例析初中科學(xué)實驗教學(xué)“三化”策略

浙江省臨海市回浦實驗中學(xué) 金從富

例析初中科學(xué)實驗教學(xué)“三化”策略

浙江省臨海市回浦實驗中學(xué) 金從富

初中科學(xué)是一門以實驗為教學(xué)核心的綜合性學(xué)科，教材中很多科學(xué)概念和規(guī)律的生成是在實驗的基礎(chǔ)上通過探究建構(gòu)起來的。一些學(xué)校由于受教學(xué)條件的限制（儀器設(shè)備不齊全、教學(xué)資金有限、教學(xué)環(huán)境不佳等），使得初中科學(xué)的實驗教學(xué)一直無法取得良好的教學(xué)效果。除此之外，教師自身對實驗教學(xué)的目標(biāo)存在認(rèn)識上的偏差，在進(jìn)行探究實驗設(shè)計、實驗操作、實驗分析時，缺乏相對的科學(xué)性與實效性，學(xué)生的探究欲望難以激發(fā)，科學(xué)素養(yǎng)難以有效提升。本文將對初中科學(xué)實驗教學(xué)提出“三化”教學(xué)策略，旨在培育學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，領(lǐng)悟科學(xué)思維的過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力，凸顯高效的實驗課堂教學(xué)。

一、強(qiáng)化實驗

（一）真做實驗——真實性

科學(xué)學(xué)習(xí)的目的之一是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和質(zhì)疑精神。在實驗過程中，真做實驗可以鞏固學(xué)生的認(rèn)知，培育學(xué)生實驗?zāi)芰唾|(zhì)疑態(tài)度，進(jìn)而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。例如，在一次探究質(zhì)量守恒定律的市級公開課中，授課教師先用浙教版《科學(xué)》八年級下教材88頁3-47、3-48兩個實驗來探究化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系，為了實驗結(jié)果更具說服力，教師又補充了鹽酸與大理石反應(yīng)的實驗。實驗中先用敞口裝置，學(xué)生觀察到天平平衡被打破，然后設(shè)置問題：是否化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的質(zhì)量不一定等于生成物的質(zhì)量？當(dāng)學(xué)生找出是由于氣體的逸出導(dǎo)致天平平衡的破壞時，教師設(shè)置第二步實驗。學(xué)生受到3-47實驗的啟發(fā)，設(shè)計了用帶氣球的瓶塞來防止氣體逸出，然后教師再次用實驗進(jìn)行驗證。而驗證的結(jié)果是“天平指針略向右傾”，此現(xiàn)象教師給予學(xué)生的解釋是：因?qū)嶒灝a(chǎn)生的誤差，使得天平略微不平衡，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灛F(xiàn)象應(yīng)該是“天平平衡”。老師用子虛烏有的所謂“嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灛F(xiàn)象”的假結(jié)論來代替實驗的真現(xiàn)象，使學(xué)生的思維誤入歧途，同時也喪失了一次課堂生成的問題探究機(jī)會，空氣浮力對實驗干擾的真相就這樣被“假實驗”給掩蓋了。精彩的課堂，很大程度取決于有效生成，真做實驗，能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。

（二）做真實驗——科學(xué)性

科學(xué)性是實驗教學(xué)最基本的原則，如果實驗失去了科學(xué)性，它會將學(xué)生的思維引入誤區(qū)，偏離科學(xué)原理，這與科學(xué)實驗探究的本質(zhì)相背離。因此，在具體的實驗教學(xué)中，尤其是在科學(xué)生活化教學(xué)的當(dāng)下，教師自制和開發(fā)的教具與實驗應(yīng)符合科學(xué)的原理，教師為完成某一探究所設(shè)計的實驗方案應(yīng)具科學(xué)性。例如在教學(xué)催化劑內(nèi)容時，教材內(nèi)容的編排是在一個簡易的啟普發(fā)生裝置加入適量的二氧化錳和8%—10%過氧化氫，通過反應(yīng)制取氧氣，然后歸納得出二氧化錳在此反應(yīng)中起催化作用，是一種催化劑。如果按部就班不將教材的實驗加以科學(xué)的改編，就無法突破催化劑概念中“兩個”不變的難點。為此做如下實驗設(shè)計：1.在試管中加入5毫升8%—10%過氧化氫，觀察是否有氣泡。2.用天平秤取二氧化錳1克，將其加入上述試管，將帶火星的木條伸入試管，觀察現(xiàn)象。3.待上面實驗沒氣泡時，再加適量的過氧化氫，觀察現(xiàn)象。4.實驗結(jié)束后，將試管中的物質(zhì)通過過濾、洗滌、烘干，用天平稱量，比較前后兩次二氧化錳的質(zhì)量。這一實驗的設(shè)計是依據(jù)探究的內(nèi)容，科學(xué)合理地設(shè)計相應(yīng)方案，通過“做真實驗”有效得出二氧化錳是催化劑，反應(yīng)前后質(zhì)量不變和化學(xué)性質(zhì)不變這一結(jié)論?？茖W(xué)地設(shè)置實驗，能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，做真實驗，能培育學(xué)生的科學(xué)能力。

（三）巧做實驗——生活化

《禮記·學(xué)記》中寫到“約而達(dá)，微而臧”，“能博喻然后能為師”。著名物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家麥克斯韋也曾說過：“在一個完整的實驗當(dāng)中，其所用的材料越簡單，學(xué)生的探究欲望、學(xué)習(xí)興趣、熟悉度就越高，這種接近生活的實驗教育效果往往比儀器精密、復(fù)雜的實驗更高?！笨茖W(xué)來源于生活，生活化的實驗教學(xué)有利于就地取材，能讓每個學(xué)生都有動手實踐的機(jī)會，它還能培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真細(xì)致地觀察和思考生活中的現(xiàn)象和問題的能力，拓展學(xué)生的思維。因此，教師理應(yīng)將科學(xué)實驗教學(xué)貼近學(xué)生的生活，以學(xué)生的學(xué)情作為實驗教學(xué)的立足點，使科學(xué)與生活能夠緊密結(jié)合。例如在進(jìn)行大氣壓的存在這一實驗教學(xué)時，教材內(nèi)提供了馬德堡半球?qū)嶒?，為凸顯科學(xué)實驗的生活化、趣味性及參與度，教師可將教材內(nèi)的演示實驗變更為分組實驗：選取生活中較大的兩個塑料吸盤，將兩個吸盤緊密貼合，排除中間的空氣，讓一位學(xué)生使勁將兩個吸盤分開，以學(xué)生手部體驗到的力來顯現(xiàn)大氣壓的存在，進(jìn)一步得出大氣壓很大的結(jié)論。生活化實驗的設(shè)置，內(nèi)容接近生活，更易喚醒學(xué)生的探究欲望，并能使探究活動在課堂內(nèi)外有機(jī)結(jié)合，因此能進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。

二、優(yōu)化實驗教學(xué)的環(huán)節(jié)

（一）優(yōu)化實驗教學(xué)目標(biāo)

科學(xué)的本質(zhì)是探究，科學(xué)實驗探究的過程就是要讓學(xué)生體驗和經(jīng)歷與科學(xué)家相似的探究過程，領(lǐng)悟其中蘊含的思想觀念，學(xué)習(xí)和掌握科學(xué)方法，進(jìn)而獲得知識。因此，在進(jìn)行科學(xué)實驗教學(xué)時，教師必須要全面優(yōu)化教學(xué)的目標(biāo)，挖掘?qū)嶒炦^程中涉及的思想和方法，使學(xué)生充分領(lǐng)悟到科學(xué)家的勇氣和智慧。例如在進(jìn)行“歐姆定律”實驗教學(xué)時，應(yīng)同時對三維目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化：知識與技能目標(biāo)——理解電流與電壓和電阻的關(guān)系；過程與方法——通過提出問題、猜想、方案的設(shè)計、數(shù)據(jù)分析、得出結(jié)論這一完整的實驗過程，培養(yǎng)學(xué)生對控制變量法、分析歸納方法、數(shù)學(xué)方法的熟練運用，通過授之以“漁”，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；情感態(tài)度與價值觀——通過講述科學(xué)史歐姆定律的發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生鍥而不舍、追求真知的科學(xué)精神。

（二）優(yōu)化實驗的設(shè)計

科學(xué)實驗所呈現(xiàn)的現(xiàn)象是學(xué)生建構(gòu)和生成概念與規(guī)律的最好資源。因此，科學(xué)實驗的教學(xué)應(yīng)圍繞核心的教學(xué)內(nèi)容，既有對某一實驗方案設(shè)計的優(yōu)化，也有為落實某一核心概念做的整體的實驗方案優(yōu)化設(shè)計，體現(xiàn)實驗的科學(xué)探究的本質(zhì)。例如在折射概念生成教學(xué)中，設(shè)計了三組實驗，實驗1：a.將激光射入水槽中的空氣。b.將激光射入水槽中的水。c.將激光從水斜射入空氣。實驗2：a.將激光從空氣斜射入水。b.將激光從空氣斜射入玻璃磚。c.將激光從空氣斜射入油。實驗3：a.將激光從空氣垂直射入水。b.將激光從空氣垂直射入玻璃磚。c.將激光從空氣垂直射入水中。以上三組實驗設(shè)計層層遞進(jìn)，實驗設(shè)計基于這樣的考慮，第一組讓學(xué)生通過光的直線傳播來體驗光的折射現(xiàn)象；第二組讓學(xué)生體驗和認(rèn)識發(fā)生折射的普遍規(guī)律；第三組讓學(xué)生質(zhì)疑、完善認(rèn)識。整個實驗的設(shè)計，目的是讓學(xué)生在實驗中認(rèn)識、感悟、質(zhì)疑、生成，進(jìn)而自主建構(gòu)折射的概念。

（三）優(yōu)化實驗的操作

若教材中所提供的實驗內(nèi)容難度較大，教師會通過多媒體演示、直接講解等方式來代替實驗教學(xué)，雖然這樣可節(jié)省課堂時間還能夠清晰地表達(dá)實驗步驟與內(nèi)容，但學(xué)生的參與度不高，不利于開拓學(xué)生的思維。而較為簡單的實驗操作又不利于提高學(xué)生的操作能力以及培養(yǎng)其科學(xué)能力。因此，在進(jìn)行實驗教學(xué)時，教師需要對實驗的操作步驟進(jìn)行優(yōu)化，確保實驗操作能順利完成。例如在進(jìn)行“動物的呼吸”這節(jié)實驗教學(xué)時，教材要求的昆蟲樣本難以捕捉，那么教師可以根據(jù)時令的特點更換容易捕捉到的可用于實驗的樣本；在用試管進(jìn)行實驗時，放入或取出鐵絲網(wǎng)、紗布、堿石灰等材料時較為困難，那么教師可將試管更改成U形管，這樣可省略鐵絲網(wǎng)的使用。為了讓學(xué)生能夠充分體驗到科學(xué)實驗的魅力，教師不應(yīng)因受到困難的阻礙而放棄操作步驟復(fù)雜的實驗教學(xué)，應(yīng)該迎難而上不斷地優(yōu)化操作步驟，使學(xué)生能夠獲得更新更好的操作體驗。

三、“數(shù)字化”實驗

數(shù)字化實驗是應(yīng)用傳感器，將傳感器實時測量的數(shù)據(jù)和信息傳入電腦，通過相應(yīng)的軟件將實驗測得的數(shù)據(jù)和合成的圖像動態(tài)地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。數(shù)字化實驗可將教材中的定性實驗改編為定量實驗，實驗的數(shù)據(jù)可全程展示，學(xué)生可以根據(jù)圖像來找尋規(guī)律。開展數(shù)字化實驗教學(xué)可以降低實驗操作的難度，例如在探究海波的熔化和凝固過程的規(guī)律時，傳統(tǒng)的實驗操作需要按照實驗的要求，將鐵架臺、燒杯、溫度計、酒精燈等器材進(jìn)行組裝，實驗過程中還須攪拌并每隔相同時間讀出溫度，實驗結(jié)束后依據(jù)測定數(shù)據(jù)描點并作出圖像，進(jìn)而分析圖像尋找規(guī)律。整個實驗操作復(fù)雜，偶然因素多，誤差會較大，往往難以得到正確圖像。如果采用數(shù)字化實驗，借助溫度傳感器，準(zhǔn)確地測量海波熔化和凝固過程的溫度，再借助信息技術(shù)手段，同步顯示熔化和凝固過程的圖表文本與曲線變化圖像，整個過程就既簡化了實驗操作，又直觀而準(zhǔn)確地得出了結(jié)論。開展數(shù)字化實驗還可以提高實驗的可視度，例如，磁體周圍存在磁場比較抽象，看不見和摸不著，可以借助磁場傳感器測出磁體周圍磁場的強(qiáng)弱的數(shù)據(jù)；探究摩擦力跟哪些因素有關(guān)的實驗，我們可以借助力的傳感器呈現(xiàn)實驗過程中拉力的大小隨時間變化的曲線；在探究力的相互作用的實驗教學(xué)中，學(xué)生在看到一對相互作用力大小相等時，會永遠(yuǎn)銘記在心。數(shù)字化實驗教學(xué)可以使抽象的概念變得具體形象，有助于學(xué)生加深對概念的理解。我們教師應(yīng)在實踐中不斷增加自身的知識儲備，開展“數(shù)字化”教學(xué)，順應(yīng)科技與教學(xué)的融合趨勢，進(jìn)一步改善科學(xué)實驗教學(xué)中的弊端和不足。

綜上所述，在初中科學(xué)實驗教學(xué)中實施強(qiáng)化、優(yōu)化、數(shù)字化實驗教學(xué)，有利于拓展實驗教學(xué)的活力和途徑，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和操作能力，開拓學(xué)生思維，使其掌握探究的方法。我們教師在具體教學(xué)過程中，應(yīng)順應(yīng)學(xué)生的學(xué)情，摸索出一套行之有效的實驗教學(xué)策略和方法，以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

編輯/佟馨E-mail：1010381257@qq.com