解读小学科学教学观察实验设计的依据和方法

魏春凤

摘 要：在我国现代化教学水平不断提高以及教育改革不断深入的背景下，小学教学受到人们越来越多的重视，特别是传统教学理念和教学措施的有效改革，使得小学教学水平呈现出前所未有的上升势态。对于小学生而言，想要获得科学的认知，最有效的途径就是观察实验。然而通过对小学科学课程展开的大量实践调查研究能够发现，并没有针对小学科学观察实验教学环节提出规定性的要求，从而导致小学科学课程缺乏对应的仪器设备。文章作者针对小学科学教学观察实验设计的依据和有效开展途径展开详细分析，为小学生科学认知水平的进一步提升奠定坚实的基础。

关键词：小学;科学教学;观察实验设计;依据;方法

小学科学课程是一门对小学生科学素养进行全面培养的基础性课程，作为科学研究的基础，观察和实验是小学生进行探究性学习、开发创新思维的有效手段之一，是小学生对科学认知进行构建的重要方法。因此相关教育人士必须对小学科学教学观察实验设计工作给予足够重视，加大对设计依据和设计方法的研究力度，明确了解观察实验设计工作中存在的问题以及导致问题的原因。在此基础上，采取多样化的措施将这些问题逐一解决。长此以往，必然能够使小学生在科学的观察实验设计下不断提升自身的科学认知。

一、设计能够寻求因果关系的观察与实验

通过对小学生科学认知过程的系统性研究，我们发现，从对因果关系的寻求、证实、利用这三个方面入手，对小学科学教学观察实验进行有效设计，并采取有效的措施提高实验设计效果，从而为小学科学教学觀察实验的顺利开展提供依据。在小学生进行科学学习的过程中，教师要尽可能保证教学内容能够与小学生实际生活紧密衔接，从而使小学生对事物具有的外部特征以及事物之间具有的内在联系和一般性发展变化进行充分认知。

1.求同法

对于求同法而言，总是有一个因素在不同的环境中存在，并呈现出同一种现象，那么可以将这个因素与这个现象之间的关系称为因果关系。

例如，在对“热”相关知识进行学习时，教师可以将不同情境下的观察实例提供给学生，如，太阳、点亮的灯泡、烧水的火炉、燃烧的蜡烛等，并要求学生间隔不同的距离感受皮肤温度的变化。该实验选择的素材对象数量必须在三个以上，并且对每一个实验对象都可以进行单独命题，如，“在一定距离内燃烧的蜡烛可以将热量传递给实验者”，该单独命题是对观察结果的全面描述，因此属于科学事实。

2.求异法

求异法主要是指当一个因素出现时，会存在一个对应的现象，而这个因素消失时，对应的现象也随之消失，那么就可以将这个因素称为这个现象的产生原因。

例如，在学习《运动和力》这一章中“空气压力”相关知识点时，由于我们生存的空间充满了空气，并且不会感到空气的压力，此时教师可以带领学生对有空气和没有空气时，自身具有的不同感知进行观察和体会。要求学生对不同的实验器材在不同环境下具有的状态进行观察。学生先将针管在正常状态下的抽拉结果进行记录，在将针管内全部气体推出后对出液口进行密封，然后再对针管进行抽拉。通过实验学生能够发现，针管推柄在不封口的状态下能够很轻松地推进和拔出，在封口的状态下却很难推进和拔出，从而得出实验结论——空气具有压力[1]。

3.共变法

共变法主要是指改变环境中的某一个因素，会有对应的现象随之发生改变，那么就可以将这个因素称为这个现象的原因。

例如，在带领学生对“浮和沉”相关知识进行学习时，为了对浸水后重物在水中具有的浮力变化规律进行研究，教师应该提前将弹簧秤、重物、水槽、水等实验材料准备齐全，将重物不断浸入水中，对悬挂重物弹簧拉伸位置以及重物在水中的位置进行观察和记录，从而获得重物未落水之前、落水过程中、全部落水后的数据，然后运用共变法的思维方式对这些数据进行分析。在此过程中需要注意，这一实验应该反复多次进行才能得到标准结果[2]。

二、设计能够证实因果关系的观察与实验

对于运用归纳法得到的一般性科学原理而言，对事物之间或事物发生、发展的因果关系进行了明确。而应用演绎法得到的一般性科学原理，每一次成功的演绎，都会使运用归纳法得到的一般性科学原理具有的真实性和可信度进一步提高，更是对目标因果关系的充分证明。所以在设计能够证实事物因果关系的观察与实验时，必须以一般性科学原理作为基础，将与一般性科学理论观有关的观察实验实例提供给小学生，在此基础上，对观察实验流程进行设计，从而得到能够对因果关系进行全面反映的科学事实。由于一般性科学原理的判断结果与观察实验呈现的具体科学事实具有较高统一性，每一次观察实验呈现的具体科学知识也是对一般性科学原理判断结论准确性的再次证明[3]。

例如，在带领学生对“金属是否存在热胀冷缩现象”进行研究的过程中，教师先为学生准备一个铜球，并使用酒精灯对铜球进行加热。从正常思维角度进行演绎推理时，铜球在酒精灯的加热作用下应该呈现膨胀状态。然而由于铜球作为金属固体，即使发生膨胀，具有的状态也并不明显。因此为了使小学生能够更加明显地观察到铜球的膨胀变化情况，教师可以准备一个铁环，大小刚好能够使铜球穿过。在没有对铜球加热之前，向学生展示铜球穿过铁环的过程，然后对铜球进行加热，此时再将铜球穿过铁环，学生会发现铜球被铁环卡住。同理，也可以对铜球进行冷冻，证明铜球的体积会变小。通过这样的实验能够证明，固体金属在受热或冷冻的环境下，体积会发生变化，出现热胀冷缩现象。这是设计能够证实事物之间存在因果关系的观察实验演绎法。从小学生对科学知识进行认知的过程来看，这样的实验方式能够得到与一般性科学原理高度符合的事实，使一般性科学原理具有的可信度进一步提高。反之，如果得到的结论与一般性科学原理存在差异，不仅应该提出疑问，而且还要采取对应的实验方法对这一结论进行再次证实，而这一行为恰恰是推动科学不断进步的原始动力。

三、设计能够利用和促进知觉选择性和理解性的观察与实验

通过对小学科学教学观察实验设计展开的大量实际调查研究，我们能够知道，对于小学科学教学观察和实验而言，归根结底就是对事物因果关系进行寻求或证实的过程，而这一过程中的关键就是小学生是否具有较高的感知特性和感觉特性。

1.放大法

放大法就是将观察目标的具体细节进行无限放大，使小学生对观察对象的细节产生强烈的感知或形成强烈的刺激。

例如，在带领小学生对“新的生命”相关知识进行学习的过程中，为了使小学生对“种子内部结构特征”明确了解，教师可以将黄豆、大豆、蚕豆种子提前在水中进行浸泡，使种子呈现出一定程度的发育状态，其中的胚根和胚芽等部分能够在显微镜下清晰看到。否则直接将没有浸泡的种子交给学生进行观察，学生很难观察到没有经过放大处理种子的内部结构。又如，在学习“液体热胀冷缩”知识时，教师可以将装满红色液体的烧瓶用中间插入玻璃管的橡胶塞塞住，此时对烧瓶底部进行加热，玻璃管内部的液体会不断上升，而此时烧瓶内溶液体积的变化量可以放大为玻璃管内液体高低变化量。

2.转化法

转化法主要是将具体实践中无法明显感受或者变化程度较小的科学现象进行转化，使其能够以明显感受或者变化程度较大的科学现象呈现出来。

例如，在带领学生对“振动”相关问题进行学习的过程中，由于音叉的振动频率较小，学生无法进行仔细观察，此时教师可以将振动的音叉轻轻插入水中，将音叉具有的微小振动转化为水面的波纹，从而给小学生更加直观的视觉感受。又如，教师还可以将塑料小球放置在鼓面上，使用不同的力度对鼓面进行击打，从而使学生通过对塑料小球的高度变化感受振动频率。

3.对比法

对比法主要指的是将两种或两种以上具有相同性质的科学现象和变化过程进行对比观察，使观察对象存在的不同之处得到强化或通过对比观察得到具有逻辑性的判断依据。

例如，在带领学生对《动物》这一章知识进行学习的过程中，为了证明“动物的生存离不开氧气”这一论点，教师可以引导学生先感受自然呼吸环境下自己的状态，然后再感受将口鼻捏住无法呼吸的状态，使学生对这一论点充分感知[4]。

结语

根据以上针对小学科学教学观察实验设计依据以及有效开展途径展开的深入分析和全面研究，我們能够更加明确地了解，对观察实验的科学设计，能够使小学生对大自然具有的好奇心得到有效满足，明白各种现象发生的原理以及各种原理对应的现象;使小学生在具有较高学术性的教学环境中，激发对相关知识点的探索欲望，从而能够主动参与教师设计的实验教学。这样不仅能够使小学科学教育教学效率得到有效提高，还能使小学生的科学素养得到不断强化。因此教师在对小学科学教学观察实验进行设计的过程中需要注意，必须以学生实际学习能力以及教学内容作为理论依据，在此基础上，合理选择对应的教学措施，使实验教学的科学性得到充分发挥，有效实现提高小学生科学素养的目标。

[参考文献]

[1]张秋萍.基于创客教育理念的小学科学教学设计与实践研究[D].开封：河南大学，2017.

[2]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].上海：华东师范大学，2014.

[3]王 浩.项目教学法在小学科学课程教学中的应用研究——以新人教版六年级《环境与我们》单元为例[D].银川：宁夏大学，2014.

[4]叶宝生.小学科学教学观察实验设计的依据和方法[J].课程·教材·教法，2013（12）：68-72.

作者简介：魏春凤（1970— ），女，中小学一级教师，本科，研究方向：小学科学教学。