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新课程课堂教学技能与学科教学
——如何培养学生的科学能力
第二个问题：实验能力的培养
实验是指科学研究中为检验某种理论假设而进行某种操作或从事某种活动。而实验能力是利用科学仪器、设备，在人为控制条件下去研究自然现象的能力。实验能力是一种综合性的能力，包括确定实验目的的能力，使用和操作仪器的能力，设计实验方法的能力，正确地进行实验操作并得出结果的能力，对实验原理的理解和通过分析实验结果，得出科学结论的能力。
小学科学课中的实验教学，虽然没有科学家所做的科学实验那样复杂规范，其目的也正是让学生向科学家那样，用科学实验的方法去探索，认识自然界的事物和规律，从而能动地改造自然。
一、培养实验能力的意义
1、培养学生自主实验能力有利于提高学生主体意识 让学生根据问题自己确定实验目的，设计实验方法，可以充分调动学生的积极性、主动性。学生积极参与实验活动，学习热情高，课上积极举手发言。自己确定实验目的，自己设计实验方法的意识大大提高。
2、培养学生自主实验能力可以提高学生创造性思维能力 学生在自主实验活动中创新意识、创新能力会有所提高。学生不再依赖老师，迷信书本，他们开动脑筋自己想办法。学生设计出来的实验方法，就是他们创造性思维的体现。
3、培养学生自主实验能力有利于提高学生动手能力
培养学生自主实验能力就要增加学生独立操作实验的机会，学生有了实验的材料，充分的时间和空间，在明确实验目的和方法的基础上，提高了实验的成功率。实验能力是一种综合能力，在实验设计、操作、结果的记录与分析的过程中，培养了学生的观察能力、思维能力、动手能力。同时也有利于培养学生科学思想、科学方法、科学态度。
二、我们先来了解科学实验的种类
1、验证性实验
为了验证某一种假设，采用实验的方法，通过实验及实验的分析，证实假设成立。如学习《斜面》《铁钉生锈了》一课
2、模拟实验
为了更好探究某一自然现象的成因，模仿这一现象而进行的实验，如风、霜、露、雾、雨的模拟实验、卵石的形成，地层的形成的模拟实验。
3、探究性实验
提出一种假想，但不知道这种假设是否正确，可以采取探究性的方法进行实验。如探究音乐对植物生长的影响等，在强调创造能力培养的今天应该大力提倡探究性实验。
三、培养学生实验能力的步骤
指导学生在理解课题、提出问题的基础上，根据所要研究的问题确定实验目的。培根说：“如果目标本身没有摆对，就不可能把路跑对。”明确实验目的是做好实验的关键。以往教学中，教师只注重教给学生实验方法，对明确实验目的重视不够，很少有机会让学生自己确定实验目的。要培养学生确定实验目的的能力，首先要帮助学生在理解课题的基础上提出问题、明确学习目标。实验目的总是与所研究的问题相联系的，学生只有在理解课题、提出问题的基础上，才能根据所要研究的问题确定实验目的。
1、帮助学生理解课题
理解课题就是让学生明确所研究的内容。可以不同类型的课采取不同的措施帮助学生理解课题。有下列几种情况：第一，学生能从字面上直接了解所学内容的课题，可以让学生直接提问、确定学习目标。如：《蜗牛》《雨和雪》。第二，学生能从字面上明白题意，但在提问时过于分散的课题。如：《空气》《水》等。在理解课题时为学生创设一定的情境，使学生发散的思维集中在所要研究的内容上。第三，从字面上学生不太理解所学内容的课题。如：《溶解》《电磁铁》《它是什么》等。这类课题不适应在上课一开始出现，可以先出现所要观察的物体或现象，在学生观察的基础上，明确所学内容。
2、引导学生提出问题
提出问题就是让学生提出要了解的内容，选择可实施的内容，确定实施方向。科学研究的过程就是提出问题一做出假设一实验验证一得出结论的过程，学生认知的过程也要遵循这一规律。爱因斯坦说过：“提出一个问题比解决一个问题更重要，因为后者仅仅是方法和实验过程，而提出问题则要找到问题的关键、要害。”在课堂教学中要培养学生的自主学习能力，就要让学生敢于提问、善于提问。因为在科学课中，学生在学习前人的知识经验时，只有从疑开始、以疑引思，才有可能在解疑的过程中有所发现、有所创造。教师要创造条件鼓励学生敢于提问、善于提问。学生在提问过程中会出现不同的情况，教师要针对不同情况加以解决。
第一，学生提出的问题和所教内容有关，又比较重要，教师可以将问题教给学生思考或讨论，以求得问题的解决。同时，教师自己也要考虑如何组织教学来恰当解决这些问题。
第二，学生所提问题和所教内容关系不大，如果所提问题在以后学习中得到解决，教师可首先肯定问题提得好，然后作为一个悬念问题请大家先考虑，待到学习与之相关的教材时再解决。如果所提问题与所教内容和以后的学习关系都不大，教师可以将学生提的问题留在课后帮助解决。
第三，如果学生提不出问题，有可能是学生对课题不够理解，不知从哪方面提，或从未有过提问的机会不敢提问。那么，教师就要创设情境，提供机会，鼓励学生提问，帮助学生将所学内容进行分解，引导学生从问题的各个层面提问。
3、在理解课题提出间透的基础上确定实验目的在理解课题、提出问题的基础上，学生明确了这节课要研究的问题，就可以根据所要研究的问题做出假设确定实验目的。一个问题相关的因素有很多，假设也可以有几种，实验目的也可以多样，教学中没必要规定一种实验目的和方法，要给学生自己确定实验目的和方法的机会。讨论筛选出有必要性和可行性的方案。
如：学习《斜面》一课时，首先举例说明什么是斜面，确定研究的问题是：斜面有什么作用?书上实验1的方法是：①锯一段圆木，用铁丝做轴，使圆木能绕轴转动。②通过测力计将圆木提起，用多少力?③在桌面立一木块，从桌面到木块斜搭一块光滑的木板。通过测力计沿斜面上拉，用多少力?实验说明：斜面有省力的作用。
实验2的方法是：①换一块长木板，仍然搭在实验1用的那个木块上。观察斜面有什么变化?②沿这个斜面将圆木向上拉，用多少力?实验说明：斜面越平缓越省力。
教学中，我不是把书上的实验演示一遍，让学生照着去做，也不是让学生按照书上的要求去做，以完成书上实验为目的，而是指导学生探究斜面的作用。
我把“斜面有什么作用?”作为一个研究的问题，教给学生讨论。学生根据已有经验假设斜面有省力的作用。设计实验证明斜面有省力的作用。学生能设计出对比实验，把竖直提起的物体用的力与沿斜面拉起物体用的力进行比较，说明用斜面省力。
由于每一小组物体的重量相同，斜面的坡度不同，学生发现省力的多少不同。什么样的斜面，能省多少力?学生提出不同的假设，有的学生提出：利用斜面提重物省力多少和与提升的高度有关系。有的学生提出：与斜面的长度有关系。有的学生说：与斜面的坡度大小有关系。什么是斜面的坡度呢?斜面的坡度指斜面和水平地面的夹角。同学们根据假设确定不同的实验目的和方法。通过实验学生认识到：斜面的长度相
同，高度不同，高度越低，越省力；斜面的高度相同，长度不同，长度越长越省力。学生还发现：斜面的高度和长度决定了斜面的坡度，坡度越缓越省力。这样的实验，学生根据所研究的问题，分析相关因素，做出假设，确定实验目的和方法。学生自主意识增强，积极参与到探索科学规律的活动中来，经历了探究的过程，学习了科学研究的方法，提高了创造性思维的能力。
4、指导学生根据实验目的自主设计实验方案
实验设计，是指正式进行实验之前，根据一定的目的和要求，运用有关的数学原理，对研究方法和步骤的预先制定。实验设计的意义在于能够用比较经济的人力、物力和时间，获得科学的结果。科学课上指导学生搞实验设计，可以使学生进一步明确实验目标，掌握实验步骤和方法，提高实验效果。更重要的是学生可以学会一种科学的方法。学生通过自主地设计实验方案，小组合作、全班讨论完善了自己的看法，又有了新的认识和提高，在今后的学习中就能独立地运用科学的方法解决问题。
科学课中安排的实验内容有两类：
一类是让学生通过做实验观察一种现象，这样的实验一般是学生平时很少接触到的，所以不要求学生设计实验方案。如：凸透镜使窗外的景物在纸屏上成像的实验，目的是使学生观察凸透镜成像的现象。实验前老师教给学生实验方法；实验中要求学生按照实验方法操作，观察实验现象；实验后分析、讨论，得出结论。
另一类实验属于研究性的。教师可以指导学生根据所研究的问题，提出假设，自主确定实验目的和方案。设计方案内容包括：选择材料、确定实验步骤、确定实验方法、预想实验结果、设计报告、讨论实验注意事项等等。可采用师生交流、生生交流、个人研究等不同形式引导学生积极参与设计方案。如：探索凸透镜成像规律的实验。各种物体反光能力的实验。
学生在设计各种颜色物体反光能力的实验中强调，反光的物体要对着阳光，光线越强，物体反光效果越好。各种颜色物体反射的光要投在—个白色的背光的物体上，观察物体反光的效果。学生在室内选择了光线较暗的白墙作为反射光线投射的屏幕，效果很好。这说明学生已经不是被动的听老师安排，而是在明确实验目的的基础上自主的设计、操作实验了。
5、为学生准备充足的实验材料，供学生自主选择 充足的实验材料是自主操作实验的必要条件。过去，由于对学生自主实验能力的培养没有足够的认识，加之有的学校分组实验的实验材料过少，影响了学生自主实验能力的发展。
6、给予充足的时间空间，让学生进行自主实验，体验科学
教师给予学生充分的实验的时间和空间是培养学生自主实验能力的必要条件。学生在充分的自主实验活动中，才能体验科学，有所发现、有所创造。
如：《光的反射和折射》一课，我用两课时来讲。第一课时我主要让学生设计各种物体反光情况的实验；第二课时带着学生到室外有阳光的地方实验，学生发现把反射光投射到楼道的墙壁上效果更好。不同颜色的物体反射的光不仅颜色不同，强度也不同。
将学生带到大自然中去观察自然现象。以前讲《蚂蚁》一课时，老师把捉到的蚂蚁放进昆虫盒里让学生观察，学生不了解蚂蚁的生活环境。后来老师带学生到校园里亲自捉蚂蚁，学生观察到蚂蚁生活在有土有草的树林里，他们用树叶、羽毛把蚂蚁放到昆虫盒里，还担心的问老师：“蚂蚁怎么呼吸呢?”学生还观察到蚂蚁搬运食物，传递信息，打架的现象。学生在观察中获得了丰富的知识，提高了动手能力，丰富了热爱大自然的情感。
