無實驗載體探究：真實性情境的設計

摘 要：無實驗載體探究是初中科學探究的重要組成部分，已成為當前教學和考查中的重要形式。但由于缺乏實驗載體而存在著情境創設的隨意性和非真實性，導致不少情境創設缺乏科學性。提出真實性情境設計應來源于真實實驗、科學史上的探究、真實生活情境、當前科技成果和研究性學習中問題的再現和提煉等五種途徑。

關鍵詞：無實驗載體探究；真實性情境；情境創設

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2008）12-0056-03

科學探究從探究的載體來分，可簡單地分為以實驗為載體的探究和無實驗載體的探究。在以實驗為載體的探究活動中，學生在科學實驗過程中發現問題、提出問題、獲得解釋或者提出假設，通過科學實驗來給予驗證，從而完成探究活動。顯然，在科學學習過程中，學生所進行的實驗多數是經過前人摸索而逐漸形成的再現實驗，即使是教師開發的創新性實驗或學生自主提出的實驗方案大多也經歷過實踐檢驗，探究情境具有真實性和科學性。所謂無實驗載體探究即探究過程中沒有真實的實驗載體，探究情境需要教師創設。因為是主觀創設的，形式靈活，又無需實驗檢驗，情境是建立在人為的“科學”推論的基礎上，因此，在教學活動中大量地應用著。

無實驗載體探究雖沒有真實的實驗情境，但這并不意味著探究缺乏真實性，也并不意味著探究情境可隨心所欲地設計。然而，在教學活動中，確實存在著離開科學性基礎的創設，從而導致探究情境不真實、不科學，從而違背了科學探究的本質和教學的價值追求。無實驗載體探究與非真實性問題探究是本質完全不同的兩類問題。

一、非真實性問題

非真實性問題是指那些人為編造的不符合科學特點和真實情況的問題，多屬主觀猜測，會誤導師生對科學的認識，人為增加負擔，降低學習興趣，將科學教學導向歧途。常見的非真實性情境類型有下列三種。

1．情境創設的假設缺乏科學性。

例如，假如光在同一均勻物質中不沿直線傳播，下列現象可能出現的是

A．地球上沒有晝夜之分

B．做操時更容易排直隊伍

C．陽光下的人影更清晰

D．更容易形成日食和月食

該題考查意圖是哪些現象屬于光的直線傳播，但該題“光在同一均勻物質中不沿直線傳播”的假設缺乏科學性，離開科學依據為前提進行的假設本來就是一種偽科學探究，是必須反對的。作為中考題，更應避免出現這類非科學性假設，以免造成不必要的誤導。

假設是科學探究的重要環節，有些教師和命題者為了追求新奇，別出心裁地提出假設，或對學生提出的各種假設無原則地肯定，而不顧假設是否存在著真實性和科學性。假設允許是不正確的，鼓勵開放式，但反對離開科學性的漫無邊際的“隨想”。

2．創設的實驗情境在現實中無法實現。

例如，小妍發現水池中的噴水器（圖略）噴水時竟自動旋轉，旋轉方向與水方向相反。仔細觀察后，她決定進一步探究影響噴水器旋轉速度的因素。于是，她用易拉罐進行模擬實驗，步驟如下：

①用細線系住中心拉環，然后用小號鐵釘在離罐底0.5厘米的罐體上斜打一個孔，使罐中水能如圖（圖略）所示方向噴出。

②把罐子浸入水中，灌滿水后，快速提離水面，記下罐子在10秒內旋轉的圈數，此時罐中仍有水。

③在離罐底0.5厘米的罐體上改變斜孔的數目，重復實驗步驟②，并把結果記錄于下表（表略）。

請回答：

（1）由本實驗可知，噴水器出水孔越多，旋轉的速度__________。

（2）小妍又猜測，噴水器旋轉的速度可能與出水孔的大小有關。于是，她又另取了幾只易拉罐，以及幾枚粗細不同的小、中、大號鐵釘。請補填右表中“孔的數目”、“釘子型號”兩行，完成實驗記錄表的設計（表略）。

（3）若還要驗證噴水器旋轉的速度與出水處水的壓強有關，請簡述操作方法。__________________。

應該說該題為學生提供了一個很好的探究情境，這個探究情境來源于現實，與科學結合緊密，又具有探究性。但是，命題者顯然也是主觀想象來設計，題中提出要在“罐體上斜打一個孔”，試想，易拉罐罐壁如此之薄，斜打一個孔不知命題者是如何才能辦到的，筆者根據試題要求進行多次實驗，結果令人失望。即使能打出斜孔，在步驟③要求學生探究旋轉速度與出水孔數量之間的關系時也遭遇可行性問題。試想，要探究兩者的關系，需控制其他因素，但這種方法中出水孔數量不同將會導致出水孔壓強不同，壓強不同這一因素顯然會干擾前兩者關系，這在下一小題來考查學生，而此時又要求學生不要考慮這一因素，這豈不自相矛盾？因此，該小題缺乏探究的科學性。

主觀想象是可行的，并不意味著真實世界里是可行的、在現實中是可操作的。只有經過實驗檢驗才行。實驗室是科學的最高法庭，科學探究的情境創設同樣不能離開實驗而進行純粹的推論或“科學”想象。

3．創設的實驗情境考慮不周。

例如，某同學為驗證與光合作用相關的一些結論，設計了如圖所示的一組實驗，燒瓶中的溶液pH大于7，均含適量的焦性沒食子酸，焦性沒食子酸在堿性環境下遇氧氣會由無色變褐色。請回答：

（1）金魚藻在適宜條件能進行光合作用，從生態系統的成分看，金魚藻屬_____________。

（2）如果要研究光合作用是否需要CO2，應選用__________兩個燒瓶進行對照。一段時間后，________號瓶最先變褐色。

（3）如果本實驗不加指示劑，為判斷光合作用是否進行，還可采用的方法有：（寫出一種即可）。

此題屬于科學探究題，命題者提供了探究情境，要求學生根據題給信息進行科學探究而無需也無法進行真實的實驗探究。命題者只是希望學生能根據情境進行推論性的探究。該題給出“焦性沒食子酸在堿性環境下遇氧氣會由無色變褐色”的信息，要求學生運用光合作用原理判斷出裝置④將會因CO2被吸收而呈堿性。但實際上，即使溶液中CO2被完全吸收，也不可能導致溶液呈堿性。再加上題中還出現了“含CO2釋放劑”，造成審題干擾。該題的前提屬于命題者的主觀想象，由于考慮不周全，更由于命題者也沒有根據這一實驗方案去進行真實的實驗驗證，從而導致探究情境創設不真實，缺乏科學性。

在嚴肅的地區性中考題中出現不真實缺乏科學性的無實驗載體探究情境，由此可見，無實驗載體探究情境的真實性和科學性設計面臨著考驗，其中混雜著不真實的缺乏科學性的情境正扭曲著新課程崇尚的科學探究。

二、無實驗載體探究

真實性問題情境強調體現科學的真諦及其與科學、技術和社會的關系，其情境、設問及解決問題的方法等都能真實反映科學學科的特點和獨特價值。它能接近學生與科學和現實生活的距離，是學生重要的潛在動機資源。真實性問題的解決方法或策略更適用于真實的情境，有利于學生把現在科學問題解決的學習經驗遷移到以后的生活及工作中，通過真實的問題能有效整合科學知識技能、過程方法、情感態度價值觀三維目標，滲透人文教育，使學生在發現真問題和解決真問題的過程中感受到問題解決的愉悅，學會解決科學問題的真方法，體悟到真實科學問題之美，使得科學問題的本身價值和問題解決的過程價值得以充分體現和發揮。原創的真實性科學問題還能減少考試的練習效應，有利于公平、客觀地考查學生學業水平和分析解決實際問題的能力，有效地遏制題海戰術，引導科學教學全面落實課程目標。

那么，無實驗載體探究怎樣才能做到真實性情境的設計呢？筆者認為可以有如下五種途徑進行創設。

1．真實實驗的再現與提煉。

例如，實驗室中有飽和食鹽水和蒸餾水各一瓶，為了區分它們，某學習小組的同學設計了以下四種方案。你認為不能把兩者區分開來的是（）

A.進行導電性試驗，能導電的是飽和食鹽水

B.用壓強計來測定同深度處的壓強，壓強較大的是飽和食鹽水

C.分別加入少量食鹽晶體，晶體不能繼續溶解的是飽和食鹽水

D.用普通顯微鏡觀察，能看到鈉離子的是飽和食鹽水

科學探究的一個重要形式是科學實驗，對這些已有的實驗進行深加工，當我們在設計無實驗載體探究時，完全可以從已有的實驗探究中進行再現和提煉或進行重組都能形成新的探究情境。

2．科學史中探究的再現與提煉。

例如，對物體下落的快慢與物體輕重的關系，歷史上曾先后有過兩種不同的觀點：亞里士多德認為重的物體下落得快，而伽俐略認為輕重不同的物體下落的快慢是一樣的。下面是三位同學在研究了物體下落的快慢與物體輕重的關系后所作的交流：

（1）如果亞里士多德的觀點是對的，那么小剛的實驗結果應該是___________。

（2）導致小強和小麗實驗結果不同的原因，主要是存在___________的干擾。

科學家的探究，也就是科學家運用科學的方法、通過探索的途徑去發現人們尚未認識的科學事物及其規律的過程。盡管學生是使用探究法學習科學知識，而科學家是在努力增進人類對自然界的了解，但學生和科學家所從事的活動和思維過程有許多相同之處，學生與科學家的探究思維本質上是一致的。都要經歷問題、假說或猜想、收集證據、解釋、評價、交流與推廣等環節。只不過“科學家是為了求知而探究，而學生探究是為了求知。”

科學史豐富的探究為無實驗載體探究的情境創設提供了無窮的資源。

3．真實生活情境的再現與提煉。

例如，小明和他的伙伴們對科學探究抱有濃厚興趣，下面是他們的一項研究。

研究課題：啤酒瓶打開后逸出氣體的主要成分是什么？

實驗準備：用集氣瓶收集滿3～4瓶從剛打開的啤酒瓶中逸出的氣體。

實驗步驟：

（1）將帶火星的木條放入集氣瓶中，發現木條未復燃，則說明該氣體主要成分不是_________氣體。

（2）將濕潤藍色石蕊試紙放在集氣瓶口，發現試紙變紅色，則說明該氣體中含有能與水反應且生成的溶液顯________性的氣體。

（3）向另一瓶氣體中傾倒澄清石灰水，振蕩后發現石灰水變渾濁，則可證明該氣體中一定大量含有 氣體。

科學探究應用于實際問題的解決，才會賦予它積極的意義。現實生活中有許多真實而富有趣味的科學探究，成為創設無實驗載體探究取之不盡的源泉。這類情境既是肯定了科學探究在生活生產實踐中的重要作用，也是引導學生投身到真實的生活情境中，運用已有的知識解決實際問題，因此值得推崇。

4．當前科技成果的再現與提煉。

例如，神舟六號載人飛船成功返航，標志著我國已跨入航天領域國際領先行列。某研究性學習小組查閱資料得知，宇宙飛船中用超氧化鉀（KO2）作為氧氣再生劑。超氧化鉀是一種固體，它與人呼出的二氧化碳反應生成氧氣：4KO2+2CO2=2K2CO3+3O2。為了驗證這個反應能夠產生氧氣，該小組同學以大理石和鹽酸反應生成的CO2來與KO2反應制取O2，設計了如圖裝置，請完成如下探究問題（問題其余部分略去）

當前科技成果是學生感興趣的科學話題，從當前科技成果中提煉進行無實驗載體探究情境的創設，既體現了科學價值，又激發學生學習科學的興趣。選擇一些與科學基礎知識緊密相關的新的應用情境，根據需要設計各種考查角度，能夠較好地考查學生知識儲備、檢索、信息處理和應用知識分析解決實際問題的能力。

一個無實驗載體探究的教學活動能否在教學中達成三維教學目標，取決于所創設的情境的真實性和科學性。因為，問題情境真實可信，有利于激發學生探究問題的熱情；問題及其解決方法符合科學發現和研究問題的基本特點，有利于學生主動探索知識、進行創造性思維，以提高學生獲取信息和解決問題的能力，培養他們的創造性品質。

【責任編輯 張桂英】