小实验在小学科学课堂中的应用理论研究

摘 要：依据《吉林省教育学会“十四五”教育科研规划课题指南》，基于“新教材背景下小实验在小学科学课堂中的应用研究”的课题研究，下面的内容更进一步明确小实验的界定以及深入阐释小实验可行性的理论基础，进一步阐释小实验能够调动学生的学习兴趣，营造浓厚的学习氛围，构建高效课堂。

关键词：科学实验;小实验界定;理论基础

【中图分类号】G623            【文献标识码】A             【文章编号】1005-8877（2022）07-0004-03

Theoretical Research on the Application of Small Experiments in Primary School

Science Classrooms

MIAO Lu  （Beihu Mingda School， Changchun New District， Jilin Province， China）

【Abstract】According to the "Jilin Provincial Education Society's "14th Five-Year" Educational and Scientific Research Planning Project Guide"， based on the research topic of "Application Research of Small Experiments in Primary Science Classrooms under the Background of New Textbooks"， the following content further clarifies the small experiments. Define and deeply explain the theoretical basis of the feasibility of small experiments， and further explain that small experiments can arouse students' interest in learning， create a strong learning atmosphere， and build efficient classrooms.

【Keywords】Scientific experiment; Small experiment definition; Theoretical basis

1.小實验的界定

科学实验，是指根据一定的目的，运用一定的仪器、设备等物质手段，在人工控制的条件下，观察、研究自然现象及其规律性的社会实践形式。科学实验最早起源于原始人对自然界的探索和实践，例如，原始人采集野菜，捕捉猎物。步入文明社会以后，人们开始有目的地对自然界进行观察，《诗经》中记载了大量与动物和植物有关的描述，以及后来的“神农尝百草”、古希腊哲学家亚里士多德对50多种动物进行活体解剖观察等，都属于科学实验先驱，这一阶段的实验主要以观察、描述事实为主;到了近代，真正摆脱描述事实，通过实验来验证假设，建立科学实验的方法和手段;19世纪末，科技空前发展，生物学科学实验进入现代发展阶段，各种物理、化学手段引入生物学领域，X射线促使DNA双螺旋结构的发现，放射性同位素跟踪技术向人们展示了微观世界的运动过程，以及超速离心技术、层析技术、电泳技术等。进一步促进了生物学实验的发展，另外电子显微镜、扫描隧道电子显微镜让人们对微观结构有了更为清晰的认识。科学实验是获取经验事实和检验科学假说、理论真理性的重要途径。它不仅包括仪器、设备、实验的物质对象，而且包括背景知识、理论假设、数据分析、科学解释以及实验者之间的协商、交流和资金的获取等相关社会因素。其性质不只是物质性的，还包括文化性的和社会性的。在实验活动中，隔离、介入、追迹、仪器操作，对象形态改造、实验条件控制以及资源利用等，都表明实验者是自然和社会的参与者。科学实验的范围和深度，随着科学技术的发展和社会的进步不断扩大和深化。与科学实验不同，科学教学实验的主体是学生而不是科学工作者，是在教师的指导下，学生通过实验获得相关知识，掌握学习方法，提高学习能力和科学素养的过程。

小实验主要是指将传统的科学教学实验中的实验材料易化、实验步骤简化，达到实验随堂化，也包括完成实验探究过程的小实验或者小活动。即以小实验为中心，以小实验带动知识点的一种特殊化的教学方式，是科学实验和科学理论课教学的一个有效结合点，使得实验过程便于操作，有助于提高科学效率。让学生在学会生物学实验方法的基础上学习新知识，在观察小实验的过程中掌握基本的实验操作技能，培养学生的观察能力、分析、判断、推理等思维能力。重温科学家的研究历程，刺激大脑某些特殊区域的发展，激发潜在的创造能力。小实验也贴近生活，更源于生活，培养学生对日常生活中遇到的生物学现象进行分析，并利用生物学实验方法进行研究，从而得出合理结论的能力。

小实验设置简单明了，实验可以随堂完成，但也需要一定的实验过程和实验分析，迷你实验的操作步骤一般都比较简单，实验材料容易获取，也并不需要太多仪器设备，其主要作用是激发学生的学习兴趣。另外，在迷你实验进行过程中，通过让学生进行观察、比较和分析等方式，学习新的知识以及基本的实验操作技能，培养学生的实验能力和科学的思维方式，同时提高学生的观察和分析判断能力，激发潜在的创造能力。实验过程完成后，便进入实验分析过程。每个人对知识的理解都取决于其本身的学习经历。由于个人的经历以及对事物分析的角度存在差异，对同一知识的构建也会因人而异。有的是正确的，有的却偏离正确的轨道。通过实验分析这一环节，可以让学生意识到自己所建构的知识体系的不足，导致其内部认知产生冲突，随着认知冲突的解决，使得参与的个体发生内部知识的动态变换，最终完成个体内部知识的重新构建。由此可见，实验分析的过程是必不可少的。这一过程引导学生独立思考，提高其思维能力，让学生更深刻地理解实验过程，挖掘其中涉及的生物学知识，消除错误的观念，完善新知识的构建。

2.小实验研究的理论基础

（1）建构主义学习理论

20世纪 80 年代，建构主义学习理论兴起。该理论的先导是著名的教育学家皮亚杰（J.Piaget）。他提出了发生认识论，即孩子在建构属于他的世界模式时，会出现不同的认识阶段。他认为知识是在主体与客体发生相互作用之后建构起来的，既不完全由主体决定，也不完全由客体决定。从新旧经验方面来讲，也存在着相互作用：一方面，原来的经验是新经验的基础;另一方面，新经验的获得又会改变原有的经验，使它趋于更加丰富甚至改造。在皮亚杰的基础上，维果斯基又提出了“最近发展区”理论。他认为，在儿童的发展历程中存在两种发展水平：一种是实际的发展水平，即个体所形成的心理机能发展水平;另一种是潜在的发展水平，即在他人的指导下可以达到的新的认识水平，由前者发展到后者经过的区域称为“最近发展区”。“最近发展区”理论揭示了学生具有一定的发展潜能。教育的创新不在于强化已完成的过程，而在于未形成的状态，注重潜能的开发。他还强调学习的环境，提出具体的社会背景在一定条件下对个体进行知识的建构起着至关重要的作用。建构主义流派众多，各有各的观点。但是他们有着共同的特点：知识的构建是由认知主体主动完成的;新的知识经验是由原有的知识经验产生的;学生变被动为主动，成为教学的主体，教师也摆脱了“灌输者”的称号，而变成了指导者、合作者。小实验的设置要求正是建构主义理论的体现：以学生为主体，课题的选择符合学生的认知水平，课题的难易符合“最近发展区”。经过小实验的学习，学生的原有知识发生变动，经过教师的指导和学生自己的思考，达到新的认知水平。

（2）教学过程的“最优化”理论

最优化理论最初应用在数学领域，随后广泛应用于经济、自然学科等领域，率先把最优化理论引入教育领域的是前苏联教育家尤·康·巴班斯基，其实质是在具体条件的制约下，获得相对而言“最好的”教学效果。这一理论的提出对当时苏联教育体制的改变有重大影响，克服了当时教育体制中存在的片面性，解决了学生压力过大的现象。最优化教学理论的最大特点是将辩证的系统理论作为其研究的方法论基础。巴班斯基指出：“用辩证的系统观点评价现有教学任务的各种可能的解决办法，乃是教学过程最优化的方法论基础。”辩证的系统观点能保证针对当时条件选出最佳方案。巴班斯基首先用系统论的观点重新考虑了教学过程的有关结构及成分，认为教学过程的结构成分包括：教学目的和任务、教学内容、教学方法、教学组织形式和教学结果。之后用辩证唯物主义理论中联系和整体性的观点分析教学过程中的各个组成部分，揭示了各个部分之间客观的、本质的、相互依存、相互制约的联系，最终在综合考虑教学规律、教学原则、现代教学形式和方法、教学系统的特点以及内外部条件基础上，科学有目的地选择出在当前条件下，最佳的教学方案。

教学目标决定教学内容，教学内容影响教学方法，教学方法又影响学生掌握知识的情况。因此，教师必须在全面考虑教学规律、教学过程中各组分之间的联系以及师生之间关系的基础上制订最佳的教学方案。这样在有限的时间内充分调动学生的注意力显得尤为重要，而科学学科又是一门以实验为基础的学科。因此，选择实验来作为调动学生积极性的因素既能体现生物学科本身的特点，又遵循了教学过程的最优化原则。当然，小实验课题的选择和实施必须经过教师谨慎的考虑和严密的设计，才能真正达到教学过程的最优化。

（3） 动机·兴趣理论

目前，关于动机的定义可分为三类观点。①内因观。从行为主体的内部进行研究，强调个体的内在力量，认为行为是由主体内在需要而表现出来的。②外因观。强调外在因素，认为行为是在外在因素、外在刺激的作用下而产生的。为了满足外在的需求，例如，争取奖励、避免惩罚等而促使一系列行为产生。③内外因统一观。即是前两者的整合，认为行为的产生受多方面因素的影响，是由行为主体的内部需要和外部需要共同决定的，最终产生能够引发并维持某一行动的动机。目前大多数教育学家都倾向于最后一种观点，即动机是由主体的内外因共同决定的。

当动机与学习联系在一起，便形成了学习动机。经过搜索大量文献资料，大多数学者认为学习动机，就是在学习主体自我调节的作用下，自身的内在要求与学习环境中的外在诱因相互协调，最终形成能激发并维持学习行为的动力因素。在心理学的研究范畴中，把学习动机分为两类：一种是内在动机，即由个体的好奇心、内在需要、兴趣取向等內部的因素引起的动机，也称为内源性动机;另一种是外在动机，是由外在的奖惩制度等主体之外的原因引起的动机，亦称为外源性动机。学习动机可以促进学生主动学习，提高学生的主动性，并且可以维持学习的主动性，直到达到之前设定的学习目标。根据研究表明，学习动机越强，学生的付出越多，学习的持续时间也就越长。

兴趣与学习联系在一起，便形成了学习兴趣，他也是学习动机中重要的心理成分。早在两千多年前，我国古代的大教育家孔子就提出“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”，孔夫子的教育思想对我国教育事业的发展起着至关重要的作用。由此可以看出，兴趣在学生学习过程中占有重要的地位。学习兴趣是指学生对所学内容的一种认识倾向与情绪状态（出自《中国大百科全书·教育卷》）。认知倾向体现在学习兴趣具有定向作用，即学生会对感兴趣的内容给予优先关注。一旦学生对某一学科感兴趣，他便会自主地集中注意力，并产生强烈的求知欲，往往会有优异的成绩。反之，如果忽略学生的学习兴趣，片面追求升学率，为考试而教，长时间会严重打击学生自主学习的积极性，导致学生厌学，学习成绩下滑，最终导致恶性循环。情绪状态是指学生在进行学习活动或者探究知识的过程中伴随愉快情绪的产生，这种愉快的情绪可以促使学生产生进一步学习的需要。心理学家提出，学校教育的目的应该是：“在求知中得到快乐，在学习中健康成长，在生活中准备生活。”其实，学习兴趣不仅仅是教学的目的，更是一种可以利用的教学手段。因为学习兴趣在一定情况下可以转换成学习动机，成为维持学生高效率学习的动力。当学生对某一学科产生兴趣时，便会产生强烈的求知欲，不需要依靠外界如奖惩制度等因素督促自己学习，使学习动机倾向于内源性动机，可以大大提高学生学习的积极性。小实验的课题贴近生活，操作过程简便易懂，极大地满足了学生的好奇心，大大提高学生学习的兴趣，将学习兴趣作为一种教学手段，体现出学生的学习动机主要来源于内源性动机。

3.展望

随着对“新教材背景下小实验在小学科学课堂中的应用”这一课题的深入研究，小实验在科学课堂中有更广泛的应用前景。小实验符合建构主义学习理论、“最优化”理论以及动机·兴趣理论，不仅符合《小学科学课程标准》的要求，变“要我学”为“我要学”，更能充分调动学生的积极性，营造浓厚的学习氛围，构建高效课堂。

参考文献

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