深綜改背景下學科綜合實驗探究性實踐

劉洋

面對當今的教育教學，廣大教師要全面深化教育綜合改革，積極進行情境式教學，培養學生的綜合實踐能力。學科綜合實驗涉及到多學科內容的交叉融合，需要學生具備運用各學科知識的綜合能力。在此，將對學科綜合實驗的目的與意義、發現與價值等內容做初步探討，以期對廣大同仁在深綜改背景下如何培養學生的綜合實踐能力提供參考。

一、學科綜合實驗的目的與意義

隨著教育改革的整體推進，無論是大學還是中小學，都將面臨前所未有的挑戰。教育部發布的工作要點指出，要全面深化教育綜合改革，其中特別強調要增強學生的創新精神與綜合實踐能力。新的中高考將出現更多的開放型試題，以及考查學生創造性思維、開放性思維的試題，以引導學生綜合運用多學科知識解決問題的能力。因此，在教學中，教師應更加注重學科間的交叉部分。

培養、考查學生的創造性與開放性思維，各學科實驗將起到重要作用。近年中高考中越來越多的自主實驗設計題，就是對學生綜合創新能力的考察。可見，在教學過程中，教師應進一步提高對實驗教學，以及教材實驗設計與改進的重視程度。目前，教師們雖然已經對實驗教學比較重視，但對實驗中的學科交叉和需要不同學科知識綜合運用才能處理的問題與情景，往往有意避諱，相關研究更是寥寥無幾。

物理作為一門由實驗與創新推動的自然科學，應承擔起發展學生創新精神與綜合實踐能力的責任。教師應從日常教學中的實驗入手，從學科綜合與實驗改進的視角重新審視各個實驗的過程與意義。因為從學科綜合的視角改進實驗過程可以讓每一個學生都參與進來，為學生提供綜合運用不同學科知識解決實際問題的機會，并激發學生為了解決現實問題而自主學習相關知識，提高學生的自主學習能力，獲得豐富的探究體驗。還可以將整個實驗改進過程記錄下來展示給沒有參與實驗的學生，實現情境化教學的目的。同時，改進后的實驗也可以提高實驗教學效果。

二、選取特定實驗的原因與目的

中學物理教材中出現的與其他學科有交叉部分的實驗非常多，筆者第一次選取的是人教版初中二年級上冊“物態變化”一章中的“海波的熔化與凝固”實驗。相較于初三以及高中的物理實驗，本實驗的實驗過程相對簡單，對于初次參與實驗改進的學生來說不會造成過多的認知負擔。本實驗的目的是“探究海波較難重復利用的原因”，并通過對這一原因的實驗探究最終達到海波可重復利用的目的，具有較強的現實意義。而且本實驗的探究過程，以及與其他學科的交叉部分，如相關的化學知識并不復雜，很適合學生探究。

學科間的綜合部分看似很多，但當需要利用它發揮實際意義時，教師腦海中往往缺乏確定的內容。而學科綜合的相關實驗就更難找到，因此很多教師不是不想為學生提供一個培養綜合實踐能力、獲得探究體驗的情景，而是根本找不到。鑒于此，筆者將本次學科綜合實驗項目的發現確定過程呈現出來，以供借鑒。本項目在物理情景教學、實驗教學，以及教學耗材的重復利用等方面意義廣泛。

三、海波重復實驗的過程與價值

在人教版初中二年級上冊“物態變化”一章中，學生們經常要觀察“海波熔化和凝固”的實驗。筆者就實驗剩下的海波要怎么處理這一問題，咨詢了許多教師，得到的答案都是直接扔掉。難道實驗剩下的海波不能進行重復利用嗎？能不能把使用過一次的海波進行回收利用呢？

在搜集了很多相關資料后，筆者注意到有的資料中曾提及海波可以重復利用，但對于具體如何重復利用、重復利用率有多大，并未做明確說明。除此之外，還有一個問題引起了筆者的注意：既然海波在熔化凝固實驗中可以重復利用，為何諸多學校和教師都直接將其扔掉呢？為此，筆者對海波重復利用的可行性問題進行了探究，并給出了循環利用的方案。

探究的第一天，筆者做了以下實驗來驗證海波重復利用的可行性，即當對實驗過的海波反復進行熔化凝固時，發現剩下的海波熔點還是在48℃左右，同時在試管底部還出現了一層白色的物質。筆者對這層白色物質產生了好奇，于是又做了以下實驗，實驗器材包括40ml小燒杯、2個大燒杯、適量的海波、溫度計、玻璃棒以及50℃左右的熱水。

實驗過程：先在小燒杯中放入適量的海波，在兩個大燒杯中分別放入適量的熱水和涼水，再將小燒杯放在裝有適量熱水的大燒杯中，讓其熔化，熔化完畢之后再放入裝有冷水的大燒杯中讓其迅速凝固。如此反復實驗若干次，出現了這樣的實驗現象：在小燒杯內形成的固體逐漸分層，底層為白色的固體。

經過驗證，底層的物質為硫酸鈉，原來五水硫代硫酸鈉在熔化和凝固過程中會發生氧化還原反應，硫代硫酸鈉與空氣中的氧氣發生化學反應生成了硫酸鈉和二氧化硫氣體：2Na2S2O3+3O2=2Na2SO4+2SO2。

因此，為了重復利用海波，就要在熔化過程中減少生成硫酸鈉的化學反應。鑒于中學實驗成本及操作要求的限制，最可行的辦法就是減少反應過程中的氧氣，于是筆者對實驗儀器進行了改進——在試管口上不增加膠塞。

為了測量海波溫度，筆者在膠塞上打孔以便插入溫度計；為了進一步減少反應中的氧氣，還將膠塞位置從管口下移至試管中下部接近藥品的位置，以進一步減少空氣可能存在的空間，使得藥品在反應過程中可接觸到的氧氣進一步減少。但在重復拿取藥品時，由于膠塞在試管中下部，很難操作，經常出現膠塞無法取出的情況，于是筆者將其又做了如下改進。即改用較短的試管進行實驗，解決了減少氧氣量以及藥品放置的問題。最終發現，利用改進后的儀器進行海波的熔化凝固實驗可以有效減少反應過程中的氧化反應，從而提高藥品的重復使用率。

除此之外，為了進一步改善教學效果，筆者還對相關實驗進行了改進，如在選取海波時必須選用新鮮且純凈的海波。同時，實驗過程中水的初始溫度可以適當提高到40℃，以縮短實驗時間。另外，通過數據分析和對實驗現象的觀察，可適當提高加熱海波的水溫，但要注意水溫不能高于海波本身的熔點，具體操作時可以用手接觸水位感覺到微溫即可，否則會出現試管內靠近外壁的實驗品過早開始熔化的現象。

本次實驗只是學科綜合實驗探究性實踐的初探，是教師為了更好地培養學生綜合實踐能力而進行的實驗選擇及探究工作。接下來，將在此基礎上就教師的引導與評價、學生的探究與體驗等內容進行具體研究，將學科綜合實驗引入課堂，進一步促進學生綜合實踐能力的提高。

（責任編輯 郭向和）