猜想在不同类型小学科学实验中的应用价值分析

科学创新起始于大胆的猜想和卓越的预见力，同时还要让孩子们懂得大胆的猜想不是目的，只是手段，要达到目的，还要有严谨的实验证明过程。[1]猜想和实验之间的关系密不可分，进行不同类型的科学实验前，应根据不同实验类型，切实了解学生相应的已有经验和知识基础，并以此合理组织学生进行有针对性的猜想活动，这个活动的过程包括“收集已有知识和经验信息→将信息与猜想的问题进行比较、分析、归纳、概括→形成对研究问题的假设性结论→按照一定的方式进行表述”。在猜想活动中促成学生和学生、教师和学生间的积极互动，分享各自的个性化的认识，展开积极的思维活动，可以有效地弥补个体经验的不足，加深对即将进行的实验的理解，从而更好地发挥实验对科学学习的重要作用，帮助学生建构新知，提升科学兴趣、协作能力、批判性思维等方面的科学素养。以下笔者就日常科学教学中涉及的几种主要科学实验类型，结合自己的教学实际，谈谈猜想在不同类型科学实验中的运用心得。
　　1.以观察为主的实验：猜想引导细致观察
　　评判一项科学研究是否科学，首先不在于你的理论有多高深，而在于你的观察资料有多真实。训练孩子们观察得细致、准确是非常重要的教学内容。[2]本文所论述的“观察为主的实验”，主要指实验中涉及的操作技能简单，学生的操作没有困难，重点是期望孩子在操作过程中仔细观察实验现象，发现问题或搜集证据，进而深入研究感兴趣的未知科学秘密的实验。因此进行此类实验之前，有没有适时、适度的猜想，直接影响着学生的观察活动，进而影响实验的成效。
　　以苏教版小学科学三上“空气占据空间”学习内容为例。（以下所涉及的教学内容均为苏教版小学科学）
　　教学A：（不组织猜想）
　　师：（演示）把一团报纸塞在玻璃杯底部，再将杯子倒着竖直放入水中，仔细观察有什么现象。
　　（学生分组实验）
　　师：实验中你观察到什么？
　　生：把杯子竖直放入水中，没有什么变化！
　　师：没有变化的意思什么？
　　……
　　师：报纸湿了吗？
　　生：没有。
　　师：为什么会这样呢？
　　……
　　教学B：（组织猜想）
　　师：（演示：把一团报纸塞在玻璃杯底部。）如果把杯子倒着竖直放入水中，可能会出现什么情况？
　　生：可能会有[第一论文网提供专业写作论文和论文写作服务]气泡冒出来。
　　生：报纸变潮湿。（为什么？）因为水会慢慢漫到杯子里，再接触到报纸。
　　生：报纸不会湿，因为杯子里有空气，水根本进不去。
　　师：大家能大胆提出自己的看法都非常好，不管对和错，都说明我们能像科学家一样认真观察，仔细分析，想通过自己的努力解决问题。
　　（学生分组实验。）
　　师：实验中你观察到什么？
　　生：报纸没有湿。（能说完整吗？）杯子倒着竖直放入水中，报纸根本就不会湿。
　　师：报纸没有湿说明什么？
　　生：水没有进入杯子。
　　生：水进去了，只不过只进入了一点点，没接触到报纸。
　　师：观察真仔细，水为什么不能接触到报纸呢？
　　生：杯子里有空气。
　　生：杯子里有很多空气，把水和报纸隔开了。
　　……
　　从以上两个片断我们可以看出，动手实验前的猜想可以帮助学生明确观察的角度、侧重点、逻辑次序，这样在观察中就有了一个思维主线，观察能更全面、更细致。教学A只教给实验方法，没有猜想活动，学生实验中的观察就漫无目的，没有强趣味性现象刺激，学生的实验仅仅停留在“玩玩”的原有水平，没有思维过程，交流环节学生就无话可说。教学B，经过猜想活动，学生充分调动了前概念：“空气是真实存在的”、“水的流动性”、“空气在水中会有气泡”等，这些都是学生的原有认知，实验活动在此基础上展开，学生的观察就有了自我的视角和侧重点，并且观察中有比较、有反思，实验后就有话可说、争着说。甚至实验中的一些微小的细节也被学生清晰地关注到，如“水进去了，只不过只进入了一点点”，这虽然对建构“空气占据空间”概念帮助不大，但却是下一个概念“压缩空气”研究的重要切入点，问题不断生成，探究活动也就得以不断延续和深入。
　　2.以方法为主的实验：猜想引领创意操作
　　实验方法的本质在于它是人们根据一定的研究目的，运用适当的物质手段（科学仪器和设备），人为地控制模拟或创造自然现象，使之以纯粹、典型、精确、系统、明显的形式表现出来，从而获取人类经验的方法。[3]以方法为主的实验（此处论述的侧重点是学生已具备实验中的操作技能），整个过程中，教师对研究的问题不预先设计实验步骤、方法和过程。学生以所学的知识和实验技能为基础，根据自我研究的需要，设计个性的研究方法。针对此类实验，猜想环节的目的是引导学生能明晰自己的设计依据，并且对他人的设计进行借鉴或质疑，用批判性思维去审视不同方案，利于学生在动手操作中及时调整思路，完善自己的方案，更好地完成实验。
　　例：《建桥梁》，实验操作难度不大，关键是根据自己的原有认知，设计出自认为承受力最大、有创意的形状，并通过实验验证，寻找形状与承受力之间的关系。具体过程：在学生发现用一张纸建成“——”形状的桥梁不能解决问题时，适时引导学生讨论：“你还能设计出其他形状的桥梁吗？”“你认为这样的设计承受力大的理由是什么？”“怎样比较设计出的桥梁形状哪种承受力大，能让小车通过？”让学生理清对比实验的注意点，然后放手尽早满足学生进行探究活动的愿望。
　　经过之前的猜想，学生对研究形状与承受力之间关系的实验方法有了更多的了解，在实验中不但能快速完成自已设计的实验，而且更注重不断改进方法，不断重新实验，寻求更成功的实验设计，使得实验研究更开放、更自由。
　　3.以测量为主的实验：猜想规避错误数据
这类实验主要是定量研究的实验，实验中往往要借助工具测量得出具体数据。工具的正确使用、使用的时机、各种变量的控制等等因素，都会影响着数据的准确性，有时可能得出的数据误差 过大，有时获得的甚至是错误的数据。针对这些可能出现的问题，组织合理的猜想活动，可以帮助学生对实验中可能得出的数据，进行一个基于自己常识经验的大体判断，从而规避实验中因为材料、操作方法、记录等因素造成的错误数据，并尽可能地减少实验中的误差。
　　例：《固体混合》，100ML黄豆，100ML绿豆，100ML小米，三样物体混合后体积会有变化吗？我们成人都知道，混合后体积不会大于300ML，不会小于100ML。（其他物体可能有特殊情况，另当别论，如混合在一[第一论文网提供专业写作论文和论文写作服务]起会产生化学变化的物质）但儿童在实际的科学实验中，即使出现了大于300ML的数据，他们也很少会质疑，他们只相信自己亲自动手操作、亲眼观察记录的数据，至于其中的操作是否正确、实验器材是否有问题则往往被忽略。教学中出现这样的情况，通常关注过程的老师会组织学生重新审视实验，找到错误的原因，然后再重新实验；只重结果的老师会以“少数服从多数”的原则，肯定正确答案，让有错误的小组“课后研究”，甚至直接宣布这小组“你们肯定操作错了”。
　　如果实验前组织学生猜想：你们认为三样物体混合后体积会有变化吗？可能会怎么变化？（不变、变小、变大）你是怎么样想的？学生根据常识认识到：①黄豆、绿豆、小米混合到一起，每一种物体都会保持原样，不会像盐在水里一样会溶解；②黄豆、绿豆、小米混合到一起，只要我们认真实验，每样物体都不会少了几粒，更不会多几粒；③黄豆、绿豆、小米混合到一起，没有水，不会被泡大了。从而形成对混合后体积的大致认识，同时也初步了解到，有一些物体混合在一起，体积一定会变大。（如，大米煮成米饭、面粉加水烤成面包等）实践证明，通过这样的猜想活动，学生面对异常的数据，会主动反思实验过程，从而主动规避错误数据。
　　4.以想象为主的实验：猜想建立虚实联系
　　爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，并且是一切知识的源泉。”在童年时期，想象性游戏是儿童最初的活动之一，如果不在学校，它就在好玩的沙堡建筑中；在“好人和坏人”的情节中；在地下室或后院的乔装打扮游戏中。[4]想象思维活动在科学探究过程中是学生学习理解科学知识的一个不可缺少的经历，学生进行猜想的过程，就是展开想象的过程。在科学课中有许多研究内容是我们无法实验操作的，如有关“天空中的星体”“地球运动”“微观世界”的内容等等，很多时候，我们都是通过建立模型或通过模拟实验来帮助学生增加体验、丰富感知、建构概念。猜想就是把现实与模拟联系起来，把证据与解释联系起来，更好地帮助学生将新知真正内化吸收，建构属于儿童自己的科学概念。
　　如《日食和月食》一课的教学，通常做法是用一个光源、小球、大球分别替代太阳、月球、地球，变动三者之间的位置关系来研究日食和月食，当三个星体处在一条直线上，月球运行到太阳和地球中间，月球的影子落在地球上，形成了日食。完成实验后，似乎有关日食的概念也应该建构完成，可是实际的情况却是：你能解释一下日食是怎么回事吗？绝大部分学生都依然沉默，为什么呢？究其原因我们发现，模拟毕竟不是现实，在模拟和现实之间我们缺失了类比与想象。看到地球上有月球的阴影，不代表学生能体验到处在月球阴影中看太阳的情况。
　　所以我们需要把现实中的现象和模拟建立联系，引导学生分析：炎热的夏天，当天空偶尔飘来一朵白云，我们希望白云飘在哪儿？从而认识到：云朵阻断了光线，太阳光照不到我们，我们处在白云的影子里，我们也暂时看不到太阳。进一步猜想：如果月球运行到太阳和我们地球之间会怎么样？经过这样的过渡，学生就把模拟与现实（虽然不能从宏观上看到）联系起来了，在用模拟实验间接的研究过程，在头脑中想像现实世界中日食的成因，真正完成对日食的意义建构。
　　5.以探索为主的实验：猜想促进多样探究
　　新课程改革的基本理念倡导学生形成“自主、合作、探究”的学习方式，于是有观点认为，探索实验就是让学生独立研究，教师无需指导，乍一听起来，体现了学生的自主性、课堂的民主性，但往往事实是，有些学生不知道该做什么、该怎么做。以探索为主的实验，没有唯一正确的实验方法，也没有唯一正确的答案，而是可以从不同角度、不同深度进行多方面的研究。因此，往往对实验的要求较高，学生要对材料的特点、组合方式、内部原理等都要有所认识，更特别的是，学生在实验过程中可能经历较多的失败的考验。实验前的猜想，要更多关注学生原有资源的分享与交流，肯定学生创新性的想法，鼓励指导学生养成独立思考的习惯，形成探究未知世界的科学精神。
　　如《简单电路》，教师为学生准备了电池、导线、小电珠、开关等一堆材料，不加引导全部发放给学生，让学生自己组装，课堂热热闹闹，看起来充满了自主与民主，但实际是放任自流，学生把实验材料当成了玩具，漫无目的地摆弄材料，有的甚至玩起了“滚电池”的游戏，因为他们根本不知道各种材料之间的关系，多次尝试后挫败感强烈，失去了继续研究的兴趣。
　　类似这种实验，之前的猜想可以设计为“画前概念”，首先，让学生动手画一画：有了电线、电池、小灯泡，怎么连接才能让小灯泡发光；然后，组织展示学生的想法，引导他们表述：你是怎么想的？除了你自己的方法[第一论文网提供专业写作论文和论文写作服务]外，你还比较赞同谁的方法？通过这样一个过程，让学生把注意力集中到探究目的和方法上来，大家为了同一个探索目标，可能选择的方法不一样，也不仅限于一种。这样在实验中遇到失败的小组可以及时选择其他实验方案进行尝试；成功的小组也不仅仅满足于“点亮了”，而会尝试用其他方法来点亮小灯泡；善于思考的学生也许会找一找点亮小灯泡背后的秘密。实验中，每一个学生都有事做、都做自己喜欢的事，这不就是我们愿意看到的么！
　　猜想既是科学学习的一个重要环节和思维形式，又是科学研究活动的基本程序之一。一个合理的猜测活动既需要教师精心的预设，又要依据学生的猜想能力，而后 者需要教师在教学实践中不断地进行引导与训练。以上仅是我个人对“猜想”在不同类型科学实验中运用的一些体会。当然，科学实验的类型还不限于此，猜想与实验之间如何更好地处理与把握，更好地服务于学生的发展，还需要不断地实践与反思。
　　参考资料：
　　[1][2]张红霞.科学究竟是什么[M].北京：教育科学出版社，2003.12.
　　[3]瞿晓峰编.课型范式与实施策略（小学科学）[M].南京：江苏教育出版社，2012.12.
　　[4]萨玛·沃泽曼、乔治·伊芙妮著.宋戈，袁慧译.新小学科学教育[M].北京：北京师范大学出版社，2006.9.
　　（徐春明，溧阳市外国语学校，213300）