小學科學實驗教學(2015)

1、小學科學實驗教學小學科學實驗教學鐘能政 安徽省教育科學研究院qq:602494851交流提綱 實驗教學的價值 科學方法簡介 觀察教學應注意的問題 實驗教學應注意的問題讓學生參與實驗等探究可以幫助學生：讓學生參與實驗等探究可以幫助學生： 理解科學概念； 對于我們是“如何知道”我們所知道的科學事實這一過程有驚羨之感； 理解科學的本質； 掌握對自然界進行獨立探究的必要技能； 形成運用技能、能力和秉承科學態(tài)度的習慣。 美國國家科學標準（96版）科學過程的教育價值 客觀精神。 科學規(guī)范、規(guī)則意識的教育。 合作精神和團隊意識的培養(yǎng)。 培養(yǎng)學生勇于承認錯誤、改正錯誤的實事求是的態(tài)度。實驗法 從理科教學安排實

2、驗的角度看，是為了檢驗某種理論或假說而進行的某種操作或開展的某些活動（包括觀察、實驗、調查、模擬實驗等）。 從科學研究角度看，實驗通常指運用一定的儀器設備，在人工控制的條件下，觀察研究自然現(xiàn)象及其規(guī)律的特殊的社會實踐活動。是獲取經(jīng)驗事實和檢驗科學假說、理論真理性的根本途徑。實驗法 優(yōu)點：純化和簡化研究對象；強化和再現(xiàn)研究對象；延緩和加速自然現(xiàn)象。 生物學規(guī)律是生物內在的穩(wěn)定關系。規(guī)律的穩(wěn)定性就在于它的重復性。 生物學實驗的重要作用就在于能創(chuàng)造一定的條件，促使符合規(guī)律的生命現(xiàn)象和過程反復出現(xiàn)，便于觀察和研究，獲得真實、可靠、準確的科學結論。實驗分類 實驗室實驗 自然實驗醫(yī)學實驗心理實驗教育實驗實

3、驗室實驗分類 按實驗的直接目的分：探索性實驗、驗證性實驗 按實驗中質與量的關系分：定性實驗、定量實驗 按實驗在科學認識中的作用分：結構分析實驗析因實驗對照實驗模擬實驗 按理科教學中的教學形式分：演示實驗學生實驗并進實驗活動課 按實驗步驟分：預備實驗、正式實驗比較實驗 為了找出或確定兩種以上事物之間的異同和優(yōu)劣而安排的實驗。 相對比較實驗是把兩種或多種實驗單元作相對比較，以確定實驗單元之間某種特征上的異同和優(yōu)劣。 對照比較實驗是把某個因素屬于未知的事物同一個已經(jīng)確定的已知事物作對比，以便確定該因素的影響而安排的實驗。為了確定某種因素對實驗對象是否有影響，選擇確定已知的事物可以是對實驗對象有影響的

4、，也可以是對實驗對象沒有影響的。析因實驗 為了找出引起某些變化的原因而安排的實驗。 特點：結果是已知的，而影響結果的諸因素特別是其主要因素是未知的。 對于有兩個影響因素的析因實驗，可采用對照比較的方法，確定其主要影響因素。對于多個影響因素，可采用逐個排除的方法，每次只變化其中一個因素，而控制其他因素不變，以確定每種因素的具體影響，最后找出其主要原因。模擬實驗 在科學實驗中，有時受客觀條件的限制，無法對某些自然現(xiàn)象或研究對象進行直接實驗，可以采用模擬實驗。 模擬實驗是利用自然界現(xiàn)象中有不少相似性的規(guī)律，通過設計一種與對象、自然現(xiàn)象或自然過程相似的模型，然后通過模型間接地研究原型的規(guī)律性。 模型必

5、須滿足的條件：模型必須與原型相似；模型在科學認識過程中要能代替真正的研究對象；要能夠從對模型的研究中得到關于原型的信息。探索性實驗 探索性實驗是探索研究對象的未知屬性、特征與其他因素的關系的實驗方法。根據(jù)實驗目的，利用已知、外加的因素去干擾研究對象，看會產(chǎn)生什么結果，因此也叫做“試驗”。 理科教學安排的探索性實驗為：在提出問題的基礎上，學生自己安排實驗，設計實驗步驟，通過觀察來搜集資料、數(shù)據(jù)，在分析思考、科學抽象之后，概括或歸納出概念和結論。驗證性實驗 驗證性實驗是驗證某一理論是否正確的實驗，是在對研究對象有一定了解，并提出了研究對象的某種假說后，為驗證這種假說是否正確而安排的一種實驗。 驗證

6、性實驗教學是教師在課堂上先講授知識，后組織學生實驗，讓學生用實驗結論來驗證已學過的基本概念、原理和規(guī)律。通過實驗，可以強化對基本概念、原理和規(guī)律的理解，還可以增強實際操作能力，達到提高實驗技能的目的。觀察法 應當學會觀察，不學會觀察，你就永遠當不了科學家巴斯德 沒有觀察就沒有科學觀察是古代科學應用的主要方法。觀察是科學發(fā)現(xiàn)的重要途徑。觀察為構建和檢測科學假說服務。觀察法 科學觀察是指在自然發(fā)生的條件下，通過自身感覺器官或儀器設備，有目的有計劃地對研究對象進行觀察。科學觀察是搜集科學事實的基本途徑，是科學研究的基本方法之一。 什么情況下運用觀察方法？從認識的有限性考慮。從認識對象的性質考慮。從認

7、識的結果考慮。觀察法 觀察是滲透理論的觀察是滲透理論的觀察滲透理論。觀察到了什么絕不僅僅取決于被觀察對象，而且還取決于觀察者的視野以及觀察者的知識背景。觀察應該滲透正確的理論。觀察是創(chuàng)立理論的基礎，不斷推進和檢驗理論；理論指導觀察，使觀察日益擴展和深化。避免滲透錯誤的理論。觀察法 觀察的可錯性觀察的可錯性錯把假象當真象。我們見到的只是我們知道的。我們觀察的只是我們注意的。視錯覺致使觀察偏差。殘像錯覺的影響。觀察的主觀性。觀察者總是在一定的知識背景、生活經(jīng)驗和思維方式下進行觀察的，因此觀察結果容易受到觀察者主觀因素的影響。觀察法 進行正確的觀察進行正確的觀察客觀性原則。全面性原則。連續(xù)性原則。典

8、型性原則。典型的觀察對象； 典型的觀察條件。對科學事實進行科學概括 從比較中發(fā)現(xiàn)異同 從分類中反映事物的本質 從類比中由已知伸向未知 從歸納中探求因果關系從分類中反映事物的本質分類是根據(jù)對象的本質屬性或顯著特征進行的劃分，具有很大的穩(wěn)定性。劃分是分類的基礎。劃分是把屬概念分為若干個種概念，從而揭示屬概念的外延的邏輯方法。明確概念的外延，就是要說明所反映的是些什么對象，包括了哪些子類或分子，適用多大的范圍。劃分由母項、子項和劃分標準三部分構成。對同一對象可以采用不同的標準來劃分，但是每次劃分依據(jù)的標準應該是同一的。在劃分的時候，還必須遵循各子項外延之和必須與母項的外延相等這一規(guī)則。分類是以對象較

9、為深刻的本質屬性或顯著特征作為劃分的標準。從歸納中探求因果關系因果關系的特點：普遍必然性、共存性、先后性、復雜多樣性。因果關系的上述特點為我們尋找因果關系提供了向導和依據(jù)。例如，因果關系具有先后性，一般總是先因后果。因此，我們在尋找一個現(xiàn)象的原因時，就應該到它的先行現(xiàn)象中去尋找，不應該在它的后續(xù)現(xiàn)象中去尋找。在古典歸納邏輯中，由培根先行提出、穆勒系統(tǒng)總結的“求因果五法”：求同法、求異法、求同求異并用法、共變法和剩余法。求同法（契合法）：異中求同如果所研究的對象出現(xiàn)在兩個或兩個以上的場合中，只有一個情況是共同的，那么這個共同的情況就與所研究的現(xiàn)象之間有因果聯(lián)系。場合 先行情況 被研究的對象 （1

10、） A、B、C a （2） A、D、E a （3） A、F、G a 所以，A（可能）是a的原因求異法（差異法）：同中求異如果所研究的對象出現(xiàn)的場合與它不出現(xiàn)的場合只有一點不同，即在一個場合中某個情況出現(xiàn)，而在另一個場合中這個情況不出現(xiàn)。那么，這個情況與所研究的對象之間就有因果關系。場合 先行情況 被研究的對象 （1） A、 B、C a （2） - 、B、C -所以，A（可能）是a的原因為了避免應用求異法可能產(chǎn)生的錯誤，應注意：（1）在兩個場合中除某一個情況不同外，是否還隱藏著其他不同的情況；（2）兩個場合里唯一不同的這個情況，是被研究現(xiàn)象的全部原因還是部分原因。關于科學探究 科學探究的對象是自

11、然界；尋找證據(jù)是科學探究的重要內容；科學探究目的是基于證據(jù)對自然界的現(xiàn)象作出解釋；獲得證據(jù)和作出解釋的途徑是多種多樣的。 學生的科學探究的目的是獲取知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家們研究自然界的方法。觀察教學中應注意的問題 目標：認識花的結構 思考1.選擇什么材料讓學生觀察？圖片、模型、花的實物2.選擇什么植物的花讓學生觀察？3.觀察指向的核心概念是什么？4.如何通過觀察幫助學生建立核心概念？ 核心概念 生命體具有不同的結構和功能，這些結構和功能有助于它們的生命進程、發(fā)展和繁殖。果實和種子是植物開花、傳粉、受精以后形成的；雄蕊和雌蕊在形成果實和種子的過程中具有十分重要的作用；雄蕊和雌蕊有特

12、殊的構造，經(jīng)過傳粉、受精發(fā)育成果實和種子。觀察教學中應注意的問題 所觀察的主題和變量要少； 觀察的材料要結構化； 觀察活動要突出科學原理； 強調觀察記錄的客觀性和準確性； 討論是獲得正確的觀察結果的重要步驟?！拔伵！钡挠^察記錄l蝸牛有2厘米，背上背著一個螺旋形的殼，很硬，上面還有棕色的花紋。l頭上長著兩對觸角。上面的觸角較長，尖上長著一對眼睛。下面的觸角較短。l蝸牛的糞便是茶色的，很細。l蝸牛的膽子很小，一有人碰它，它就把頭縮回殼里面。l它喜歡吃黃瓜、菜葉等蔬菜類食品?！巴嫠暮眠\氣”的觀察記錄l我們把水倒進漏斗，它流出來。l我們把水倒進漏勺，它流出來。l我們把水倒進擦手紙，它流出來。l水通得

13、過所有帶窟窿眼兒的東西。l我們把水倒進瓶子，水就留在里面。l我們把水倒進罐頭，水就留在里面。l水是濕的。水可以是熱的，也可以是冷的。l水沒有形狀。什么形狀的容器都能放。實驗教學中應注意的問題 讓學生明確所要探究的科學問題。 沒有明確的科學問題就是沒有目標，而沒有目標的探究始終停留在感性知識階段，而不能上升理性形成概念。案例：探究種子萌發(fā)的環(huán)境條件 提出問題 作出假設 預期 確認變量 實驗組、對照組 科學問題l科學探究是從提出科學問題開始的，提出科學問題的目的是為了尋找一種解釋。l科學問題包含著一定的求解目標和應答域，但尚無確定的答案。真正的科學問題是一個暗含著理論假說的問題，是啟發(fā)學生提出更多

14、問題和假說的梯子。因此科學問題要明確、清晰，要具體。使我們探究起來有的放矢。l科學問題應該是目前科學發(fā)展水平所能勝任的問題，是能夠通過收集數(shù)據(jù)（例如通過調查、實驗獲得數(shù)據(jù)）而回答的問題。 l評價一個提出的問題是否較好，首先看問題是不是我們在學習過程中遇到不解和矛盾時自己提出來、能夠探究的；其次看問題暗含的變量是不是在兩個以下。l如果包含的許多變量，反映了提問者對問題所涉及的研究對象的認識才剛剛開始；而只兩個變量的問題說明提問者對現(xiàn)象認識更進一步，明確了這些變量之間存在著的因果關系，已經(jīng)初步獲得了一個因果關系的解釋，探究問題的目的是很明確的，就是為了通過數(shù)據(jù)收集來證實（或證偽）已獲得的初步的解釋

15、。 科學問題課例：一杯水的觀察 a：我想研究水是怎么產(chǎn)生的，哪些動物是不喝水的。 b：我想研究水會不會給我們帶來壞處。 c：以前我們上過“水”，有些同學說水是透明的。但是教師說透明不一定是水，我想研究水到底是透明的嗎？ d：我想知道什么動物怕水？ e：我想知道水能為人們做些什么？ f：很多成語都用到水，比如說到知識，就把知識說成知識的海洋。我想為什么要用水來形容？ 孩子們的問題涉及到水的性質，物理學問題（c）；涉及到水的性質的利用，技術問題（b、e）；涉及到水的起源，地球的起源問題（a）；涉及到動物與水的關系，生態(tài)學問題（a、d）；涉及到成語的形成，語言學問題（f）。孩子們和我們教師一樣，傾向

16、于關注宏觀的技術的問題，很少注意微觀的科學問題，這個現(xiàn)象值得進一步研究。課例：一杯水的觀察區(qū)分真科學問題與假科學問題 我國科學課堂上常出現(xiàn)的情況師：“大家能提出什么科學問題呀？”生：“我想研究為什么？”或“我想研究怎么樣？”l美國課例“里面是什么？”，教師在孩子們仔細觀察了她從套著紙袋的塑料袋中拿出了土豆等物之后才提出如下問題：吹鼓的塑料袋與癟的塑料袋有什么不同？區(qū)分開放性問題與封閉性問題 下面兩組問題： “怎樣抗擊瘧疾？” “青霉菌在什么溫度、濕度等條件下會產(chǎn)生?” “我們應該怎樣改善環(huán)境？” “不同顏色的池塘中，魚的數(shù)量（種類）有什么不同” 開放性的問題無邊無際，封閉性的科學問題往往指向確

17、定的答案。怎樣的問題有利于活動的設計、學具的選擇，有利于教學目標的明確，有利于學生能夠沿著活動所指引的，而不是教師規(guī)定的清晰的目標，順利地到認知的彼岸。在確定探究的問題時，應注意的問題 探究的問題與方式要符合兒童實際認知水平。宜小不宜大，宜少不宜多。 （課例：“一杯水的觀察”） 在提出的問題包含的探究過程中，盡可能包括定量的測量和定量的描述。 不主張在幼兒園和小學階段對社會科學問題進行探究。（例如：如何讓巢湖水變清）在確定探究的問題時，應注意的問題 問題應和一個通過這次探究可以證實的自然科學概念有關。 例如小學科學課程標準：用韭菜治療雞瘟的探究案例觀察和統(tǒng)計下落的樹葉是葉面正面朝上的多，還是葉

18、面反面朝上的多？在確定探究的問題時，應注意的問題 例如：誰的紙飛機飛得遠？用一張紙和一個用同樣的紙折出來的紙飛機比較，看哪一個飛得遠？ 不宜向兒童提出設計復雜系統(tǒng)的探究問題。 作出假設和預期 假設是對觀察對象一個假定性的解釋，或者說是對所提出的問題的一個推測性的回答。而且，假設之后必定有驗證的活動，通過驗證才能證實或證偽所提出的解釋。 （1）作假設要有科學根據(jù)，而不是無端地猜測。對學生來說，這里所說的科學根據(jù)主要是指他們已經(jīng)掌握的科學知識和生活經(jīng)驗。作出假設也離不開邏輯思維、聯(lián)想等。 （2）作出的假設應該是可以通過科學探究來檢驗的，不可能被觀察和實驗檢驗的假設就不是真正的假設。 （3）作出假設

19、通常是科學探究的重要環(huán)節(jié)，但不一定是所有的探究所必需的環(huán)節(jié)。 預期是根據(jù)實驗原理（或假設）對將要進行的實驗（觀察）的結果進行的預測。確認變量 要控制變量首先要確認變量，其次要知道如何測定變量。 實驗中的變量包括自變量、因變量和無關變量。 自變量是指實驗中根據(jù)實驗目的需要人為改變的因素。 因變量是指隨著自變量的變化而變化的因素。 無關變量是指除自變量外，實驗過程中可能還會存在的一些對實驗結果造成影響的因素。 設計可行的實驗方案 設計與完善實驗方案教師可以通過提問引導學生，如：為了搜集我們需要的證據(jù)，我們能做什么？我們需要做什么實驗？這是一種好方法嗎？這樣做公平嗎？我們能用其他方法嗎？那可能好一點嗎？我們做這個實驗時需要一定的順序嗎？我們從哪兒能得到幫助？誰能幫助我們？實驗組和對照組 如前面的案例：探究種子萌發(fā)的環(huán)境條件 許多作物在春天而不是冬天播種，提示我們溫度過低不利于種子萌發(fā)。果真如此嗎？為了檢驗這一假設，需要將種子置于低溫條件下進行實驗，看他們是不是真的不能萌發(fā)，這一組種子稱為實驗組。如果這組種子果真不萌發(fā)，是不是就一定說明上述假設成立呢？如果這組種子本身就不能萌發(fā)呢？如果水分的多少不合適