小学科学教学观察实验设计的依据和方法

王敬元

摘要：受好奇心得驱使，小学生对于周围的事物有着非常浓厚的兴趣，在小学开展科学教学观察实验课就十分必要。然而小学科学课程中并没有对观察实验有任何具体的规定要求，也没有相应的实验设备要求。这就要求在小学科学教学观察实验中，需要针对小学生特点来设计，对观察实验进行较为行之有效的设计。本文将对实验设计的依据和方法进行阐述。

关键字：科学教学，观察实验，实验设计

· 【中图分类号】G623.6

一、引言

小学科学课是一门基础性课程，其目的在于培养学生的科学素养，该门课程的学习主要以探究式学习方法为主。科学研究离不开观察与实验，它们是学生进行探究性学习的基础，同时也是构建小学生科学认识的重要方法与手段。小学阶段的科学课程学习主要与周边环境以及生活紧密相连，即主要是对于事物的一些外部特征以及事物间的一些发展变化关系的认识，这与初高中的科学课程大不相同，没有规定性的要求，也没有专门的设备与仪器。因此，广大小学科学教师在进行小学科学实验的选择和设置上灵活性就非常大，创造的空间也很大。但正是由于这些灵活性与大的创造空间也给教师带来了烦恼，实验内容、实验流程依据是什么，如何选择和确定实验方法等等问题都是值得教师们仔细思考的问题。

二、小学生科学认识过程中观察实验的位置与作用

一切科学认识活动都以事实为依据，而事实又分为客观事实与科学事实两种。前者是指事物的自然存在及其相互作用、相互联系、发展变化的本真状态；而后者指的是运用技术手段所反映的客观事实的语言及符号描述。对于科学认识活动来说，第一个阶段是由客观事实到科学事实的阶段，该阶段所用的方法为观察与实验；第二个阶段是由科学事实到科学认识的阶段，该阶段所用为逻辑的方法；第三个阶段是由科学认识到科学理论的阶段，该阶段运用了较为复杂的逻辑思维方法，基于科学认识将科学理论经过逻辑构建形成具有一般性的结构化与系统化的知识体系；再往下的阶段是科学理论的应用阶段，它可以是对于其解释与预测功能的实现，也可以是运用技术手段形成的具有确定功能的产品。依据著名的科学革命理论（托马斯·库恩），科学理论应用、发展的过程中会产生矛盾，矛盾反常不断的积累就会出现新的科学认识，产生新的理论来代替旧理论[1]。这是一个循环往复的过程，永无止境。因此，人类的科学认识过程也就是一个不断发展的过程：客观事实-科学事实-科学认识-科学理论-科学应用-新的科学认识-新的科学理论。

三、寻求因果关系的观察与实验设计

科学的研究对象是自然世界，是为了找到自然世界及其发生发展间的因果关系，针对寻求因果关系的方法以归纳法为主。科学的归纳法是不完全归纳法，具有合理性及可错性，在从科学事实到科学理论的过程中归纳法取得了极大的成功。科学发展以来就有“经验先于理论”以及“观察渗透理论”这两者的争论[2]。但在小学科学观察实验设计时教师是知道科学知识所揭示的客观存在及其发展变化的因果关系的，其属于“观察渗透理论”。因此在进行实验设计时，应当采用归纳法进行观察实验的设计安排，最终揭示客观事实和科学结论的因果关系，以帮助学生科学认识的获得。这里的观察与实验归纳法应用于客观事实反映科学事实过程，而科学思维的归纳法是运用于科学事实到形成科学认识的过程中。后者决定前者，前者保障后者，两者是一个紧密联系的统一整体，具有一致性。

四、证实因果关系的观察与实验设计

归纳法与演绎法在科学思维方法中较为典型。在小学科学教学中演绎法运用于假言推理是较为普遍的，即在知道一般性科学原理的基础上，通过个别事实和一般原理关系的小前提，最终获得符合一般原理的具体实施属性以及性质的判定结论。演绎法是一般性科学原理的应用，每一次的成功演绎都是加强该一般性原理的可信程度。在证实因果关系的观察与实验设计时，应当以一般性的科学原理为前提，并提供与其相联系的实例，进行观察实验流程的设计，最后得到相应的科学事实。通过观察实验的科学事实的呈现，且与一般性科学原理的判断一致，就使得该科学原理得到再一次的证实[3]。

例：物体加热膨胀，铜球作为物体，加热铜球会膨胀。这是从思维角度的演绎推理。下面进行证实因果关系的观察实验设计演绎法：在物体受热膨胀的前提之下，准备铜球、一个铜环（为观察不明显的固体膨胀准备），且室温下铜球刚好可以从铜环中穿过。随后进行对铜球的加热，发现加热后的铜球不能穿过铜环，就可以得到一个事实即铜球在受热后体积变大了。通过该实验一般性的科学原理得到了再一次的验证，增强了其可信度。如果实验结果与一般性科学原理不符时，可以提出质疑，这种质疑也是推动科学发展的力量。

五、利用与促进知觉选择性和理解性的观察与实验设计

不管是进行因果关系的寻求还是证实，观察实验都是以人的感知觉为基础的。人们运用自身的感觉器官来观察客观事物的个别属性的直接反映。但是人类的感知觉是有限的，它们能够感觉到的客观事实以及科学事实都是有限的，例如人的听觉一般在20Hz-20000Hz范围内，而人的视觉是在可见光范围内的。人类的知觉有其的特性所在，比如知觉的选择性、整体性、理解性以及恒常性等等[4]，正是由于知觉的这些特性使得知觉大大的影响了观察的效果与结果。也正因为这样，在进行小学科学教学观察实验的设计时应当将小学生的感觉、知觉特点与规律充分考虑在内，使得该实验让小学生们能够感知、更好地感知以及充分地感知。

六、总结

总之，小学科学教学具有十分重要的意义，它能够培养学生的正确认知，同时激发学生对于科学的求知欲。通过合适的观察和实验，学生知觉特性得以发挥，基于此他们可以对科学理论的因果关系予以理清和证实，最终能够得到正确的科学理论。因此，在进行小學科学教学观察实验设计时，广大教师应当根据具体的科学内容选择有效的观察与实验方法。

七、参考文献：

[1]RM加涅.学习的条件和教学论[M].上海：华东师范大学出版社，1999.

[2]陈丹.探究性学习资源的可用性与优化策略研究[D].华东师范大学，2013.

[3]龚伟.义务教育阶段（7-9年级）科学学科能力测评框架构建及应用研究[D].华东师范大学，2014

[4]刘大椿.科学哲学[M].北京：人民大学出版社，2011.endprint