引导学生自主设计实验，培养学生创新能力
孙晓平
摘 要：在科学实验课教学中，要放手让学生自主参与实验设计，自己提出问题，合理猜测，激发学生设计兴趣；以问题引领，适时点拨，为学生自主设计指引方向；材料助推，启迪思维，引领学生自主设计走向深入；自主评价，质疑反思，促进学生实验设计不断完善。
关键词：自主 设计 探究 创新
陶行知先生曾说过：“真正的教育必須培养出能思考会创造的人。”在小学科学课教学中，要让学生自主参与设计实验，像科学家那样，去探索、认识自然界事物的性质和规律，培养他们独立、主动的探索精神和动手实践能力。本文结合平时的课堂教学实践，谈一谈自己在这方面的一些做法和心得。
一、提出问题，合理猜测，激发学生自主设计的兴趣
科学课教学中，教师要善于利用学生的前概念，引起学生的认知冲突，激发学生的求知和探究欲望，培养他们自主设计实验的兴趣。教科版六年级上册《抵抗弯曲》一课时，当学生认识了柱和梁后，老师提出问题：当柱或梁承受重力后，谁更容易弯曲或断裂呢？很多学生都认为柱更容易断裂，这些学生的前概念是有错的。这时，我出示了一组桥梁或房屋断裂倒塌的图片，学生发现图片中断裂倒塌的部分居然都是横梁。学生的前概念与眼前的事实产生了认知上的冲突，也激起了他们探究横梁抗弯曲能力的强烈欲望。“横梁的抗弯曲能力可能与哪些因素有关呢？为避免学生盲目猜测，教师有意识地引导学生结合生活经验说出“猜测原因”。有学生说可能与材料有关，用钢筋水泥或石头做的桥比木桥坚固，也有的认为可能与梁的厚度有关，梁厚些承受的重量更大些，还有的认为与梁的长度有关，太长了容易断裂，还有的说可能与宽度也有关系，可能宽一些的桥不容易弯……
在这个过程中，学生的猜想是学生积极思维的结果，学生的猜测也激起了他们继续探究的愿望，为后面进一步确定研究主题、自主设计研究方案埋下伏笔。
二、问题引领，适时点拨，为学生自主设计指引方向
问题是科学探究的方向，教师设计有结构性的问题作为学生探究学习的支架，促进学生理性思考，可以有效把握科学探究的方向，收到事半功倍的效果。
又如教学《空气的热胀冷缩》一课时，学生自主设计实验方案前，我提出了三个方面的问题：1、关于空气的提取问题：难道我们把所有的空气都拿来做实验？怎么来提取一部分空气呢？2、关于封口的问题：用什么来密封呢？怎样才能清楚地看出瓶内空气体积的变化呢？你觉得这个封口有什么要求？3、关于空气的加热和冷却问题：如何让收集到的空气受热、受冷呢？由于学生对空气相关知识的前概念及已具备的科学技能和方法还不足于支撑他们设计一个非常合理的科学实验，教师以这样三个有结构的问题为导向，给予学生帮助、适时点拔，引导学生思考解决问题的途径或方法。学生想到用瓶子装空气，用气球套在瓶口来获取空气，用热水、冷水使收集到的空气受热、受冷的办法。有了明确的解决问题的思路，降低了实验设计的难度，后面让学生用文字或画图的方式设计实验方案便能轻松解决。通过有明确指向性的问题引导学生自己发现、自己设计实验的过程，也正是学生创造性思维得以体现、发展的过程。
三、材料助推，启迪思维，引领学生自主设计走向深入
学生的实验必须建立在一定量的材料基础之上。科学合理、有结构性的材料是学生开展探究式学习的根本。材料的准备与适时提供对学生实验能力的培养，科学思维能力的训练有着非常重要的影响。结合不同的实验内容，教师应精心设计、合理选择实验材料，并寻找合适的时机呈现材料，促进学生主动思考、参与实践、发展能力。
学生设计实验时，在有需求的情况下提供材料，对学生的思维磨练更有益。如教学《抵抗弯曲》一课中，确定实验主题后，这时教师并没有马上展示实验的材料，而是用问题启迪学生：怎样进行实验验证的？学生想到要完成这个实验，必须模拟一座桥，还要有重物。这时教师展示实验材料：一个小长方体，一张卡纸，一个垫圈。对于这些材料又有哪些要求呢？教师引导学生观察材料，通过互动与交流，明确对实验材料的具体要求。最后呈现完整的实验材料，让学生判断这些材料与我们的实验要求是否符合？把上面提到的材料分层、有序呈现给学生，学生就会在教师的引领下认真观察、积极探索，逐步理清在实验中要注意的许多细节，深刻理解对比实验中应控制不变的量和改变的量有哪些，确保了实验设计的科学性，有利于学生在后面细心完成实验，获取有效的实验数据，建构正确的科学概念。
四、自主评价，质疑反思，促进学生实验设计不断完善
由于小学生知识和经验的不足，学生自主设计的实验方案，可能存在这样或那样不合理的地方。教师作为学生科学学习的参与者、合作者与激励者，应当积极地引导鼓励学生对自己或他人的设计方案进行质疑反思，促进实验方案不断完善。
如三年级上册《谁流得更快一些》一课，比较水、食用油、洗洁精谁流动更快时，教师为每个小组提供了长方形的玻璃板、滴管等材料，引导学生分组设计实验过程。有的小组这样设计：先把玻璃板平放在桌子上，再分别将水、食用油、洗洁精滴到玻璃上面，然后将玻璃板竖起来，看谁流动得快。这个设计明显有些细节学生并未描述清楚，教师并不及于指出，而是问道：刚才这个小组的汇报你们认为行吗？有什么补充的或反对意见？将问题抛给学生，鼓励学生质疑反思方案的可行性与优劣性。有的学生马上质疑：既然是比赛，要求同一起点，同一终点，这个小组只说将水、食用油、洗洁精分别滴到玻璃上面，但在什么位置才能保证是在同一起点呢？有的学生说可以在玻璃板上方同样高度的位置画一条直线，把液体滴在直线上；还有学生想到可以在玻璃板上方同一高度的不同位置画同样大小的小圆圈，把液体滴在圆圈内。还有学生考虑到要确保液体的多少一致，只能在圆圈内都滴一滴或者都滴两滴。甚至还有的学生想到每个人手捏滴管的力量可能不一样，所以小组内要安排一个学生每次用同样的力度使用滴管。事实证明，引导学生自主评价实验设计方案，能有效地调动学生的积极性和主动性，变被动学习状态为主动学习，使学生的思维向深层推进。
总之，科学课堂中引导学生自主设计实验过程，有利于学生探究学习能力的培养，有利于创新意识与实践精神的培养，有利于学生科学素养的提高。虽然，最初引导学生自主设计实验过程，需要一定的教学时间，可能会造成一堂课的教学任务不能全部完成，但长期坚持，循序渐进，学生掌握了方法，自主探究的能力就会不断提高，科学探究就会在课堂上真正生根发芽！
