科學實驗探究型拓展課的實施策略

朱曉明

摘 要：在省廳文件的引導下，各校充分利用學科特點并結合學校實際情況積極開展各類拓展課。根據(jù)科學的學科特點及學生的實際學情，分別從聯(lián)系生活情境、聯(lián)系科學教材、聯(lián)系科學史三個維度闡述科學實驗探究型拓展課的開發(fā)，旨在培養(yǎng)學生的學習興趣，拓展學生的知識面。

關鍵詞：實驗探究；拓展；創(chuàng)新；科學史

一、研究背景及現(xiàn)狀分析

教育要適應社會日新月異的變化，課程改革勢在必行。為進一步加快基礎教育發(fā)展，提高學生的核心素養(yǎng)，浙江省教育廳于2015年下發(fā)《關于深化義務教育課程改革的指導意見》，文件提出在原來的基礎課程的基礎上，學校應積極開設拓展性課程，使學生在知識類、藝術類方面得到拓展提升。

在省廳文件精神的引導下，各校的拓展性課程迅速開展起來，如：趣味國畫、民族文化、創(chuàng)意工藝、電刊編輯、風荷舞蹈、快樂足球等等，面對如此豐富的課程，學生的學習熱情空前高漲。在運動場上能看到學生朝氣蓬勃的身影，在音樂教室能聽到學生優(yōu)美的歌聲……

可在如此熱鬧的情境下也存在一些不和諧的畫面，如生命科學、應用物理、趣味化學等知識性拓展卻無人問津。造成這樣的現(xiàn)狀，筆者認為有以下幾方面原因：

第一，有些教師對知識性拓展的理解存在偏差，單純地認為就是知識的訓練。在他們的拓展課上就是不斷地做題、講題。將拓展課上成了復習課，這樣的拓展課無法有效拓寬學生的知識面，激發(fā)學生的學習興趣。

第二，有些教師能根據(jù)自己的特長及愛好開展拓展性課程，但起點較高不利于學生拓展。這樣的拓展課讓學生感到困惑，不利于學生自信心的提高，也不利于激發(fā)學生的興趣，這樣的拓展課自然也得不到學生的青睞。

可見，科學拓展課的開發(fā)僅憑教師的個人想法是無法真正達到拓展學生知識面，激發(fā)學生學習興趣的目的的。因此要想開設一堂成功的科學拓展課必須從科學的學科特點及學生的實際學情出發(fā)。由于科學是一門生活化的學科，科學最大的特點就是通過實驗探究引導學生認識科學本質(zhì)。又由于初中生的心理特點不夠成熟，因此也需要用實驗來吸引他們對學習科學的注意力，培養(yǎng)學習科學的興趣。另外，初中生的抽象思維能力還處在初步發(fā)展階段，因此更需要用實驗為他們科學抽象能力的培養(yǎng)搭建橋梁。綜上所述，筆者認為通過開發(fā)科學實驗探究型拓展課，達到拓展學生知識面、激發(fā)學生的學習興趣是具有可行性的。

二、實施策略

（一）聯(lián)系生活實際，開發(fā)情境化實驗

1.開發(fā)情境化實驗，感受科學就在身邊

科學來源于生活，各種生活情境中都蘊含著科學原理。作為科學拓展課，更應該結合生活并通過一些生活化的情境分析，讓學生感受科學就在身邊。隨著人們生活水平的不斷提高，許多的餐飲商家為了能吸引顧客，菜品不斷推陳出新，下面就讓我們一起探究這些美味佳肴背后的科學原理吧。

情境一：紙鍋飯的原理

在一個紙盒子里放上水，然后用酒精燈對這個紙盒進行加熱，直到水燒開，觀察紙盒子會不會燒起來。先讓學生思考，然后請學生動手實驗。學生驚奇地發(fā)現(xiàn)紙盒子真的沒有燒起來，那是為什么呢？這時課堂氣氛開始活躍起來，有同學認為“紙要是燒起來，水就會把火澆滅”。是否真是這樣的？下面再提供給學生以下信息，酒精燈的火焰溫度大約為600℃，普通紙的著火點約為130～250℃，而水在標準大氣壓下的沸點為100℃。有了這些信息再結合沸騰的特點，學生就能很好地解釋紙鍋飯能把飯煮熟而紙不會燒著的原因。由于紙吸收的熱量傳遞給水，使水的溫度升高并達到沸點，水在沸騰時仍要從鍋底吸收熱量但溫度保持不變，從而使紙的溫度達不到著火點。

情境二：石爆豬肝的原理

課前學生通過各種途徑的查詢對于這道菜的做法已經(jīng)有所了解，但是對于油中煮沸的石頭是否真能把豬肝煮熟，學生心中仍是將信將疑，為此我引導學生設計如下的情境實驗。

將鋁箔紙鋪在盤子上，然后將切好的豬肝薄片鋪在鋁箔紙上，再將洗干凈的鵝卵石放入油鍋中煮沸，然后撈起石頭迅速放在豬肝薄片上并進行適當?shù)臄嚢琛Ｍ瑢W們驚奇地發(fā)現(xiàn)豬肝瞬間被石頭煮熟。通過實驗演示能夠很好地讓學生認識石爆豬肝的科學原理。油鍋中煮沸的石頭溫度高、內(nèi)能大，當它與豬肝接觸的過程中，由于熱傳遞將熱量傳遞給豬肝，豬肝得到熱量，內(nèi)能增大溫度升高，就這樣被煮熟了。

基于學生生活的體驗，通過開發(fā)這兩個情境化的拓展實驗讓學生體驗了美食中蘊含的科學原理，感受到科學就在身邊。這樣的科學實驗拓展課對于培養(yǎng)學生觀察生活的能力，提高學習的興趣，提升學生的核心素養(yǎng)有積極的促進作用。

2.開發(fā)情境化實驗，拓展學生知識面

光是一種神奇的物質(zhì)，太陽光不僅可以給我們帶來光明，而且還能為我們?nèi)祟愖龊芏嘤幸饬x的事。對光學的學習，學生的興趣是很濃的，經(jīng)過七年級下第二章第四節(jié)《光和顏色》的學習，學生已經(jīng)知道看清物體是由于光反射進入我們眼睛所形成的像以及透明、不透明物體顏色的成因。基于學生已有的這些科學知識以及學生的生活體驗，筆者也專門開設一節(jié)“相機中的科學”為主題的情境實驗拓展課。

情境一：探究相機的成像原理

關閉教室電燈并拉上窗簾，用關閉閃光功能的手機完成一張自拍照，然后打開電燈和窗簾再完成一張自拍照。通過實驗學生發(fā)現(xiàn)第一張自拍照全黑，第二張自拍照正常，進而引導學生分析原因。第一張自拍照在黑暗條件下拍攝，沒有光線照到身上，所以就沒有反射光線進入相機。第二張照片有光線照到身上再反射到相機就形成正常的照片。

學生通過這兩張自拍照的對比發(fā)現(xiàn)相機的成像原理是由于被拍攝的物體發(fā)出或反射的光線進入相機而形成的，反之沒有光線或很少光線進入相機則不能成像或成像較暗。

情境二：探究濾鏡原理

打開手機的相機功能，讓學生將不同顏色的透明塑料片緊貼手機攝像頭并完成拍照。通過實驗學生發(fā)現(xiàn)將綠色塑料片貼在攝像頭前拍攝的照片呈綠色，將藍色塑料片貼在攝像頭前拍攝的照片呈藍色，將紅色塑料片貼在攝像頭前拍攝的照片呈紅色。這是為什么呢？進而引導學生利用已有知識進行分析。由于經(jīng)過這些塑料片以后進入相機的光線就是對應的單色光，照片上就呈現(xiàn)出與塑料片相同的顏色。

通過以上的模擬情境實驗，學生就能明白濾鏡的原理是利用濾鏡自身的顏色使相應的單色光通過，從而使拍攝的照片也呈相應的顏色。

情境三：探究色彩多變的表演服形成原理

學生在日常生活中發(fā)現(xiàn)舞臺上的表演者穿著同一套衣服，但在不同的燈光下衣服的顏色也隨之改變，學生對此充滿好奇心。為此給學生提供手機、不同顏色的塑料瓶和紙衣服，讓學生自行探究。首先，學生會打開手機的電筒功能并將塑料片緊貼在電筒前就得到一束單色光，然后將這束單色光照到“白衣服”上?！鞍滓路本统尸F(xiàn)出與單色光一致的顏色，逐步更換不同的塑料片，學生驚奇地發(fā)現(xiàn)“白衣服”的顏色也隨之改變。實驗進行到此，學生就能很好地解釋色彩多變的表演服形成原理是由于將單色光照射到白紙上被白紙反射而形成的。

基于學生對光學的興趣和對相機的熱愛，通過開發(fā)這三個情境化的拓展實驗，讓學生認識相機中的科學。通過實驗拓展學生的知識面，開拓學生的思維，激發(fā)學生用科學的眼光看待生活中的各種現(xiàn)象。

（二）聯(lián)系科學教材，開發(fā)創(chuàng)新化實驗

1.開發(fā)創(chuàng)新化實驗，拓展學生對知識的理解

由于教學內(nèi)容和學生個體的差異，科學教學僅僅依靠課堂教學是不夠的?？茖W實驗拓展課是日常課堂教學在時間和空間上的延伸。對于一些抽象的難以理解的科學知識，由于課堂時間有限，學生總會存在較大的困惑。如果能將此知識再給學生設計一堂實驗探究課，那么能更好地幫助學生對科學知識的理解。

例如，七年級下第四章第三節(jié)《地球的繞日運動》一課中，由于課堂時間有限，教師僅能依靠教材、課件中的有關文字、圖片及板書方式進行課堂教學，但“太陽高度角”的空間抽象性較強，僅依靠這些方式不利于七年級學生對知識的理解。因此，筆者專門制作實驗器材開設拓展實驗探究幫助學生理解該知識。

自制器材簡介：釘子模擬旗桿，平板模擬地面，板上標有南、北回歸線及赤道，手電筒模擬太陽，手電筒可以在半圓環(huán)上移動，半圓環(huán)模擬太陽東升西落的軌跡，圓環(huán)帶著手電筒在板兩側(cè)的軌道上移動。

活動一：探究同一地點一天內(nèi)不同時刻桿影的變化規(guī)律及原因

實驗方案：把釘子放在4處（模擬4處的一根旗桿），將圓環(huán)保持在南北回歸線之間的某一處不動，將手電筒從半圓的一側(cè)沿著半圓環(huán)移到另一側(cè)（模擬太陽的東升西落），觀察釘子影子的變化規(guī)律。

活動二：探究同一天不同緯度正午太陽高度角變化規(guī)律及原因

實驗方案：把三枚釘子放在①、②、③三個不同位子（模擬不同緯度的旗桿），將圓環(huán)保持在南北回歸線之間的某一處不動，將手電筒保持在圓環(huán)的中間位置（模擬正午太陽），通過觀察釘子影子的變化規(guī)律認識同一天不同緯度正午太陽高度角變化規(guī)律。

活動三：探究杭州正午太陽高度角年變化規(guī)律及原因

實驗方案：把一枚釘子放在“杭州”位置，將手電筒保持在圓環(huán)的中間位置（模擬正午太陽），將圓環(huán)在南北回歸線之間移動（模擬太陽直射點移動），通過觀察釘子影子的變化規(guī)律認識一年內(nèi)杭州正午太陽高度角隨季節(jié)的變化規(guī)律。

介于學生實際學情結合教材制作了這樣一套教具，學生借助自制教具開展拓展實驗探究活動，使抽象的空間原理轉(zhuǎn)化為看得見的實驗現(xiàn)象，通過實驗有助于學生理解太陽高度角的變化，激發(fā)學生的學習興趣。這樣的拓展課才是學生最想要的。

2.開發(fā)創(chuàng)新化實驗，為學生應用科學知識提供舞臺

通過科學教材的學習，學生掌握了許多科學知識，并能熟練地運用它們解釋一些生活現(xiàn)象。如，制作水火箭是利用力的作用是相互的科學原理，指南針的制作是利用磁化的科學原理，熱氣球是利用浮力的原理，等等。但是學生對于如何成功制作一個水火箭、指南針、熱氣球充滿好奇，因此我們的科學實驗拓展課應該成為學生應用科學知識的舞臺。

實驗：簡單熱氣球的制作

根據(jù)熱氣球的工作原理：通過加熱使部分空氣逸出，氣球內(nèi)的熱空氣密度減小，重力也隨之減小，當重力小于浮力時就能飛起來。

課前讓學生圍繞如何讓你的熱氣球成功升空進行大討論，大家一致認為應該減輕熱氣球的自重并增大浮力。接下來提供給學生以下器材：垃圾袋、生日小蠟燭、吸管、鐵絲、鐵片、火柴、雙面膠若干。讓學生從以上器材中選擇合適的器材制作熱氣球并讓它成功升空。各小組在組長的帶領下進行草圖設計，并通過小組的協(xié)作都能順利制作好簡易熱氣球。最后進入學生最期待的放飛熱氣球階段，如圖2所示，有些組的熱氣球成功放飛，有些組的熱氣球卻不能放飛。這時課堂氣氛活躍萬分，學生的目光都聚焦在這幾個成功升起的熱氣球上。沒有放飛的小組在這種氣氛的鼓舞下積極尋找問題排除各種障礙，也成功地放飛熱氣球。進而引導學生分析原因，學生的回答如下：“我們用鐵絲做支架，重力太大就飛不起來，改用吸管做支架就飛起來了?！薄拔覀?yōu)榱藴p小帶內(nèi)空氣的密度用4支蠟燭來加熱帶內(nèi)的空氣，導致裝置重力過大無法放飛，改為1支蠟燭大大減輕裝置的自重就能飛起來了?！薄拔覀冞x用的垃圾袋太小浮力不夠，在裝置重力不變的情況下我們改用大垃圾袋增大浮力就成功放飛了?！薄?/p>

聽聽學生的分析就能感受到學生通過實驗探究已經(jīng)能夠很好地運用所學的科學知識開發(fā)創(chuàng)新化學實驗。當然成功的背后肯定離不開實驗拓展課為學生提供的這個舞臺。

由此可見，科學實驗拓展課必須以科學教材為基礎，否則科學拓展課就是空中樓閣。同時科學教材也要為學生科學拓展提供知識支撐，科學實驗拓展課要為學生理解教材知識、運用知識提供舞臺。只有將兩者緊密結合起來才能更好地激發(fā)學生的興趣，提高學生的實踐能力和協(xié)作精神，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

（三）聯(lián)系科學發(fā)展史，引導學生認識科學本質(zhì)

科學是一個開放的系統(tǒng)，科學結論的得出是一個不斷被修正和補充的過程。在拓展課中融入科學發(fā)展史不僅可以引導學生逐步認識科學本質(zhì)，還可以使學生體會探索自然奧秘的艱辛，培養(yǎng)學生不折不撓的探索精神和科學態(tài)度。

學生學習了光的反射和折射等知識后存在一個很大的困惑，那就是光到底是什么，為此筆者開設了一堂“光到底是什么”的實驗拓展課為學生解惑。

實驗1：比較小球反彈路線和光的反射光線

在光滑的玻璃板上將小球從側(cè)面以某一角度去撞擊光滑的擋板發(fā)生反彈，畫出小球反彈的運動軌跡。再將一束光沿小球撞擊的方向入射，發(fā)現(xiàn)反射光線與小球反彈路線基本一致。通過兩個路線的比較引導學生猜想光可能是什么。那么學生很快就會想到光可能是由像小球那樣的微粒組成的，進而再向?qū)W生介紹牛頓提出的“微粒說”，即光是從光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒。

實驗2：比較兩球相遇和兩束光相遇后的運動軌跡

在光滑的玻璃板上將兩個來自不同方向的小球進行多次碰撞實驗，發(fā)現(xiàn)小球碰撞后的運動軌跡都發(fā)生改變。依據(jù)此實驗可以讓學生猜想一下兩束光相遇后會發(fā)生怎樣的變化。有些學生不假思索地回答：“兩束光相遇后的運動軌跡也會發(fā)生改變。”緊接著讓學生進行實驗，多次實驗發(fā)現(xiàn)從不同方向照射過來的兩束光相遇后互不影響仍能沿原來的方向前進。這樣的結果與兩球碰撞后的結果不同，再次向?qū)W生提問：“光真的是由微粒組成的嗎？”此時學生有些不知所措，進而引導學生進行實驗3繼續(xù)探究。

實驗3：楊氏雙縫實驗

如圖3所示，將一束光射向白紙上的小孔，再經(jīng)過后面白紙上開的兩個縫，觀察光屏上呈現(xiàn)的現(xiàn)象。學生驚奇地發(fā)現(xiàn)在光屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋。教師再補充介紹此實驗就是著名的楊氏雙縫實驗，根據(jù)光屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋可以說明光并不是一種粒子，而具備波的特性。光就像聲音一樣是以波的形式進行傳播的。通過實驗3得出光的波動說就能很好地解釋實驗2中兩束光相遇后彼此交叉而過仍沿原來的方向運動。

拓展實驗探究進行到此學生自感心中的疑惑已經(jīng)解決。此時教師再拋出問題：你們能解釋一下影子形成的原因嗎？學生頓時發(fā)現(xiàn)用光的波動說卻無法解釋，有些學生又想到了牛頓的微粒說。那光到底是什么呢？學生進入了激烈的辯論中……

教師借此契機引入愛因斯坦的波粒二象性，此時學生聽得茅塞頓開，心中的疑惑瞬間散去。

由于一代科學家的不懈努力，人類的認知在不斷地進步。因此在科學實驗拓展課中適當?shù)匾肟茖W發(fā)展史，讓學生了解科學知識的形成和發(fā)展過程，將有助于學生更好地認識科學本質(zhì)，提高核心素養(yǎng)。

三、成效

科學實驗探究型拓展課從學生的實際學情出發(fā)，經(jīng)過教師的認真鉆研而開設，通過近兩年的實踐也取得了一定的成效。首先達到《關于深化義務教育課程改革的指導意見》所提出的拓展學生的知識面，激發(fā)學生的學習興趣。其次使學生養(yǎng)成用科學的眼光去看待生活現(xiàn)象的習慣，逐步形成科學探究意識和創(chuàng)新意識。再次，通過科學探究型拓展課的學習使學生的實驗設計能力、動手實踐能力得到提升，對于實際問題解決能力也得到拓展，進而也使學生的核心素養(yǎng)在實驗拓展課中得到提升。

隨著拓展課程改革的不斷深入，相信科學實驗探究型拓展課將獲得更大的發(fā)展空間，為真正實現(xiàn)拓展學生的知識面，激發(fā)學生的學習興趣，提升學生的核心素養(yǎng)發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

[1]張紅霞.科學究竟是什么[M].教育科學出版社，2003.

[2]丁谷一，孫雙金.重建課堂文化[M].北京：教育科學出版社，2009.

[3]勵蘭英.新課程初中科學說課稿精選[M].寧波：寧波出版社，2009.

[4]易明.普通物理學教程光學[M].北京：高等教育出版社，2004.