核心素養理念下初中科學實驗教學優化策略研究

蔣建峰

◆摘? 要：隨著廣大教師不斷剖析教學現狀，探究教學實施的各種最優化方案，越來越多的教學工作者紛紛使教學主體回歸學生，教學過程注重學生活動，提出一系列以學生活動作為教學主線的新課堂模式，本文將關注的焦點置于教師較少關注的科學實驗創新改進方面，結合多年實驗改進研究心得，從優化方面出發，力求最大限度完善科學實驗，發揮實驗的巨大潛能，激發學生探究科學的興趣，培養學生嚴謹的思維方式，更好地提升科學教學質量。

◆關鍵詞：核心素養;實驗;優化

一、研究的背景

1.新課標對科學實驗的新要求

初中科學是一門以實驗為基礎，初步認識自然現象，自然規律，以人和自然的關系為中心，以物質結構、性質和運動規律為基本內容，并注重科學、技術與社會的相互滲透，密切聯系實際的一門綜合性課程。

新課標下的教學更加強調學生在教學活動中的主體地位，而科學教學則更突出以實驗為基礎，激發學生興趣，培養探索自然、改造自然的科學方法，通過學生提出問題、分析問題、探究問題，了解知識的產生和發展過程，最后解決問題，從而實現知識技能的學習，科學方法的啟蒙，以及情感、態度和價值觀的培養。

在大力倡導德育為核心，創新精神和實踐能力為重點內容的素質教育的今天，針對科學的學科特點，廣大一線教師在課堂教學改進、作業布置改進、作業批改及評價改進等方面都已經做了許多研究，也取得可喜的研究成果。相比之下，有關科學實驗的研究和改進卻因為種種原因，取得的成果遠比其他方面來得小。

2.課堂新范式下科學實驗的現狀分析

作為科學的基礎——實驗，在初中科學的教學中實驗大致可分為三類，演示實驗、學生實驗和課外實驗。三種類型的實驗相互配合、有機結合在科學教學中已經發揮了很大的作用，然而因種種原因，科學實驗也面臨著許多問題，限制了其更大功能的發揮，具體表現如下：

（1）教師在課堂教學中，為組織學生觀察、思考而進行的演示實驗，能克服許多外在因素的干擾，在較短時間里很好地演示實驗操作的方法技巧，展現實驗現象，培養學生觀察實驗、分析實驗的能力，并以此為基礎很好的促進知識的傳授。但由于演示實驗自身在設計、操作、實驗程序等方面因素的限制，使得其很難充分發揮實驗的功效，實現新課標對科學實驗教學的要求。再加上部分學校實驗設備、上課時間限制等方面的影響，出現了一部分老師以多媒體視頻、動畫代替演示實驗的情況。

（2）學生實驗往往由老師指明做哪個實驗，然后規定怎樣做或按照實驗冊上的實驗步驟來完成實驗，有的時候甚至是由老師做一步，學生跟著做一步，更有的時候甚至是按中考實驗指揮棒來做串聯式的復習實驗，這些本來應該是學生主動去做的實驗變成了老師在做實驗而不是學生在做，或者變成老師叫他去做而去做實驗、還或者是為了知識的掌握和鞏固做實驗、為了技能的熟練和應用做實驗、為了證明某些事實做實驗，這樣長此以往就失去了學生到實驗室做實驗的意義。而在學生實驗中也存在著許多問題。如有的學生由于實驗操作的不規范或者不合理造成實驗儀器的損壞;有的學生進行實驗活動只是因為老師要他們去做，做實驗的積極性不高。

（3）為實現新課標提出的要求，培養學生主動探究的精神以及解決實際問題的能力，使學生的個性得到張揚，培育出具有創造性的人才，廣大一線教師紛紛將探究活動作為課堂教學的重頭戲，然而，如何讓學生能在課外提出問題，利用所學的知識分析問題，并利用課外實驗探究問題，最終得出結論。有些學生在進行課外實驗時往往會因為實驗材料缺乏，實驗儀器沒有而沒法做，又不知道可以將實驗改進后用一些日常生活中常見的物品代替該材料，這樣往往會使本來學習能力很好的學生無法進行實驗，進而影響學生科學教學目標地更好完成，影響學生的學習效率。

二、理論依據

1.依據現代教育理論

教師和學生是教育活動中的兩條基本要素，學生是學習活動的主體，教師必須以調動學生的主動性、積極性為出發點，使學生由要我學變為我要學，促使他們自己去獲取知識、發展能力，做到自己能發現問題、提出問題、分析問題、解決問題。而科學實驗優化設計的本質就是尊重學生的主體性，調動學生學習的主動性和積極性，給學生個性發展提供良好的空間，使教師的外因和學生的內因真正得到最佳組合。

2.依據學生認知結構理論

教師不能把學生教成一個活動的書櫥，而要去啟發學生主動求取知識，教學生學習如何從求知過程中去構建屬于自己的知識體系。因此，學習是自主性的活動歷程。學生實驗的有效性也是建立在學生自主參與的基礎上，它為學生提供更多發展、探索、創造的時空，讓每一個學生公平地擁有最大程度的發展空間，激活各科學習的知識儲存，獲得親身參與和探索的積極體驗，培養學生探究的能力。

三、課題研究遵循的原則

1.創新原則

根據新課程標準中新的實驗理念和新的實驗內容，要求我們在進行科學實驗時，要遵循創新的原則，培養學生提出問題、思考問題、研究問題、解決問題的能力，加強對學生的創新能力的培養，使學生具有較強的創新能力和自主學習的能力。無論是對書本上已有實驗的優化，還是為探究未知問題而設計的實驗，都更需要廣大教師和學生充分利用創造性思維，開創科學實驗的新局面。

2.生活化原則

新課程標準對科學實驗的簡單化、生活化、趣味化有了更高的要求，這也要求我們在進行實驗改進時，必須要遵循生活化的原則，使科學實驗變的更接近人類生產生活，更加簡單易懂，更有趣味性。使實驗真正成為學生體驗生活的渠道，讓學生從生活中來到生活中去。

3.人本原則

新課程標準中科學實驗強調學生的自主學習、實驗，把科學實驗與學生科學素養的培養有機結合。這就要求學生能自己提出問題，猜想和假設，制定計劃進行實驗，收集證據，解釋與結論，反思與評價，進行表達與交流。把學生動手做放到了第一位，強調學生要自己動手做實驗，培養學生進行科學實驗的能力。這就要求我們在進行實驗改進時要強調學生的動手做，培養學生的實驗操作技能。

四、概念界定

1.核心素養

學生核心素養是個人生活和適應社會所需要的必備品格與關鍵能力。素養是品格與能力之和，更強調后天培養的結果。品格是個人回應人生處境的方式，主要表現在人與人之間、人與團隊之間是否具有良性互動。而能力的本質是面對一個環境（主體之外的）的個人適應性行為，包括知識、基本操作等低階能力和計劃、執行、檢查、反饋、調整等高階能力。

2.實驗創新優化

核心素養理念下的實驗優化，區別于傳統科學課堂實驗，不以完成實驗任務為唯一目的，而是注重調動學生積極性，充分挖掘學生實驗實踐的潛能，將所學知識應用于如何設計實驗，達到教學目標。而課堂新范式下實驗創新優化則結合課本原有實驗，根據學生實際情況、學校實驗資源現狀、課堂現有條件等因素，最大限度發揮教師創造性，改進完善原有實驗，或者創新性的發掘日常生活用品和實驗儀器的潛能，設計新穎實驗，使之能更簡潔清晰體現科學原理。從而實現實驗展示科學實驗現象、簡化科學知識、再現科學情景、降低理解難度、提升學生動手能力等目的。

五、實驗創新優化策略研究

1.優化實驗設計，簡明扼要突出事物本質

《科學》（浙教版）教材中有部分實驗在設計時沒有充分利用實驗室的各種器材，出現個別實驗在設計中目標不明，設計的實驗過程棄簡從繁，無法讓學生在課堂上第一時間領悟實驗想要闡明的科學原理。

如第三冊第一章第5節，為了證明空氣也能對浸在其中的物體產生浮力，教材設計了一個實驗，然而在實際的教學過程中卻難取得理想的效果，分析原因有三：①按教材所設計的實驗，由于杠桿被一根穿過其中間的螺桿固定，增加了杠桿旋轉時受到的阻力;而氣球充氣后受到的浮力又很小;同時外在因素風等對實驗現象干擾很大。綜上因素，使實驗中杠桿較難有一個明顯的轉動，不利于預期實驗效果清晰地展現給學生。②對于初二的學生，思維推理能力還比較有限，即使實驗效果明顯，本實驗方案也不利于學生在學習新知識時快速想到這是由氣球受到空氣浮力而引起。③在教學中，由液體能產生浮力進而學生很自然的會提出問題——“空氣是否也能對浸在其中的物體產生浮力？”作為一個實現新課標教學目標的絕好機會，探究“空氣是否也能對浸在其中的物體產生浮力？”多年的教學經歷總結后認為，學生更能想到用氫氣球來證明空氣也能產生浮力。

優化方案：在學習“液體能對浸在其中的物體產生浮力”之后，引導學生自己設計實驗（學生設計出氫氣球上浮實驗后，教師打開原先準備好的紙箱，讓其內的氫氣球上浮），以探究的方式學習氣體產生浮力。如果學校條件允許，教師可以先在實驗室制備好足量氫氣，然后用一個大針筒儲存，在學生設計完方案后可以動手將針筒中氫氣推入氣球嘗試著感受空氣浮力對氣球的影響。

之后再循序漸進地展現教材設計的實驗，同時為求實驗效果顯著，將螺桿固定杠桿改為用細線在中間位置懸掛杠桿，并且往籃球中充入盡可能多的氣體，實現氣球體積膨脹的最大化，最后再讓學生分析產生此現象的原因。

2.優化實驗設備，力求更好地展現實驗現象

《科學》教材中許多實驗在構思上很有典型性，如能按教材設計取得預期的實驗效果，確實能非常突出地展示知識本質。然在設計時對實驗的效果過于理想化，再加上現實教學中實驗儀器老化等，使得實驗現象不明顯，影響學生對實驗分析，削弱教學效果。

如第三冊，第四章，第三節《物質的導電性》中，為驗證絕緣體能在一定條件下變為導體，設計了將玻璃燒紅時能導電使得二極管發光。然在實際課堂上卻較難看到二極管有明顯發光現象。分析實驗弊端：①在實驗中，玻璃燒紅后雖已經由絕緣體變成導體，但這種導體的電阻依然很大，使電流很微弱;②導線和和玻璃之間的連接采用捆綁式，雖在實驗中努力使兩者接觸緊密，但由于材料的關系，連接處電阻仍較大;③發光二極管在正常工作時發出的光本身就較弱，不易被后排的學生看到，現在有碰到電路中連接有電阻很大的玻璃，致使電路因電流太小更加影響發光二極管的發光效果。綜上原因，玻璃變成導體后，電流有電流的現象較難被學生輕易觀察到。為此，通過將實驗儀器改進從而使玻璃能導電變得更直觀明顯。

實驗優化：為減小電路電阻，用去掉燈絲的白熾燈燈芯代替玻璃，同時將連接在玻璃上的導線改為焊接到燈芯上;另一方面，適當加大學生電源的電壓。以上兩種途徑能一定程度上增大電路的電流，但總體而言，流過的電流仍較小，為能更好展現電流的明顯增強，將發光二極管改為靈敏電流計。

六、科學實驗創新優化的效果分析

1.有利于學生在實驗中自主發展

由于科學實驗優化設計后，實驗完全由學生自己查閱資料，自主準備實驗，老師只是在旁邊協助，實驗原理即實驗設計也完全由學生自己來設計，有利于學生個性的發展，增強學生的思維能力，以及創新能力和自主能力的提高，使實驗改革真正符合新課程標準的要求。

2.有利于學生融入到學生實驗中

科學實驗優化后，學生進行實驗活動變得不是因為老師要你做而去做，而是因為學生自己喜歡做實驗，是學生自己對實驗感興趣。學生可以把自己的思想融入到實驗中去，實驗變成了學生生活的一部分，使學生能夠真正融入到實驗中去。

七、結束語

實驗在科學教學中的地位毋庸置疑，其基本要求如下：一要緊扣教材，二要有啟發性，三要力求明顯、直觀，四要力求簡單、可靠。然因各種原因無法做到各個實驗在課堂新范式中操作和效果的盡善盡美，以上這些科學實驗創新優化方案是本人在教學實踐中的一些初步探索，運用于教學實踐中已取得了良好的效果。當然，方法無止境，在我們面前還有更長的路要走，行動起來，去掌握一些方法、規律，這無疑是為我們打開了方便之門，對提高課堂效率，培養學生科學探究能力應該是行之有效的！

參考文獻

[1]盧義剛.重視比較思想 提升思維能力[J].物理教師，2020，41（04）：26-29.