初探科学实验方案设计的指导策略

王光亮

(徐州市铜山区房村镇郝湾小学 江苏徐州 221000)

科学实验方案设计是以培养学生的科学素养为宗旨，是学生认识自然和周围事物的一根拐杖或钥匙。一个好的实验方案如同一笔宝贵的财富，这财富同样需要付出艰苦的劳动。设计实验方案是学生开展科学探究的根据，能够活跃学生的大脑思维，是培养学生探究能力的关键环节。在学生设计实验方案的过程中，让学生小组讨论制定实验方案，然后通过全班交流，小组中再修改，进而完善自己的实验方案。教师在这个过程中一定要注意做好引导和指导工作，这样利于实验方案的生成。教师在指导学生设计实验时应在课前细心研读课标和教参，认真研究教材，结合本班学生实际，精心准备教学内容。实验涉及的内容应切合学生的兴趣，设计实验时要能点醒学生的经验，并依据实验的要求鼓励学生大胆想象，指导学生设计出不同的实验方案，对设计中出现的冲突应放手让学生讨论解决，应能预设实验中可能出现的问题，从而达到对所设计的科学实验进行严密、科学的论证。

一、创设情境，激发兴趣

科学课程标准指出：“教学内容要与学生兴趣相符，贴近学生的实际生活。”要做到这些，就需要教师了解本班学生，知道他们需要什么，要想激发学生设计实验的兴趣，就要保证实验涉及的问题和内容能够吸引学生的注意力。如“做一个指南针”一课，上课伊始，我告诉学生：今晚没有月亮，可是老师有事要去一个空旷的场地，老师有个毛病就是好迷失方向，能不能帮老师想个好办法呀？学生的积极性一下子被激发出来了，想出的办法很多，其中就有人提议准备一个指南针。我顺势提出：这节课就帮老师做个指南针吧！孩子们都很冲动，都想立即投入到做指南针的活动中。这时我要求学生小组讨论完成书面设计，为后边的制作明确步骤和方法，培养学生先思考后实践的习惯，把他们动手做的冲动控制到理性的思考上。

首先指导学生阅读教科书上的文字资料，了解用磁铁摩擦钢针的方法能做磁针，然后组织学生讨论怎样摩擦，摩擦多少次比较合适，再思考交流，像教科书上的图示，用磁铁的南极去摩擦钢针的一端，摩擦后钢针的这一端是南极还是北极？讨论交流后让学生小组合作制定做磁针的书面方案。

磁针制作方案完成后，播放工厂用专门的机器和先进方法制造磁针的视频，再次激发学生制作磁针的欲望。

二、明确目标，把握方向

《科学课程标准》强调：“从学生熟悉的日常生活出发，通过学生亲身经历动手动脑等实践活动，理解基本的科学知识，发现和提出生活实际中的简单科学问题，并尝试用科学方法和科学知识予以解决”。激活学生生活经验，把学生已有知识和经验化成科学知识和能力。

方案的设计首先要从提出问题开始，实验前，激发学生的探究欲望，创设情境引导学生发现并提出问题，爱因斯坦提出：“提出问题、发现问题要比解决问题更重要，因为提出问题、发现问题是科学发明和科学创造的起点。”

实验目标是要解决发现和提出的问题，学生明确了实验的目标，实验设计才不会出现随意和盲目，学生在探究过程中知道自己要做什么，要解决什么问题，探究方向才不会偏离，小组内的讨论才会有话题。

三、选择材料，提供保障

（一）引导学生根据教师提供的有结构的材料来设计实验方案

“有结构的材料”是哈佛大学教育学教授兰本达提出的，它是指具体的物体，而且是多种物体的有机结合。给学生提供有结构的材料应避免误导学生，应尽可能不引起学生过多地关注无关现象，以免使他们产生错误的认识。

“降水量的测量”一课，上课前我就把“制作雨量器”所需要的有结构的材料一次性分发到实验桌上，学生一走进实验室，材料就呈现在眼前，探究活动还没开始，探究兴趣就被材料所激发，因此也能获得最高的教学效率。

制作雨量器之前引导学生讨论：

1.应选什么样的容器？为什么不用饮料瓶？

2.怎样制作刻度，零刻度应在杯子的下边还是上边？为什么？

3.怎么贴刻度才合适？贴在杯子的里边还是外边？

学生小组合作用画图的方式，设计方案，在交流反馈时，让学生解释自己图文并茂的设计方案，运用教育心理学的共振效应，这样把一个学生的智慧变成了多个学生的智慧，同学间相互启发，互相补充，趣味更浓。

学生交流实验方案时，教师最好不要过多的干涉，更不能牵着学生的鼻子走，使全班学生都围着老师预设的方案打转，此时教师只需要做好穿针引线工作，要相信学生的能力，有时一个学生“抛砖引玉”，给其他学生带来灵感，全班学生的智慧凝聚在一起，设计的方案比老师预设的要好，且更适合孩子们。

（二）学生自由选择材料设计实验方案

“导体与绝缘体”一课，我让学生自主准备实验材料，每组准备20种，由于都是小组同学齐心协力共同准备的，在制定“检测某个物体是否导电”计划时，小组同学个个都兴趣浓厚，因为这是“自己的事”，检测的又是自备的材料，小组同学人人有责。结合本班学生的心智水平，先让小组自行思考“某个物体”的检测过程，然后由组长组织本组4位同学阅读、参考教科书“检测一块橡皮导电性的过程”，并讨论了解每一个步骤的意义，再自行讨论修改刚才制定的检测方案。最后班级交流反馈，大家集思广益，相互补充，完善各小组的检测方案。下边的“检测身边的物体是否导电”的实验，虽然物品繁杂，但没有出现杂而乱的现象，各小组都在按自己制定的检测方案有序、规范地做实验。

科学研究就应该有严谨、有序的操作习惯，操作都应该科学、规范，这有利于培养学生的科学素养，让学生体验到“瓶瓶罐罐当器材，拼拼凑凑做实验”的乐趣，感受到实验来源于生活，贴近生活，科学就在身边。

四、创设问题，深入引导

以往的教学模式中，设计实验方案一般都是在教师的引领下教学生设计，学生的主观能动性发挥不够，实验操作起来兴致也不是太高，也只是少部分“听话爱学习的孩子”参与进来，而我们的科学教学要面向全体学生，调动学生主动、自主学习的积极性，提高学生课堂教学的参与度，提高自学能力，为他们可持续发展打好坚实的基础。科学是学和做的，不是教的。可以设计几个小问题引导学生设计实验方案。

教学“100毫升水能溶解多少克食盐”一课时，指导学生制定实验方案时先设计以下几个小问题：1.准备用多少水做实验？2.一份食盐多少克合适？3.什么时候加下一份食盐？

这三个问题为学生的思考提供了素材，为学生设计实验方案铺平了道路，学生通过思考讨论完成这几个小问题后，实验方案基本就能设计出来了。此时学生设计的方案可能会有漏洞，但教师不要急于指出、纠正，可适当提出有针对性的问题，帮助学生自己查漏补缺，这是对于细节的强调与补充。所以再设计以下几个问题：1.食盐加到什么时候就不要加了？2.判断食盐是否溶解，是在搅拌时观察还是充分搅拌后等一下再观察？3.实验结束怎么计算一共溶解了几份食盐？

前三个小问题能促使学生完成实验方案的主体，后三个小问题是实验中的一些小细节，需要教师进行补充，是对实验中重要操作进行的强调。有了探究的问题，又解决了一些难点，这时就可以让学生自由选择器材，分组讨论方案，制定书面计划了。

五、提供表格，搭“脚手架”

学生设计实验方案的能力有限，有时还不能设计出完整的实验方案来，这就需要教师搭个“脚手架”，给学生提供帮助，可以设计表格为学生设计方案降低坡度。比如“溶解的快与慢”一课“搅拌能否加快食盐的溶解”实验，我设计了如下实验方案表格：

实验方案

六、讨论交流，完善方案

鉴于农村学生的特点，他们制定的实验方案还不够完善，所以要给予交流方案的时间，讨论可行的方案，互相补充完善方案。“三个臭皮匠赛过诸葛亮”，何况一个班的几十个聪明好学的孩子们，经过全班讨论交流，方案会更完善，孩子们对实验原理更明确，实验方法步骤会熟记于心，后续的实验操作会更顺手，因此讨论交流，完善方案环节不可少。

总之，设计实验方案是科学实验的起始环节，对实验的成败具有关键性的作用。指导学生设计实验方案首先要激发学生的设计兴趣，使学生明确探究目标，并精心指导选择材料，给学生提供设计方案的“脚手架”，还可以创设小问题，指导学生制定可行的方案。只要指导得法，学生设计实验的能力一定会逐步提高，科学素养一定会有所提升，为他们的终身学习和全面发展定会打下坚实的基础。