陶洪

《小學科學課程標準》倡導探究式學習。探究既是科學學習的目標，又是科學學習的方式。靳玉樂教授將探究分為廣義和狹義兩個概念：廣義的探究，是指一切發(fā)現(xiàn)和認識，一切獨立解決問題的活動;狹義的探究，則是指個體圍繞一個明確的問題或任務，通過假設、推理、驗證等一系列的探究過程，而最終解決問題或完成任務的各類活動。無疑，實驗是探究過程中的重要一環(huán)。實驗，是指在科學研究中為檢驗某種理論或假設而進行的某種操作或從事某種活動。設計方案是科學探究中十分關鍵的一步，它確定了探究活動的大致思路、具體探究的方式方法和途徑，既是對學生現(xiàn)有生活經(jīng)驗的考查，同時也考驗學生的獨立思考能力，需要學生結合生活經(jīng)驗和知識水平，想盡辦法進行驗證假設。設計實驗，就是要解決我要怎么做才能獲得證據(jù)和我為此要做哪些準備這兩個問題。這樣做，收集到的證據(jù)才具備目的性和指導性。在教學過程中，不同年段學生體現(xiàn)出的設計實驗能力也呈現(xiàn)階梯狀上升。

一、低年級學生初步具備控制變量的思想

從2017年開始，小學科學課由三年級起始改為一年級起始。在2017年前，學生接觸的第一次對比實驗出現(xiàn)在“我們周圍的材料”這一單元。在本單元中，通過對比木片、塑料片、紙片和金屬片來認識各種材料的性質。以《哪種材料硬》一課為例，要證明四種材料中哪一種的硬度更強。

學生根據(jù)經(jīng)驗，提出使用相互刻畫的方式進行比較。筆者先讓學生按照自己的想法嘗試實驗比較。在小組合作中，不同的學生在刻畫的過程中得到了不同的結果。在第一階段實驗完成后，許多學生提出了自己的疑惑。通過討論和老師分析，發(fā)現(xiàn)不同的力度、不同的方向都可能得到不同的實驗結果，所以在刻畫的過程中，盡量要使用同樣的力度。其實，這其中就隱藏著一個控制變量的概念。學生初步體會實驗中的定量和變量，為之后正式學習對比實驗鋪墊。

二、中年級學生在老師指導下初步具備設計能力

在小學階段比較經(jīng)典的對比實驗，是對比鹽在水中溶解得快慢。這在舊版教科版科學中，是四年級上冊《溶解得快與慢》，在新版教科版科學中，是三年級上冊《加快溶解》。在本課中，學生第一次接觸對比實驗。在對比實驗中，要注意每次只能改變一個因素，為確保公平，除了改變的那個因素外，其余的因素均應保持一致。三年級的學生沒有能力自主設計一個對比實驗，這時，老師就要設立臺階，幫助學生一步步認識什么是對比實驗，怎么樣設計一個對比實驗。第一步，筆者以兩個學生比賽跑步為例，讓學生思考怎么樣進行比賽更加公平。學生都很積極踴躍。通過整理發(fā)現(xiàn)，要知道哪位同學跑得快，就要起點、終點相同，同時出發(fā)等等，也就是每個因素都要保持一致才能體現(xiàn)公平的原則，才能看出這次比賽誰是勝利者。第二步，筆者展示了關于溫度與溶解關系的空白表格，讓學生討論在加熱與溶解關系的實驗中，學生的推測、變的因素及不變的因素。討論得出結論后，筆者將學生的思考用簡筆畫的方式畫出來，學生照著以上的步驟進行實驗。第三步，是在實驗結束后，我提出，如果是攪拌與溶解的關系時，學生就自行填寫表格和使用畫一畫的方式來展示實驗步驟。設計三個層次是為了讓學生能夠一步一個臺階地學習對比實驗的設計與操作。有層次的學習設計能把握學生的最近發(fā)展區(qū)，提出跳一跳能夠到的目標，讓學生的思維得到發(fā)展。由于在本課中學生探究目標被切割成多個小目標，學生更容易邁上“臺階”，認識對比實驗的內(nèi)涵。這里我們發(fā)現(xiàn)，同樣的一節(jié)課，對學生的能力要求基本是一致的。在三年級起始的科學課中被設置為四年級內(nèi)容，而在一年級起始課的科學課中被設置為三年級內(nèi)容，可見，學生的不同學習基礎也會對學生設計探究實驗的能力造成影響。

三、高年級學生設計對比實驗的能力顯著提高

高年級學生設計對比實驗的能力有了顯著提高。如，教科版五年級上冊《怎樣得到更多的光和熱》中，學生設計物體顏色與吸熱關系時，考慮的因素不僅僅局限于實驗本身紙的顏色和材質，其他條件，如擺放的地點、角度、方式、時間等盡量保持一致。有的學生還會對地點的略微差異導致的陽光不同產(chǎn)生懷疑。

除了設計對比實驗外，模擬實驗也是實驗中重要的一種。高年級學生已具備結合生活經(jīng)驗和已有科學知識，設計模擬實驗的能力。如，五年級“光”這一單元，學生能應用所學習的光的知識并結合生活經(jīng)驗（如熱水器的樣子），設計太陽能熱水器，可見，學生設計實驗的能力較中低年級有了明顯的進步。

綜上所述，探究是一種能力的發(fā)展，而不是教學的目的。在實際教學中，要注意摒棄為探究而探究的形式主義，更應注重在教學過程中認識不同年段學生的認知特點。根據(jù)其特點，有針對地進行教學設計，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。這對于學生的終身發(fā)展有著不可或缺的意義。