小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四交流提綱實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價值科學(xué)方法簡介觀察教學(xué)應(yīng)注意的問題實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)注意的問題第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)等探究可以幫助學(xué)生：理解科學(xué)概念；對于我們是“如何知道”我們所知道的科學(xué)事實(shí)這一過程有驚羨之感；理解科學(xué)的本質(zhì)；掌握對自然界進(jìn)行獨(dú)立探究的必要技能；形成運(yùn)用技能、能力和秉承科學(xué)態(tài)度的習(xí)慣。

《美國國家科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》（96版）第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四科學(xué)過程的教育價值客觀精神?？茖W(xué)規(guī)范、規(guī)則意識的教育。合作精神和團(tuán)隊(duì)意識的培養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生勇于承認(rèn)錯誤、改正錯誤的實(shí)事求是的態(tài)度。第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)驗(yàn)法從理科教學(xué)安排實(shí)驗(yàn)的角度看，是為了檢驗(yàn)?zāi)撤N理論或假說而進(jìn)行的某種操作或開展的某些活動（包括觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、模擬實(shí)驗(yàn)等）。從科學(xué)研究角度看，實(shí)驗(yàn)通常指運(yùn)用一定的儀器設(shè)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(shí)踐活動。是獲取經(jīng)驗(yàn)事實(shí)和檢驗(yàn)科學(xué)假說、理論真理性的根本途徑。第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)驗(yàn)法優(yōu)點(diǎn)：純化和簡化研究對象；強(qiáng)化和再現(xiàn)研究對象；延緩和加速自然現(xiàn)象。生物學(xué)規(guī)律是生物內(nèi)在的穩(wěn)定關(guān)系。規(guī)律的穩(wěn)定性就在于它的重復(fù)性。生物學(xué)實(shí)驗(yàn)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(fù)出現(xiàn)，便于觀察和研究，獲得真實(shí)、可靠、準(zhǔn)確的科學(xué)結(jié)論。第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)驗(yàn)分類實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)自然實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)心理實(shí)驗(yàn)教育實(shí)驗(yàn)第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)分類按實(shí)驗(yàn)的直接目的分：探索性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)按實(shí)驗(yàn)中質(zhì)與量的關(guān)系分：定性實(shí)驗(yàn)、定量實(shí)驗(yàn)按實(shí)驗(yàn)在科學(xué)認(rèn)識中的作用分：結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)析因?qū)嶒?yàn)對照實(shí)驗(yàn)?zāi)M實(shí)驗(yàn)按理科教學(xué)中的教學(xué)形式分：演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)并進(jìn)實(shí)驗(yàn)活動課按實(shí)驗(yàn)步驟分：預(yù)備實(shí)驗(yàn)、正式實(shí)驗(yàn)第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四比較實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。相對比較實(shí)驗(yàn)是把兩種或多種實(shí)驗(yàn)單元作相對比較，以確定實(shí)驗(yàn)單元之間某種特征上的異同和優(yōu)劣。對照比較實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。為了確定某種因素對實(shí)驗(yàn)對象是否有影響，選擇確定已知的事物可以是對實(shí)驗(yàn)對象有影響的，也可以是對實(shí)驗(yàn)對象沒有影響的。第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四析因?qū)嶒?yàn)為了找出引起某些變化的原因而安排的實(shí)驗(yàn)。特點(diǎn)：結(jié)果是已知的，而影響結(jié)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?qū)嶒?yàn)，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。第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四模擬實(shí)驗(yàn)在科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行直接實(shí)驗(yàn)，可以采用模擬實(shí)驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)是利用自然界現(xiàn)象中有不少相似性的規(guī)律，通過設(shè)計(jì)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。模型必須滿足的條件：模型必須與原型相似；模型在科學(xué)認(rèn)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(guān)于原型的信息。第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四探索性實(shí)驗(yàn)探索性實(shí)驗(yàn)是探索研究對象的未知屬性、特征與其他因素的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，利用已知、外加的因素去干擾研究對象，看會產(chǎn)生什么結(jié)果，因此也叫做“試驗(yàn)”。理科教學(xué)安排的探索性實(shí)驗(yàn)為：在提出問題的基礎(chǔ)上，學(xué)生自己安排實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，通過觀察來搜集資料、數(shù)據(jù)，在分析思考、科學(xué)抽象之后，概括或歸納出概念和結(jié)論。第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證某一理論是否正確的實(shí)驗(yàn)，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(yàn)證這種假說是否正確而安排的一種實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教師在課堂上先講授知識，后組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生用實(shí)驗(yàn)結(jié)論來驗(yàn)證已學(xué)過的基本概念、原理和規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)，可以強(qiáng)化對基本概念、原理和規(guī)律的理解，還可以增強(qiáng)實(shí)際操作能力，達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)技能的目的。第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四觀察法應(yīng)當(dāng)學(xué)會觀察，不學(xué)會觀察，你就永遠(yuǎn)當(dāng)不了科學(xué)家——巴斯德沒有觀察就沒有科學(xué)觀察是古代科學(xué)應(yīng)用的主要方法。觀察是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要途徑。觀察為構(gòu)建和檢測科學(xué)假說服務(wù)。第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四觀察法科學(xué)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(shè)備，有目的有計(jì)劃地對研究對象進(jìn)行觀察?？茖W(xué)觀察是搜集科學(xué)事實(shí)的基本途徑，是科學(xué)研究的基本方法之一。什么情況下運(yùn)用觀察方法？從認(rèn)識的有限性考慮。從認(rèn)識對象的性質(zhì)考慮。從認(rèn)識的結(jié)果考慮。第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四觀察法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(yīng)該滲透正確的理論。觀察是創(chuàng)立理論的基礎(chǔ)，不斷推進(jìn)和檢驗(yàn)理論；理論指導(dǎo)觀察，使觀察日益擴(kuò)展和深化。避免滲透錯誤的理論。第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四觀察法觀察的可錯性錯把假象當(dāng)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(yàn)和思維方式下進(jìn)行觀察的，因此觀察結(jié)果容易受到觀察者主觀因素的影響。第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四觀察法進(jìn)行正確的觀察客觀性原則。全面性原則。連續(xù)性原則。典型性原則。典型的觀察對象；典型的觀察條件。第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四對科學(xué)事實(shí)進(jìn)行科學(xué)概括從比較中發(fā)現(xiàn)異同從分類中反映事物的本質(zhì)從類比中由已知伸向未知從歸納中探求因果關(guān)系第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四從分類中反映事物的本質(zhì)分類是根據(jù)對象的本質(zhì)屬性或顯著特征進(jìn)行的劃分，具有很大的穩(wěn)定性。劃分是分類的基礎(chǔ)。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(xiàng)、子項(xiàng)和劃分標(biāo)準(zhǔn)三部分構(gòu)成。對同一對象可以采用不同的標(biāo)準(zhǔn)來劃分，但是每次劃分依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是同一的。在劃分的時候，還必須遵循各子項(xiàng)外延之和必須與母項(xiàng)的外延相等這一規(guī)則。分類是以對象較為深刻的本質(zhì)屬性或顯著特征作為劃分的標(biāo)準(zhǔn)。第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四從歸納中探求因果關(guān)系因果關(guān)系的特點(diǎn)：普遍必然性、共存性、先后性、復(fù)雜多樣性。因果關(guān)系的上述特點(diǎn)為我們尋找因果關(guān)系提供了向?qū)Ш鸵罁?jù)。例如，因果關(guān)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(yīng)該到它的先行現(xiàn)象中去尋找，不應(yīng)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(jié)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。第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四求同法（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）A、B、Ca

（2）A、D、Ea

（3）A、F、Ga

所以，A（可能）是a的原因第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四求異法（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(diǎn)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(guān)系。場合先行情況被研究的對象（1）A、B、Ca

（2）--、B、C--所以，A（可能）是a的原因?yàn)榱吮苊鈶?yīng)用求異法可能產(chǎn)生的錯誤，應(yīng)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。第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四關(guān)于科學(xué)探究科學(xué)探究的對象是自然界；尋找證據(jù)是科學(xué)探究的重要內(nèi)容；科學(xué)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(xué)生的科學(xué)探究的目的是獲取知識、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家們研究自然界的方法。第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四觀察教學(xué)中應(yīng)注意的問題目標(biāo)：認(rèn)識花的結(jié)構(gòu)思考1.選擇什么材料讓學(xué)生觀察？圖片、模型、花的實(shí)物2.選擇什么植物的花讓學(xué)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(xué)生建立核心概念？核心概念生命體具有不同的結(jié)構(gòu)和功能，這些結(jié)構(gòu)和功能有助于它們的生命進(jìn)程、發(fā)展和繁殖。果實(shí)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(shí)和種子的過程中具有十分重要的作用；雄蕊和雌蕊有特殊的構(gòu)造，經(jīng)過傳粉、受精發(fā)育成果實(shí)和種子。第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四觀察教學(xué)中應(yīng)注意的問題所觀察的主題和變量要少；觀察的材料要結(jié)構(gòu)化；觀察活動要突出科學(xué)原理；強(qiáng)調(diào)觀察記錄的客觀性和準(zhǔn)確性；討論是獲得正確的觀察結(jié)果的重要步驟。第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四“蝸?！钡挠^察記錄蝸牛有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。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。蝸牛的糞便是茶色的，很細(xì)。蝸牛的膽子很小，一有人碰它，它就把頭縮回殼里面。它喜歡吃黃瓜、菜葉等蔬菜類食品。第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四“玩水的好運(yùn)氣”的觀察記錄我們把水倒進(jìn)漏斗，它流出來。我們把水倒進(jìn)漏勺，它流出來。我們把水倒進(jìn)擦手紙，它流出來。水通得過所有帶窟窿眼兒的東西。我們把水倒進(jìn)瓶子，水就留在里面。我們把水倒進(jìn)罐頭，水就留在里面。水是濕的。水可以是熱的，也可以是冷的。水沒有形狀。什么形狀的容器都能放。第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)注意的問題讓學(xué)生明確所要探究的科學(xué)問題。沒有明確的科學(xué)問題就是沒有目標(biāo)，而沒有目標(biāo)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。第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四案例：探究種子萌發(fā)的環(huán)境條件提出問題作出假設(shè)預(yù)期確認(rèn)變量實(shí)驗(yàn)組、對照組第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四

科學(xué)問題科學(xué)探究是從提出科學(xué)問題開始的，提出科學(xué)問題的目的是為了尋找一種解釋?？茖W(xué)問題包含著一定的求解目標(biāo)和應(yīng)答域，但尚無確定的答案。真正的科學(xué)問題是一個暗含著理論假說的問題，是啟發(fā)學(xué)生提出更多問題和假說的梯子。因此科學(xué)問題要明確、清晰，要具體。使我們探究起來有的放矢?？茖W(xué)問題應(yīng)該是目前科學(xué)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(diào)查、實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)）而回答的問題。第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四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(xué)習(xí)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。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(rèn)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(rèn)識更進(jìn)一步，明確了這些變量之間存在著的因果關(guān)系，已經(jīng)初步獲得了一個因果關(guān)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(shí)（或證偽）已獲得的初步的解釋。

科學(xué)問題第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四課例：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(xué)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？第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四孩子們的問題涉及到水的性質(zhì)，物理學(xué)問題（c）；涉及到水的性質(zhì)的利用，技術(shù)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(guān)系，生態(tài)學(xué)問題（a、d）；涉及到成語的形成，語言學(xué)問題（f）。孩子們和我們教師一樣，傾向于關(guān)注宏觀的技術(shù)的問題，很少注意微觀的科學(xué)問題，這個現(xiàn)象值得進(jìn)一步研究。課例：一杯水的觀察第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四區(qū)分真科學(xué)問題與假科學(xué)問題我國科學(xué)課堂上常出現(xiàn)的情況師：“大家能提出什么科學(xué)問題呀？”生：“我想研究……為什么？”或“我想研究……怎么樣？”美國課例“里面是什么？”，教師在孩子們仔細(xì)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？第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四區(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(yīng)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(xué)問題往往指向確定的答案。怎樣的問題有利于活動的設(shè)計(jì)、學(xué)具的選擇，有利于教學(xué)目標(biāo)的明確，有利于學(xué)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(biāo)，順利地到認(rèn)知的彼岸。第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四在確定探究的問題時，應(yīng)注意的問題探究的問題與方式要符合兒童實(shí)際認(rèn)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?jiān)谟變簣@和小學(xué)階段對社會科學(xué)問題進(jìn)行探究。（例如：如何讓巢湖水變清）第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四在確定探究的問題時，應(yīng)注意的問題問題應(yīng)和一個通過這次探究可以證實(shí)的自然科學(xué)概念有關(guān)。例如小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：用韭菜治療雞瘟的探究案例觀察和統(tǒng)計(jì)下落的樹葉是葉面正面朝上的多，還是葉面反面朝上的多？第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四在確定探究的問題時，應(yīng)注意的問題例如：誰的紙飛機(jī)飛得遠(yuǎn)？用一張紙和一個用同樣的紙折出來的紙飛機(jī)比較，看哪一個飛得遠(yuǎn)？不宜向兒童提出設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的探究問題。第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四

作出假設(shè)和預(yù)期假設(shè)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(shè)之后必定有驗(yàn)證的活動，通過驗(yàn)證才能證實(shí)或證偽所提出的解釋。（1）作假設(shè)要有科學(xué)根據(jù)，而不是無端地猜測。對學(xué)生來說，這里所說的科學(xué)根據(jù)主要是指他們已經(jīng)掌握的科學(xué)知識和生活經(jīng)驗(yàn)。作出假設(shè)也離不開邏輯思維、聯(lián)想等。（2）作出的假設(shè)應(yīng)該是可以通過科學(xué)探究來檢驗(yàn)的，不可能被觀察和實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的假設(shè)就不是真正的假設(shè)。（3）作出假設(shè)通常是科學(xué)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(yù)期是根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理（或假設(shè)）對將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)（觀察）的結(jié)果進(jìn)行的預(yù)測。第41頁，共45頁，2023年，2月20日，星期四確認(rèn)變量要控制變量首先要確認(rèn)變量，其次要知道如何測定變