“科學實驗”在初中科學教學中的應用策略

陳慶旦

浙江省溫州市繡山中學 浙江 溫州 325000

科學是一門綜合理科,它是以實驗為基礎的學科。《辭海》對“實驗”的解釋是這樣的：根據一定目的,運用儀器、設備等必要的手段,在人為的條件控制下,模擬自然現象,觀察研究事物本質和規律的一種實踐活動。可純化、簡化或強化和再現科學研究對象,可延緩或加速自然過程。它是科學認識的基礎,也是判斷認識是否具有真理性的標準。

一、科學實驗教學的現狀

1.學校、教師對實驗教學不重視。目前有部分學校教學班和學生數多,實驗室數量少,設備陳舊不完善,教學任務緊,從而導致部分科學教師在實際教學過程中少做實驗或不做實驗,將學生實驗用演示來代替,演示實驗用多媒體動畫來代替或直接講解,無法保證實驗教學的效果。

2.教學方法和理念的錯位。許多教師做實驗,雖然給了實驗機會,但實驗時,其實是解釋實驗步驟,引導學生了解本課程的實驗目的和原理,老師沒有深入研究教材,沒有說清楚為什么這樣做實驗。因此造成了只記住了實驗步驟和結論,嚴重阻礙學生的實驗動手動腦能力,與新的教學理念是相違背的。

3.實驗教學的評價不全面。教學評價是教學質量評價的反饋,而不是教學目的的一種手段。評價不僅支配著教師采用哪種教學模式,教學方法,而且也制約了學生實驗的積極性,態度和行為,它已成為影響實驗教學的重要因素。中學教師評估學生一般采用兩種方法：一是書面形式,考核學生對實驗結果或理論的掌握;二是操作觀察,考核學生的實驗技能。但實際采用的多是書面考核,教師在學生實驗后只要收取實驗報告即可,因為它簡便省時,但其局限性也是顯而易見的;而第二種形式往往是突擊性的應付上級檢查或畢業班實驗操作考核時才采用的。學生通過這樣的訓練,是很難促進學生能力的發展的。

二、科學實驗在初中科學教學中的地位

1.科學實驗是重要的教學內容。科學是實驗為基礎的一門,因而科學實驗是重要的教學內容。常規實驗的教學主要包括基本實驗原理、基本實驗方法、基本實驗技能的教學,探究性實驗除上述基本實驗所具有的教學內容外,更注重的是學生的探究過程。它很好地體現了科學教學的三維目標。

2.科學實驗是重要的教學方法。科學是以實驗為基礎的綜合理科,它不僅給學生展示科學知識,更重要的是讓學生明白探究科學本質的過程,體會科學的方法。而科學實驗就是能讓學生體驗獲取知識和科學本質的重要方法。正所謂：“千言萬語說不清,一做實驗便分明”。

3.科學實驗是重要的教學手段。教學手段主要是指教師用以傳授知識和培養學生能力的一切材料、工具、器材和設備,國外統稱之為教師與學生在教學過程中的媒體。教師通過實驗器材與設備,引導學生設計實驗的方案,從而發現科學本質,是科學教學的重要手段。

4.實驗在教材中分布情況。浙江教育出版社出版的《科學》(朱清時主編)中,共有六冊。其中有活動、探究、學生分組實驗和教師演示實驗,內容分布廣,數量多。大部分的實驗是學生認知過程比不可少的途徑,也是科學原理建立的基礎。

三、科學實驗教學的作用

1.激發學生的學習興趣。心理學原理告訴我們,學習最好的方法和目的是在于調動學生的學習積極性,高度發揮學生的主觀能動性。學生對課文中的理論學習缺乏興趣,而實踐教學過程則能充分調動學生的積極性、參與意識和表現意識,實驗是檢驗理論的最好方法,而理論又是指導實驗的最好依據。實驗教學使學生更形象生動地掌握了原來枯燥無味的理論知識,又鍛煉了學生的動手能力和創造能力,從而最大限度地激發了學生的學習興趣。因此,重視和加強實驗教學,是激發學生學習興趣的關鍵。

2.加強學生科學方法的訓練。在實驗過程中,學生像科學家那樣去觀察周圍的事物,用實驗的方法去驗證事物的屬性,發現事物的變化、聯系和規律。教師可以通過演示實驗,引導學生由內到位、由表及里的觀察實驗的現象,再從實驗現象引導學生思考科學的本質。因此通過實驗活動,能使學生得到科學研究方法的訓練。

3.促進學生科學素養的養成。科學實驗為學生提供了感性認識的材料。比如在講授壓力作用效果與受力面積之間的關系時,讓學生拿一根一端削尖而另一端較平的鉛筆,左右手擠壓筆的兩端,并讓他們說出自己的感覺。(如右圖所示)。通過設計實驗,能培養學生的思維能力與創造能力;在進行觀察中,要具備一定的觀察方法,要有敏銳細致的觀察力,能培養學生的觀察能力;在實際操作中,能培養組織能力、動手能力、解決問題的能力等;在進行信息分析與處理時,能培養學生的思維能力及運用數學的能力;在研究原因、結果、形成概念的過程中,能培養學生分析、歸納等邏輯思維能力。通過誤差原因分析,能培養學生的分析能力;通過探究性實驗,能培養學生的科學探究能力。

四、科學實驗教學的基本原則

1.科學性原則

(1)規范使用實驗儀器,培養科學的實驗習慣。為了保護實驗儀器,使測量的結果更精確,結論更具有普遍性,必須要規范使用實驗器材。比如：使用天平時,必須要做到“左物右碼”這樣才能正確讀數;為了防止試劑瓶中的試液腐蝕桌面,瓶塞必須倒放;為了使溫度計測量精確,溫度計不得碰到燒杯底部。還有,實驗過程中,必須要培養學生由表及里、由內到外的觀察順序,搭建實驗儀器時,要嚴格按照自下而上、從左到右的順序進行操作。

(2)實事求是,正確描述實驗現象。在實驗過程中,尊重事實,不可隨意捏造實驗現象甚至杜撰測量數據。比如在“比較花生、牛肉干和大米中能量的多少”的實驗中,由于食物燃燒不充分和熱量的散失導致數據的誤差很大;在“研究串聯電路中的電壓特點”實驗中,由于導線存在電阻,導致電源電壓稍大于兩個電阻兩段電壓之和。有個別教師和學生為了達到某種“目的”而更改數據,不尊重實驗的事實,違背了科學學習的實事求是的精神。

2.顯效性原則。在教學過程中,一些實驗的現象不夠明顯,學生無法得到直觀感受。比如在“聲音的產生”實驗中,教師如果能采用將點燃的蠟燭防止在喇叭旁邊,學生就非常直觀地從火焰的擺動來感受到物體的振動。這樣顯效的實驗現象就能很好將實驗教學的功能發揮到最大。

3.簡明性原則。在實驗過程中,為了突出實驗對象,實驗器材必須盡可能簡明扼要,減少不必要的干擾。比如在“研究壓強與流速的關系”實驗中,如果教師采用的實驗,學生在分析時可能會受漏斗的干擾,而另一個實驗對象突出,干擾少,學生很容易從現象看到本質。

4.安全性原則。實驗過程中,如何做到確保人身安全、儀器的安全,是我們首先要考慮的因素。比如顯微鏡的使用過程中,鏡筒下降時,眼睛必須注視物鏡,以免碰到載玻片;在“氫氣還原氧化銅”的實驗中,防止實驗爆炸,必須要做到先同氫氣再點燃酒精燈;在“伏安法測量電阻”實驗中,為防止電路中電流過大,滑動變阻器一開始必須處于最大阻值處;在“使用天文望遠鏡”的實驗中,不允許對準太陽進行觀測,以免導致視網膜受傷。

五、科學實驗教學的實施途徑

1.科學實驗的基本環節。一個科學實驗,實驗原理是核心,實驗條件是前提,實驗裝置是基礎,實驗操作是保證,實驗現象是結果。比如在“氫氣還原氧化銅”的實驗中,2Cu O＋H2＝△＝2Cu＋H2O 是實驗的原理,加熱是實驗條件,采用如圖實驗裝置,在實驗過程中,為了保證實驗的安全、成功,必須要做到實驗前“先通后點”,實驗結束時要“先滅后撤”的操作順序,最后觀察會觀察到試管內壁出現亮紅色的物質。

2.科學實驗教學的常用方法

(1)比較法。為了突出實驗現象,實驗過程中往往采用比較的方法。常用的比較法包括橫向比較和縱向比較。比如在“探究綠色植物的光合作用是否需要陽光”的實驗中,我們就采用遮光與不遮光的實驗現象和結果的橫向對比,從而突出光合作用是否需要陽光;在“氫氣還原氧化銅”的實驗中,我們將實驗結束時出現的亮紅色與原來的黑色進行縱向比較,從而發現該過程中生成了新的物質。

但是,有些實驗過程中,我們同時采用橫向比較和縱向比較。比如：“種子萌發的條件”實驗中,既要講三顆種子進行橫向比較,又要講幾天后種子萌發的情況進行縱向比較,才能得出實驗結果。

(2)轉換法。在科學研究過程中,有些實驗現象無法用我們的感覺器官直接去感知,我們往往采用一定方法進行轉化。比如：“比較幾種食物中的能量多少”的實驗中,我們可以采用加熱食物,使等量的水升高溫度的多少來比較食物中所含的能量;為了比較電磁鐵的磁性強弱,我們可以采用比較吸引的大頭針數目;為了讓學生感知一個物體動能的大小,我們可以比較小球推動木塊的距離的多少來分析。這種方法能很好地將無法感知的量轉化為可感知、可測量的量,從而是實驗現象更直觀、更精確。

(3)放大法。針對部分實驗現象不夠明顯,我們往往采用微小放大的方法將實驗現象顯現出來,讓更多的學生更直觀地觀察,有時也能減小測量的實驗誤差,如右圖所示的“累積測量”的方法。

(4)模型法。科學研究的范圍非常廣,大到宇宙天體,小到細胞分子。為了能讓學生有直觀感受,教師往往采用模型進行實驗,比如DNA 分子的模型、地球儀。還有在研究人體器官結構和生理過程時,我們也必須采用模型的方法。比如：研究“人體的呼吸運動”的過程中,我們借助如圖的模型,氣球模擬肺,橡皮膜模擬膈,用手拉動橡皮膜從而導致氣球大小的變化來模擬肺吸氣和呼氣的過程。

3.科學實驗教學的改進和創新。為了使實驗在教學中發揮更大的作用,教師在必要的時候必須對實驗進行適當地改進,打破常規實驗。

(1)改進實驗器材和材料。古人云：“工欲善其事,必先利其器。”讓實驗效果更加明顯的必要條件是選擇合適的實驗器材。筆者曾對《陽光的傳播》中的三個實驗的實驗裝置(器材)和實驗材料進行了改進,獲得較好的效果.

(2)改進實驗方式和過程。初中科學的實驗分為演示實驗、學生實驗、課外實驗。在教學過程中可以視教學需要、實驗操作的難易、實驗的能見度等實際情況,將演示實驗改為學生實驗,將驗證性實驗改為探索性實驗,課內實驗改為課外實驗。

科學實驗本身就是為解決問題而設置,當學生的認知推理存在障礙時,教師引導他們利用身邊的器材模擬實際問題來進行研究,才能使問題迎刃而解。實驗教學決不能讓教師唱獨角戲,上表中的實驗(2)筆者不僅采用學生分組實驗,還為了有意安排了不同小組不同形狀、不同大小的黑紙小孔,先讓學生的實驗現象和原有的認知發生沖突,再交換實驗器材再次實驗,最后才通過交流、分析、總結。這樣的實驗在方式上進行改進適合學生的好動和好奇的心理特征,不同小組的實驗器材不同,但現象是相同的,起到異曲同工的作用。同時,分組實驗的可見度和自主性都是演示實驗無法達到的。

4.實驗教學的課外延伸。實驗雖然是科學教學比不可少的一部分,但是光靠課堂內的實驗,絕對不能滿足孩子們的求知欲,無法完全開發孩子的潛能。因此,教師在實際教學過程中,必須引導孩子在課外進行一些力所能及的科學實驗。比如：課堂上的部分實驗,可以事先布置讓孩子利用家庭中的一些廢舊物品來開展實驗,寫成實驗報告,在課堂上進行匯報或展覽(例如：密度計的制作、雞蛋殼和食醋的反應、種子的萌發和根的向地性實驗等等)

當然,除了布置一些小實驗的同時,也可以根據孩子的具體情況購買或自制一些實驗器材和實驗材料、藥品建立家庭實驗室。這樣能讓孩子的實驗操作能力和探究能力得以進一步提高,全面提高學生的科學素養。

總之,科學實驗教學是初中科學教學一項重要內容、教學手段,只有充分利用實驗教學的資源,挖掘實驗教學過程中的培養和開發學生思維的手段,遵守實驗教學的原則,認真研究實驗的各個環節,優化實驗裝置,選擇實驗材料,調整實驗步驟,分析實驗原理,讓課內實驗和課外探究解密結合,讓實驗教學在空間上得以充分擴展、時間上得以無限延伸,才能真正實現“知識與智能”“教學與發展”的相互統一,才能真正培養出“知識與能力并進”“創新與發展統一”的時代接班人。