以核心素養為導向的科學實驗探究教學模式和策略研究

李金康

摘要：本文研究了在科學教學中如何實施實驗探究教學，針對學科自身特點，在教師指導下，如何充分發揮學生的主體作用，如何實驗探究，不但加強科學基礎知識的教學，更重視對學生進行探究科學知識的過程和方法訓練，開發學生思維，培養學生創新能力，提高學生核心素養和教學質量的教學模式及策略。

關鍵詞：實驗探究;模式和策略

一、引言

初中科學是一門初步認識自然現象，自然規律，以人和自然關系為中心，以物質結構、性質和運動規律為基本內容，并注意科學、技術與社會的相互滲透，密切聯系實際的一門綜合性課程。在大力倡導發展學生核心素養，創新精神和實踐能力為重點的今天，針對科學的學科的特點和課堂教學特點，在科學的教學中實施實驗探究教學十分必要，不但加強科學基礎知識的教學，更重視對學生進行探究科學知識的過程和方法的訓練，使學生的主動性、創造性得到應有的發揮，徹底改變“應試教育”模式下，“學服從教，教服從考”這種狀態，高分低能的后果。

二、實驗探究教學模式

1.模式Ⅰ

實驗探究教學模式Ⅰ可概括為：問題→實驗事實→科學抽象→結論→應用

模式中的實驗事實，既包括從實驗中獲得的直接實驗事實，又包括限于科學教學的實際條件，學生無法從實驗中獲得而只能從書本上或通過多媒體摸擬實驗獲得的間接或模擬實驗事實。模式中的科學抽象既包括表征性抽象，又包括原理性抽象。

示例1鹽跟某些金屬的反應

（1）提出問題：鹽能否跟金屬發生化學反應。

（2）觀察、實驗。

①實驗條件控制Ⅰ。在兩支盛有硫酸銅溶液的試管里，分別浸入一段潔凈的鐵絲和鉑絲，過一會兒，取出，觀察有什么變化。

②實驗條件控制Ⅱ，將兩根銅絲分別浸入盛有硝酸汞溶液和硫酸鋅溶液里，過一會兒，取出，觀察有什么變化。

（3）實驗事實及其處理

4組實驗標號，描述實驗現象。

（4）表征性抽象

學生比較分析，4組實驗可以分成兩類：一類發生了化學反應，另一類沒有發生化學反應。

引導學生討論得出：鐵比銅活潑，銅比汞活潑，也就是說，活潑性較強的金屬能把活潑性較弱的金屬從其鹽溶液中置換出來;鉑沒有銅活潑，銅沒有鋅活潑，也就是說活潑性較弱的金屬不能把活潑性較強的金屬從其鹽溶液中置換出來。

（5）結論（略）

（6）應用（略）

示例2質量守恒定律

（1）提出問題：參加反應的各物質質量總和跟反應后生成的各物質質量總和是否相等？

（2）觀察、實驗

①白磷燃燒前后質量的測定。

②氫氧化鈉溶液跟硫酸銅溶液反應前后質量測定。

（3）實驗事實及其處理

是否發生化學反應，天平兩邊是否平衡。

（4）表征性抽象

從實驗事實歸納出反應前后物質的質量總和沒有變化。

（5）原理性抽象

通過多媒體模擬回過化學反應事實，用反應前后原子的種類、數目、質量沒有增減，來解釋表征性抽象結果。

（6）結論：質量守恒定律。

（7）應用：略

2.模式Ⅱ

實驗探究教學模式Ⅱ可概括為：問題→實驗事實→假設及其驗證→結論→應用

模式中的假設是指根據已知的實驗事實和科學理論，對未知的自然現象及其規律所做的一種推理和解釋，假說的形成一般要經過提出假說和驗證假說兩個階段。假說的提出通常包括兩個環節：一是根據為數不多的實驗事實和科學理論提出假說;二是在假設的基礎上進行推斷和判斷。假說的驗證包括實驗檢驗和理論檢驗，其中實驗檢驗是最直接、最可靠、最有力的方式。

在科學的教學中，學生對假說方法的運用，是在教師的組織引導下進行的，限于學生的知識水平和能力發展水平，科學的教學中假說一般都是比較淺顯，這就為在有限的教學時間里，運用假說方法進行實驗探究教學提供了有利條件。

示例3質量守恒定律的內容

（1）提出問題，同示例2

（2）提出假說。反應前后各物質的質量總和可能存在幾種情況：

（3）實驗驗證

①白磷燃燒前后質量測定

②氫氧化鈉溶液跟硫酸銅溶液反應前后質量測定

（4）結論（略）

（5）應用（略）

示例4焦耳定律

（1）提出問題：學生在電熱絲上放一層薄棉花，接通電源，觀察現象后老師設問，實驗說明什么問題？思考電流通過導體產生的熱量與哪些因素有關？

（2）提出假說：教師引導學生根據日常生活中的現象，猜想電熱與哪些因素有關，是否跟電流I，電阻R，通電時間t有關。

（3）實驗驗證

①控制使電流I，通電時間t相同，研究電熱Q與電阻R的關系，為了加強探究，讓學生思考如何控制流過研究對象的電流、通過時間相等？如何從實驗中看出產生電熱的多少？（下類同）

②控制使電阻R，通電時間t相同，研究電熱Q與電流強度I的關系。

③使電流強度I，電阻R相同，研究電熱Q與通電時間t的關系。

事先發放“實驗觀察紀錄單”，師生邊觀察、邊討論、邊總結。

（4）結論，得出Q與R、I、t關系，焦耳定律，并說明焦耳定律是焦耳在做了大量實驗基礎上總結出來的。

（5）應用（略）

三、實驗探究教學策略

1.增加對比實驗，加強實驗探究。

如在科學中常見的SO2-4鑒定中，加入BaCl2溶液后產生白色沉淀，學生對為什么要加入稀硝酸理解不夠深刻，可設計對比實驗，在Na2CO3溶液加入BaCl2溶液，產生現象后再滴加稀硝酸，觀察對比現象，學生就比較容易得出科學的抽象，從而得出SO2-4鑒定方法。同樣在Cl-鑒定中，我們也可設計對比實驗。

2.補充演示實驗，使學生養成實驗探究習慣。

如在鐵的性質教學中，鐵和氯氣反應生成氯化鐵，教材沒有實驗，學生死記結論，很容易遺忘，該化學方程式經常出現錯誤。因此，我們設計了鐵和氯氣反應的演示實驗，加熱硬質玻璃管內鐵絲約1分鐘，把注射器中的氯氣注入硬質玻璃管，觀察到鐵絲在氯氣中劇烈燃燒，鐵絲保持紅熱，并生成棕色的煙，盛有NaOH溶液雙球U形管內出現紅褐色沉淀。證明生成的是氯化鐵，而不是FeCl2。

3.充分利用教材中的探索性實驗。

科學教材中有不少探索性實驗，教師在課堂教學中，引導學生從一些基本的事實出發，運用已有知識，抽象歸納整理出原理和規律，以培養學生的探索精神和創新能力。

如，在講奧斯特實驗時，先演示在通電直導線下小磁針指向發生偏轉，為學生提供一個可感知的形象信息，再提出問題：把小磁針放在條形磁鐵旁會發生什么現象？小磁針放在地面附近為什么會指向南北方向？學生通過探索，很自然地從磁針周圍存在著磁場這一已有知識，抽象出“通電導體周圍存在著磁場”這一結論。

4.變演示實驗為邊講邊做實驗。

教材中沒有危險，相對簡單，容易控制的演示實驗都可以改為變講邊做實驗，如大多數試管實驗，平面鏡成像特點等等，讓學生親自實驗進行探究。

5.改實驗的驗證性為探索性。

教材中有些驗證性實驗，在條件允許的前提下，教師盡可能把它設計成探索性實驗。如，在講“阿基米德定律”時教材編排上是驗證性實驗。我認為如果不進行必要的闡述，說明為什么要這樣做，是如何想到的等問題，而是直接進行實驗，對學生來說既顯得突然又難于順暢接受。若改為探索性實驗，充分發揮學生的主體作用，啟發引導學生分析思考，層層深入，效果就不同。

6.引導學生設計實驗操作。

引導學生設計實驗操作或由學生進行實驗設計，不但提高學生實驗操作的熟練程度，鞏固基礎知識，更重要的是親自參與科學發現的過程，得到了科學方法的啟蒙。

如，在學習濃硫酸吸水性時，要求學生利用物理原理設計一個實驗以證明濃硫酸具有吸水性。不斷引導學生分析：盛放濃硫酸的細口瓶放置一段時間后，瓶內的壓強會如何變化？減小，如何證明？學生設計了用內置氣球形狀的改變和水銀柱液面變化方法。

7.重視開展小實驗、小創作活動。

在平時實驗探究教學中，教師可多向學生介紹有關小實驗、小制作的原理、方法，引導學生自行設計、制作并進行操作、觀察、記錄、分析，教師定期進行反饋、檢查，每學期還可對優秀成果進行評比、展覽。如在做濃硫酸的稀釋放熱實驗時，是在教師稀釋操作完畢后，立即讓學生觸摸燒杯外壁，來感受溫度的變化，以此說明放熱反應的發生，但實驗的直觀性較差，為增強直觀效果，我上課時，提示學生乙醚的沸點較低，著火點也較低，能否借助乙醚和必要簡單儀器在課余設計一個簡單的裝置，說明濃硫酸稀釋放熱現象明顯的實驗。其方法是取一支試管加入約5毫升乙醚，浸入剛被稀釋的硫酸溶液里，乙醚立即受熱沸騰，將逸出的乙醚蒸氣點燃，只見火焰噴出管口約20cm高，若將試管拿出液面，火焰逐漸減小，甚至看不到，再將試管浸入溶液，火焰又復燃升騰起來，可重復數次，現象明顯，操作方便又安全，且趣味性較強。還有彩色噴泉、驗電器演示、不倒翁、小孔成像、死灰復燃等等。

四、實驗探究教學的效果

我們發現通過實施科學實驗探究教學，學生的學習積極性、自覺性、主動性、合作性、創造性、興趣、觀察能力和動手能力等方面都有較大提高;同時教師的教學水平、教學能力也提高明顯。因此，筆者感到進行科學實驗的探究教學有利于培養學生探究態度和探究方法，有利于激發學習興趣，動手、動腦，大膽想象，科學推理，不但很好的獲取了基礎知識，而且更好的掌握了知識產生的過程，開發了學生的思維，培養了學生的創新能力和核心素養。

參考文獻

1.王祖浩著《義務教育化學新課程教學問題解決方案》上海教育出版社

2.余自強《綜合科學課程研究》【M】杭州：浙江教育出版社，2011

浙江省杭州市蕭山區靖江初級中學