若用導線繞成線圈，置於磁場中，給它通電會怎樣呢？然後演示通電線圈在磁場中的轉動。從直導線到線圈是學生認識過程的一個飛躍，教師在教學過程中要循循漸進地進行引導(處於磁場中的直導線—→只能一個方向運動—→磁鐵不能做得很大—→在有限的磁場區域內—→導線運動過去又運動回來——→線圈)。
在進行《組裝電路》教學時，先複習上一節課學習最簡單電路的基礎上，再提出本節課要探究的問題。一、二組設計一個電路，要求是一個開關控制兩個燈泡，把其中一個燈泡取下後，另一個燈泡熄滅；三、四組設計一個電路，要求是一個開關控制兩個燈泡，把其中一個燈泡取下後，另一個燈泡不熄滅。
三、延遲評價培養學生實驗設計能力
教學評價是教學的重要組成部分，對實驗設計的及時、有效的評價可以是學生自評、學生互評、教師評定，特別是有計劃地評價不同的組，發現並表揚能起示範作用的小組或個人，不僅有教育意義，而且對以後的探究活動的進行有良好的影響。
但是有時卻要採用延遲評價。例如在學生進行各種實驗設想的過程中，暫時不對設想進行評價，以便使參加討論的人能在緩和自由的氣氛中暢所欲言，相互啟發。在有限的時間內提出數量眾多的創造性設想。因為學生在設計實驗時，特別是新穎獨特的設計的過程是思維的過程。就像機器啟動一樣，從“靜”到“動”是有一個過程，新穎獨特的設計在這個思維中過程的後半段。在學生思維啟動的過程中，教師過早評價，往往會成為思維展開的抑制因素。因此，教師在課堂上要有耐心，不要過早的表達，即延遲評價。在這種情況下，學生會有一種“安全感”、“自由感”，針對問題展開積極的思維活動和言語活動，既能啟發他人，也受別人啟發，營造一種智力激勵環境。 例如：在講了“摩擦力”後，要求學生談談“如何減少摩擦力？”一開始有的學生說：“把接觸面磨光滑些。”有的說“在接觸面加潤滑油”……一位同學說：“在實際中還可以在物體上加上輪子”後，全班同學似乎陷入了沉默。幾分鐘後一位學生突然冒出一句“可以讓上面的東西浮起來。”接下來的時間，學生還想到了磁懸浮列車的模型。最後，筆者對學生的這些想法給予了充分的肯定和積極的評價。但是，如果在學生講了前面的想法後就過早地做出評價，後面這些具有創新意義的想法便很難出現。
四、展示和創新實驗設計培養學生的實驗設計能力
如在做“壓縮氣體，氣體內能增加”的實驗中，筒內易燃物產生明亮的火花給了學生鮮明深刻的印象。然而，實驗研究的物件是什麼？為什麼筒內放易燃物？為什麼要迅速壓下活塞？這一系列的問題，在火花閃過之後學生腦子裡仍不清楚，不明確，若教學中改變教材中一舉成功的做法而是在實驗時，筒內先不放易燃物壓縮筒內空氣，要求學生仔細觀察空氣的內能是否增加，這時學生就會感到困惑，空氣內能增加與否看得見嗎？此時自然引出實驗設計的問題情景：怎樣變“不可見”為“可見”？順著這樣的思路展開實驗教學過程。由於實驗是學生主動參與設計的`，設計目的明確，學生無論是對實驗所揭示的結論還是實驗設計思想均能產生深刻的認識和理解。
如“冰和酒精混合演示分子間有間隙”的實驗，按課本上用普通量筒來做實驗，體積變化不明顯，據此得出的結論是否可信呢？如此微小的體積變化，有沒有可能是因液體從一個容器倒入另一個容器時，沒有完全倒出(容器壁上吸附殘留)所致？這些疑惑不解決，學生就不能確信實驗的結論。理解的知識也是似是而非的。這時，教師要因勢利導，讓學生設計改進該實驗，激發學生的創造性，也是一個極好的時機。
兩種液體混合後液麵下降越多，實驗的可見度就越高，要提示實驗的可觀度由△h=△V/S得出，適當減小玻璃管的直徑或增加混合的兩種液體的量都能達到這個目的。當相應混合的兩種液體的量一定時，減少玻璃管的直徑就可以達到目的，但管徑太細，則需增加管子長度，給實驗帶來不便。若保持玻璃管長度不變而減少玻璃管的直徑，勢必造成混合液體的量的減少，達不到增加可見度的目的。能否把兩者統一起來？透過以上這些設計思想的展示和分析，有的同學設計了相應的實驗裝置，這種實驗裝置既不增加長度，又可容納較多的液體，管子下部的體積越大，則混合後液麵下降越多，效果越明顯，此時學生的創新性得到了充分的發揮，這種鍛鍊和培養，能讓學生受益終生。
五、設計多樣化培養學生的實驗設計能力
例如，在“做功和內能的改變”和“熱傳遞和內能的改變，熱量”兩節的教學時，向學生髮問：“我們可以用哪些方法使鐵絲溫度升高？想得越多越好。”學生經過開動腦筋提出了許多方法：放在火上烤，用太陽曬，放在開水裡，用石頭磨，用砂紙擦，用鐵錘反覆敲打，用鉗子反覆扭折等。在發散思維的基礎上，總結出了改變內能的兩種方法：做功和熱傳遞。這種訓練方法是：首先由教師提出要解決的問題和要求，然後讓學生各自發揮聰明才智，探索各種合理的方法，設計各種可行的方案，最後殊途同歸。
例如，在學習了伏安法測電阻的實驗設計以後，要測量導體的電阻，若給你一組電池，一隻電鍵，若干根導線，還需要哪些儀器？
解法1：電流表和電壓表各一隻。
解法2：2只電壓表，一隻定值電阻。
解法3：2只電流表，一隻定值電阻。
解法4：一隻電流表，一隻電阻箱。
還有其他解法，僅從以上4種解法可以看到，這種處理方法對擴充套件學生視野、活躍學生思維、獲得成功體驗是很有益的。
以上這些方法的教學符合學生認識事物的規律，能激發學生的學習興趣，有利學生的長遠發展。因為教學注重了學生的經歷和體驗，充分調動了學生的思維活動，學生主動參與猜想與發散性實驗設計過程，從而培養了學生的創新思維能力和實踐能力。
參考文獻：
[1]姜翠娟.在教學實踐中培養學生生物學實驗設計能力[J].科學教育，2005(6).
[2]張薇.培養初中學生的實驗設計能力[J].寧夏教育，1992(9).