探索科學(xué)實驗的有效性

摘 要： 科學(xué)實驗是科學(xué)教學(xué)的重要載體，能為學(xué)生主動參與教學(xué)過程創(chuàng)造條件。本文作者結(jié)合教學(xué)實踐，從實施有效科學(xué)實驗的基本原則和實施有效實驗的基本途徑和方法等方面探討了初中科學(xué)教學(xué)中發(fā)揮學(xué)生的主體作用，有效實施科學(xué)實驗的方法。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)實驗 有效性 基本原則 基本途徑

一、問題緣起

美國心理學(xué)家卡爾·羅杰斯認(rèn)為：“教學(xué)的實質(zhì)就是把學(xué)生的經(jīng)驗活動擺在教學(xué)過程的核心，主動的學(xué)習(xí)才是完整的學(xué)習(xí)。”因此，教學(xué)活動是教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”的雙向互動的過程，其中內(nèi)因是變化的根據(jù)，學(xué)生是認(rèn)識的主體。教師對學(xué)生的引導(dǎo)、啟發(fā)、講解、點撥等，無論其作用有多大，學(xué)生都需要通過獨立思考、選擇與運用，才能內(nèi)化為智慧和能力。科學(xué)實驗教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)以學(xué)生的思維活動為主體，以學(xué)生的認(rèn)識過程為主體。傳統(tǒng)的科學(xué)實驗教學(xué)的主要目的是為了加深學(xué)生對已知的科學(xué)概念和理論的認(rèn)識，大多采用驗證性實驗，因而往往重知識輕方法，重結(jié)果輕過程，重接受輕探究，使學(xué)生形成了某種思維定式，限制了學(xué)生的發(fā)散性思維，在一定程度上阻礙了科學(xué)實驗教學(xué)的深入與提高，這既不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造才能和開拓精神，又不利于促進學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展。因此，繼續(xù)深化科學(xué)實驗教學(xué)改革，切實提高實驗教學(xué)的有效性，是初中科學(xué)教學(xué)需要解決的現(xiàn)實課題。

二、實施有效科學(xué)實驗的三個基本原則

1.基礎(chǔ)知識和實驗活動有機結(jié)合。

教師在遵循基本科學(xué)知識的前提下，要求學(xué)生根據(jù)實驗事實或?qū)嶒炇穼崳\用實驗來探究物質(zhì)的本質(zhì)及其變化規(guī)律，盡可能地把演示實驗和驗證性實驗改為學(xué)生探究性實驗，這樣不僅能體現(xiàn)“教為主導(dǎo)、學(xué)為主體”的新一輪課改的指導(dǎo)思想，而且在教師指導(dǎo)下進行探究，學(xué)生能激發(fā)求知欲和探究的興趣，更能培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力。例如在《液體的壓強》教學(xué)過程中，教師可把演示實驗改為探究性實驗，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，為學(xué)生提供動手動腦的機會。此外，教師要通過問題討論等方式引導(dǎo)學(xué)生積極思維，使學(xué)生始終處于研究之中。

需要強調(diào)的是，教師設(shè)計的探究性實驗的難度必須與學(xué)生學(xué)習(xí)的能力相適應(yīng)。探究的難度過低，學(xué)生會失去探究的興趣；探究的難度過高，學(xué)生會產(chǎn)生畏縮情緒，同樣也不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，所以實驗探究的課題和內(nèi)容，必須與學(xué)生的知識能力相適應(yīng)。

2.以學(xué)生自主探究為重點。

教師在探究性實驗時應(yīng)盡量避免將活動方案或結(jié)論知識告知學(xué)生，以使學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性得到充分的發(fā)揮。例如探究“蝗蟲”一課，我不是簡單地按蝗蟲的掛圖和模型講解蝗蟲的結(jié)構(gòu)和身體各部分位置功能，而是在課前組織學(xué)生在學(xué)校周圍捕捉蝗蟲（每人至少一只），上課時發(fā)給學(xué)生每人一個放大鏡，一張任務(wù)記錄單，要求學(xué)生通過觀察蝗蟲完成任務(wù)單上的任務(wù)。課上每個學(xué)生都非常努力投入，他們仔細(xì)地觀察蝗蟲身體的每一個細(xì)節(jié)，并盡可能準(zhǔn)確地把觀察結(jié)果描繪在任務(wù)單上。完成觀察描繪之后，我組織學(xué)生進行小組討論并交流，對觀察記錄的不同點進行再觀察，形成共識，同時我引導(dǎo)學(xué)生注意蝗蟲有單眼和復(fù)眼，并要求學(xué)生通過觀察說出單眼和復(fù)眼的功能和作用。還引導(dǎo)學(xué)生觀察蝗蟲前足和后足，看看有什么不同，討論前后足的結(jié)構(gòu)和差異，具有什么功能。有學(xué)生觀察到蝗蟲的腹部兩側(cè)各有一排小孔，這是蝗蟲的呼吸器官，我問學(xué)生蝗蟲的呼吸器官為什么不在頭部而是在腹部？能用什么方法證明？學(xué)生進行討論和思考提出實驗方案：取兩只蝗蟲，將其中一只頭部浸入水中，另一只腹部浸入水中，待五分鐘后看哪一只蝗蟲先不動了。學(xué)生在課堂上一直處于積極自主的探究當(dāng)中，他們在技能的掌握和能力的形成過程中，逐步形成了科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和良好的學(xué)習(xí)行為習(xí)慣。

3.著眼于向?qū)W生的自組織開放。

自組織就是指當(dāng)干擾、問題、混亂出現(xiàn)時，一個系統(tǒng)能自我調(diào)節(jié)，達(dá)到一種新的平衡狀態(tài)。實驗教學(xué)向?qū)W生的主動探索開放，向?qū)W生參與教學(xué)的可能性開放，向師生合作共同探索新知識的過程開放，能更好地激發(fā)學(xué)生的興趣和探究欲望。比如在實驗教學(xué)中，我對學(xué)生敞開實驗用品、用具等，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的火花；在平時的教學(xué)過程中，我十分重視學(xué)生的個性發(fā)展，想方設(shè)法為學(xué)生提供展示自我的機會。

三、實施有效實驗的基本途徑和方法

1.變客體學(xué)習(xí)為主體學(xué)習(xí)——盡可能地改演示實驗為“并進實驗”。

不少演示實驗由于空間、條件的限制往往不利于學(xué)生仔細(xì)觀察，其操作能力也得不到訓(xùn)練，所以我將教學(xué)中的演示實驗盡量讓學(xué)生自己動手做，或者邊指導(dǎo)邊讓學(xué)生動手做，增加學(xué)生的實踐機會，以優(yōu)化實驗教學(xué)，我將它稱為“并進實驗”，它能有效促進學(xué)生從參與到共同探究的教學(xué)氛圍。并進實驗應(yīng)符合以下條件：反應(yīng)條件較易控制，操作較簡單，危險性小，不易污染環(huán)境的內(nèi)容。以《氧氣的制法》為例，我先進行課堂設(shè)問，激發(fā)學(xué)生興趣，喚起學(xué)生進行探究的欲望，并告訴學(xué)生在實驗室里常用加熱某些含氧化合物的方法來制得氧氣，介紹并出示KClO■和MnO■，請學(xué)生設(shè)想一下實驗室制氧氣有幾種方法。學(xué)生討論后認(rèn)為有3種：①加熱KClO■；②加熱MnO■；③加熱KClO■和MnO■的混合物。接著我讓學(xué)生分組對課本演示實驗進行探究實驗，組織學(xué)生交流實驗結(jié)果。這樣將科學(xué)實驗作為載體，給學(xué)生提供了“動腦想”、“動手做”、“動口說”的機會。然后我播放“MnO■質(zhì)量在加熱KClO■和MnO■的混合物反應(yīng)前后不變”的實驗錄像，學(xué)生自然得出催化劑的定義，并一致選用加熱KClO■和MnO■的混合物的方法來制取氧氣。在這樣的過程中學(xué)生通過看、聽、動手、思考，對MnO■是熱KClO■分解反應(yīng)的催化劑有了深刻的認(rèn)識。

2.變結(jié)果教學(xué)為過程教學(xué)——有選擇地改驗證實驗為探究實驗。

當(dāng)代著名教育心理學(xué)家布魯納指出：“知識乃是一個過程，不是結(jié)果。”因此，變結(jié)果教學(xué)為過程教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生主動探索問題的動機和思路，發(fā)揮學(xué)生思維的積極性。教師應(yīng)在教學(xué)中的重點、難點、疑點中選擇知識點，組織與指導(dǎo)學(xué)生獨立地探究知識結(jié)論。選擇的知識點的難易度要較為適合，處于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)，讓學(xué)生“跳一跳就能摘到蘋果”。例如在《浮力》教學(xué)時，我先讓學(xué)生動手把泡沫塑料、木塊、氣球、橡皮泥、鉤碼等一一放在水中，按順序觀察后再回到整體上觀察，學(xué)生很快辨出哪些材料下沉，哪些材料上浮。接著我引導(dǎo)學(xué)生思考：你能提出哪些問題？這樣的做法使學(xué)生理解了深刻的道理，同時學(xué)生也享受到了再創(chuàng)造的喜悅。

探究實驗的過程，往往就是獲得知識的過程。例如在《二氧化碳的實驗室制法》中，我就將驗證性實驗改為探究性實驗。

實驗1：探究實驗室制CO■的科學(xué)反應(yīng)原理。設(shè)計學(xué)生實驗：首先取4支試管，分別加入少量大理石顆粒，按A■、A■、A■、A■編號，另取4支試管分別加入少量碳酸鈣粉末，按B■、B■、B■、B■編號依次排列在試管架上；然后在A組和B組的1—4號試管中分別滴加稀HC1、濃HCI、稀H■SO■、醋酸溶液；最后觀察反應(yīng)現(xiàn)象，分析比較其異同。在學(xué)生充分評論的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出實驗室制取的理想方法應(yīng)具備：制取CO■方便，操作簡單，藥品成本低，氣體純度高，產(chǎn)生氣體速率適中，易控制等優(yōu)點，因此理想的制取CO■的科學(xué)原理是：CaCO■+2HC1（稀）=CaCl■+H■O+CO■↑。

實驗2：探究設(shè)計實驗室制CO■的實驗裝置。設(shè)計如下：先提供常用科學(xué)實驗儀器。圍繞實驗室制取CO■氣體裝置，設(shè)置問題情景，啟發(fā)引導(dǎo)出實驗室制氣體的發(fā)生裝置和收集裝置的選擇依據(jù)，以此作為思維導(dǎo)入契機，要求學(xué)生自己設(shè)計一套制取CO■的實驗裝置（可能出現(xiàn)不同裝置并動手制取一瓶CO■）。通過提出問題—討論、設(shè)計—實驗探究，學(xué)生完成了發(fā)現(xiàn)的全過程，訓(xùn)練了思維方法，提高了實驗?zāi)芰Γ€了解了探究性學(xué)習(xí)方法。

3.變常規(guī)學(xué)習(xí)為創(chuàng)新學(xué)習(xí)——有重點地改“傳統(tǒng)模式”實驗為設(shè)計實驗。

教學(xué)實踐證明：實驗?zāi)芨嗟匕l(fā)揮學(xué)生的主動積極性，以及他們獨立分析問題及解決問題的能力，可以更高層次地發(fā)揮學(xué)生的智力。因此，教師應(yīng)該大膽放手，讓學(xué)生自主設(shè)計實驗，變常規(guī)學(xué)習(xí)為創(chuàng)新學(xué)習(xí)。例如在研究“滑動摩擦力大小跟哪些因素有關(guān)”時，學(xué)生提出滑動摩擦力可能與接觸面的粗糙程度、壓力、接觸面積的大小、物體的運動速度有關(guān)等猜想后，我引導(dǎo)學(xué)生選擇最感興趣的假設(shè)，設(shè)計實驗方案進行分組探究，然后通過共同交流、分析得出結(jié)論。再如學(xué)習(xí)《阿基米德原理》時，我通過復(fù)習(xí)浮力產(chǎn)生的原因來進行公式推導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)推導(dǎo)結(jié)果猜想浮力大小可能跟排開液體的重力有關(guān)。學(xué)生經(jīng)過精心篩選器材，最后設(shè)計出兩組實驗方案：

方案一：選用溢水杯、彈簧測力計、石塊、細(xì)線、小桶、水。用測力計法算出浮力，即F■=G-F■。用小桶接住溢出的水，測出水的重力，即G■，比較F■和G■是否相等。

方案二：選用量筒、彈簧測力計、石塊、細(xì)線、水。用測力計法算出浮力，即F■=G-F■。用量筒量出排開水的體積，算出排開水的重力，即G■=ρ■gV■。比較F■和G■是否相等。

學(xué)生通過自己設(shè)計實驗驗證了猜想和假設(shè)，培養(yǎng)了探索精神、探索情趣和探索能力。

4.變課內(nèi)學(xué)習(xí)為課外學(xué)習(xí)——有針對性地把科學(xué)實驗向廣闊生活延伸拓展。

在學(xué)生完成探究性實驗后，教師可結(jié)合某次探究性學(xué)習(xí)提出一些問題，幫助學(xué)生進一步深化探究性學(xué)習(xí)、教師要努力做到“讓學(xué)生帶著問題走進教室，帶著更多的問題走出教室”。例如在完成“測定小燈泡的電功率”的學(xué)習(xí)后，我提問：若實驗中不具備電壓表或電流表中的任意一個，而是給出了一個已知阻值的電阻，你們能不能測出小燈泡的電功率？假若已知電源電壓，而電壓表的量程小于燈泡的額定電壓時，怎樣測量小燈泡的額定功率呢？這些問題使學(xué)生在進行實驗探究后將探究性學(xué)習(xí)進一步深化，加深了思考，激發(fā)了探究興趣，轉(zhuǎn)入實驗探究后的再思考，最大限度地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性、自主性與創(chuàng)造性，達(dá)到了陶行知先生所倡導(dǎo)的“迷、悟、愛”的最高宗旨，讓學(xué)生充分認(rèn)識到實驗探究是實踐探究性學(xué)習(xí)的重要手段。

5.變授之以“魚”為授之以“漁”——注重方法指導(dǎo)，提高探究實效。

有效科學(xué)實驗關(guān)注的不僅是學(xué)生對科學(xué)相關(guān)知識的理解，更重要的是要讓學(xué)生在探究的過程中逐步掌握一些科學(xué)探究的基本方法，如控制變量法等。這就要求教師在組織探究性教學(xué)的過程中重視對學(xué)生方法的指導(dǎo)。我們經(jīng)常可以看到一些“轟轟烈烈”的完全由學(xué)生自主探究的場面，但是只要用心觀察，就會發(fā)現(xiàn)熱鬧的形式掩蓋下的是胡亂的探究，學(xué)生往往缺乏行之有效的方法，而導(dǎo)致探究過程失去意義。因此教師要在探究性教學(xué)中，幫助學(xué)生掌握基本的探究學(xué)習(xí)的策略和方法，使學(xué)生知道怎樣進行探究學(xué)習(xí)，從而學(xué)得主動，使探究性學(xué)習(xí)有效進行。例如在“探究種子萌發(fā)”時，先由學(xué)生討論得出，影響種子萌發(fā)的因素有：種子的形狀、大小、飽滿程度、溫度、水分、空氣等。由于影響種子萌發(fā)的變量很多，我引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用控制變量法的方法一個一個變量來研究：在研究某一個變量如水對種子萌發(fā)的影響時，其它的變量如空氣、溫度等必須保證不變，只有水這個變量發(fā)生變化。只有這樣才能得到比較正確的結(jié)論。

教師以充分發(fā)揮學(xué)生主體作用為切入口實施有效的科學(xué)實驗教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動手能力和分析解決問題的能力，提高學(xué)生的實驗素質(zhì)都具有十分重大的意義。因為學(xué)生主體地位的確立，能激發(fā)起學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機，激起學(xué)生的求知欲，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，主動參與實驗探究活動，“教”和“學(xué)”的過程也就變成了“探究”和“發(fā)現(xiàn)”的過程，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

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