小学高段科学实验的优化设计与研究

小学高段科学实验的优化设计与研究

平湖师范学校附属小学沈维益

一、我遇到的问题或困惑

1．科学教学的资源不充分

科学教学必须重视实验教学，注重培养学生的动手能力，把学生推到主体地位，调动其积极性，不断激励学生通过观察、比较、实验、归纳、模拟等探索手段提出种种假设和猜想。但是，长期以来由于场地、人员、实验室条件等因素的限制，小学科学实验的课程资源利用率不够或者说没有合理使用，使得做实验成为了“鸡肋”，食之无味，弃之可惜。这些无形中给科学教学的科学性产生了影响，长久下去学生也会对科学这一门课程产生质疑。

2.实验材料的选择不典型

在科学教学中，要准备丰富的操作材料来激发孩子们的探究欲望，科学材料的选择往往会影响学生对科学概念知识的形成、理解和探究能力。但是由于传统教学观念的影响，在实践活动中受教科书的影响，教师在材料的准备时往往受到约束，有些材料甚至并不合适实验结论的得出。当遇到这样的问题时，我们往往苦于不知怎么去用何种材料替代，使得教学更加有效果。

3.科学教学的实验不到位

由于知识结构、教学经验的不足，教师在实验教学的组织上、在教学过程中存在着实验不到位的问题。一些实验由于实验方法形式单一，单纯为了完成教学任务而安排实验；一些实验对实验结论的说服力不强，结论牵强；一些实验教师一手包办现象严重，学生缺少动手和动脑的机会，能力得不到相应的提高。我们在教学中发现有点实验书本上虽然没有出现，但是对激发兴趣和深化教学内容很有帮助。

二、对问题产生的原因分析

以上困惑总是时不时地困扰着我，催促我对这一现状进行分析和改进：

（一）科学资源使用需要学校、教师、家长多方面的配合。科学资源，例如桑树也需要学校为科学教学的开展种植一些。实验的资源配备也要足，实验室的配备也要合理，教学资源要科学老师通过平时的教学不停地挖掘。但是由于有些教师没有实际的教学经验，往往一下子找不到解决的方法，有心而无力，或者没有现成的经验来参考。在实际的教学中，对科学实验资源的优化设计，也是每一位科学老师不断探索努力的方向，是有效进行科学课的前提保证。

（二）纵观3至6年级的教材，教材安排的实验材料不合理或者实验设置不科学。如：研究上浮物体受到浮力的实验中，教科书用塑料的定滑轮固定，根本无法完成实验的。这样的情况很多，一些老师按照书上来，结果实验都失败了，不仅挫伤了教师实验的积极性而且造成了孩子不尊重科学实验的情感态度。

（三）也有一些人为因素，一些教师因为有些实验材料的选取不合理，实验操作不到位，实验操作结果和结论不一致，就可能没有安排学生实验。材料、观察、操作一系列的因素都会影响科学实验。科学实验的开展，需要科学教师做足做好前期工作，如果一个步骤不到位就会影响实验。

针对以上三点，我开展科学实验的优化设计与研究。本人将尝试在教学中积累经验，不要让更多的科学教师因为上面的原因而留有遗憾。基于此，我提出了“小学高段科学教学中实验优化设计与研究”课题。

三、本问题研究综述

同类研究的课题有浙江省海盐县向阳小学钱雪祥老师进行过《小学科学“实验记录”的优化策略之研究》，钱老师主要针对实验记录优化，而我此次课题既有实验材料选择、替换、创造性实验、还有实验过程优化、实验结论优化等一系列的研究，研究范围更大更系统。浙江省桐乡市崇德小学陈梅娟老师的论文《浅谈小学科学实验材料的优化处理》，陈老师主要阐述了材料的优化以个别举例为主，而我此次课题是几乎涵盖了小学高段教师教学中遇到的问题实验，有些方法跟陈老师列举的方法不一样的，但仍旧有异曲同工之效。

四、研究的概念界定和理论依据

1．课题界定

实科学验：是科学研究的基本方法之一。根据科学研究的目的，尽可能地排除外界的影响，突出主要因素并利用一些专门的仪器设备，而人为地变革、控制或模拟研究对象，使某一些事物（或过程）发生或再现，从而去认识自然现象、自然性质、自然规律。

优化设计：优化设计英文名是optimization design，从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。

2．研究目标

（1）通过研究，使学生在动手实验探究中，形成和培养求真务实的科学态度，提

高学生的科学实验素养，探索出一些使学生在科学实验探究方面等综合能力有所提高的有效教学方法。

（2）通过研究课题，优化科学实验策略，提升教学设计组织科学实验的能力，能够有目的、有计划地开展小学科学实验方面的研究。

（3）通过研究课题，探索出一套适合科学教师进行有效科学实验的方法，并在一定程度上提高教师科学实验的应用能力，并在课题实施的过程中收集一些有助于课题研究的资料，细心观察学生在实验过程中所发生一些典型案例并分析形成的原因以及解决的对策。

五、我拟采取的解决问题的策略及具体步骤

（一）针对科教版的编排内容，剖析实验问题，梳理实验目录

发现科教版的实验内容虽多，但是教材在使用中，或多或少对教材理解有所偏颇，比较随意，不能通过最为有效的方法实现，不能达成实验目标。现在以五年级的科学教学内容为例来说明一下：

（二）优化实验设计，提高实验成效

1.优化实验材料，提高实验结论精准度

适当处理实验材料，保证效果，操作材料是为科学教育活动服务的，所以必须先明确活动目的，准备的材料必须针对当堂科学活动的目标而来。有时我们的老师，按照教材准备材料，不一定能够得出需要的数据与结论，也不能整体或多角度地发现事物内在的联系。

例如：五年级下册《橡皮泥在水中的沉浮》一课，要求学生用橡皮泥制作成不同的形状，改变橡皮泥的沉浮。从而得到改变物体排开的水量，物体在水中的沉浮可能发生改变这个结论。

设计一：橡皮泥、烧杯。学生用橡皮泥制作成不同的形状，放入烧杯，能够改变橡皮泥的沉浮，但是由于烧杯的刻度比较大，无法读出液面上山的过程，也就无法得出物体排开的水量，结论往往是由教师给出的。

设计二：橡皮泥、烧杯，但是烧杯上的刻度进行细化，我们采用更细的刻度画在纸上，然后粘在烧杯外壁，用每一小格代表5毫升代替原来的50毫升。学生用橡皮泥