“科學(xué)實(shí)驗(yàn)”在初中科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略

陳慶旦

浙江省溫州市繡山中學(xué) 浙江 溫州 325000

科學(xué)是一門綜合理科,它是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。《辭?！穼?duì)“實(shí)驗(yàn)”的解釋是這樣的：根據(jù)一定目的,運(yùn)用儀器、設(shè)備等必要的手段,在人為的條件控制下,模擬自然現(xiàn)象,觀察研究事物本質(zhì)和規(guī)律的一種實(shí)踐活動(dòng)?？杉兓⒑?jiǎn)化或強(qiáng)化和再現(xiàn)科學(xué)研究對(duì)象,可延緩或加速自然過(guò)程。它是科學(xué)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ),也是判斷認(rèn)識(shí)是否具有真理性的標(biāo)準(zhǔn)。

一、科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

1.學(xué)校、教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不重視。目前有部分學(xué)校教學(xué)班和學(xué)生數(shù)多,實(shí)驗(yàn)室數(shù)量少,設(shè)備陳舊不完善,教學(xué)任務(wù)緊,從而導(dǎo)致部分科學(xué)教師在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中少做實(shí)驗(yàn)或不做實(shí)驗(yàn),將學(xué)生實(shí)驗(yàn)用演示來(lái)代替,演示實(shí)驗(yàn)用多媒體動(dòng)畫來(lái)代替或直接講解,無(wú)法保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

2.教學(xué)方法和理念的錯(cuò)位。許多教師做實(shí)驗(yàn),雖然給了實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì),但實(shí)驗(yàn)時(shí),其實(shí)是解釋實(shí)驗(yàn)步驟,引導(dǎo)學(xué)生了解本課程的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?老師沒(méi)有深入研究教材,沒(méi)有說(shuō)清楚為什么這樣做實(shí)驗(yàn)。因此造成了只記住了實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)論,嚴(yán)重阻礙學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手動(dòng)腦能力,與新的教學(xué)理念是相違背的。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)不全面。教學(xué)評(píng)價(jià)是教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)的反饋,而不是教學(xué)目的的一種手段。評(píng)價(jià)不僅支配著教師采用哪種教學(xué)模式,教學(xué)方法,而且也制約了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性,態(tài)度和行為,它已成為影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要因素。中學(xué)教師評(píng)估學(xué)生一般采用兩種方法：一是書面形式,考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果或理論的掌握;二是操作觀察,考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。但實(shí)際采用的多是書面考核,教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)后只要收取實(shí)驗(yàn)報(bào)告即可,因?yàn)樗?jiǎn)便省時(shí),但其局限性也是顯而易見(jiàn)的;而第二種形式往往是突擊性的應(yīng)付上級(jí)檢查或畢業(yè)班實(shí)驗(yàn)操作考核時(shí)才采用的。學(xué)生通過(guò)這樣的訓(xùn)練,是很難促進(jìn)學(xué)生能力的發(fā)展的。

二、科學(xué)實(shí)驗(yàn)在初中科學(xué)教學(xué)中的地位

1.科學(xué)實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)內(nèi)容?？茖W(xué)是實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門,因而科學(xué)實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)內(nèi)容。常規(guī)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)主要包括基本實(shí)驗(yàn)原理、基本實(shí)驗(yàn)方法、基本實(shí)驗(yàn)技能的教學(xué),探究性實(shí)驗(yàn)除上述基本實(shí)驗(yàn)所具有的教學(xué)內(nèi)容外,更注重的是學(xué)生的探究過(guò)程。它很好地體現(xiàn)了科學(xué)教學(xué)的三維目標(biāo)。

2.科學(xué)實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)方法?？茖W(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的綜合理科,它不僅給學(xué)生展示科學(xué)知識(shí),更重要的是讓學(xué)生明白探究科學(xué)本質(zhì)的過(guò)程,體會(huì)科學(xué)的方法。而科學(xué)實(shí)驗(yàn)就是能讓學(xué)生體驗(yàn)獲取知識(shí)和科學(xué)本質(zhì)的重要方法。正所謂：“千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清,一做實(shí)驗(yàn)便分明”。

3.科學(xué)實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)手段。教學(xué)手段主要是指教師用以傳授知識(shí)和培養(yǎng)學(xué)生能力的一切材料、工具、器材和設(shè)備,國(guó)外統(tǒng)稱之為教師與學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的媒體。教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)器材與設(shè)備,引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方案,從而發(fā)現(xiàn)科學(xué)本質(zhì),是科學(xué)教學(xué)的重要手段。

4.實(shí)驗(yàn)在教材中分布情況。浙江教育出版社出版的《科學(xué)》(朱清時(shí)主編)中,共有六冊(cè)。其中有活動(dòng)、探究、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和教師演示實(shí)驗(yàn),內(nèi)容分布廣,數(shù)量多。大部分的實(shí)驗(yàn)是學(xué)生認(rèn)知過(guò)程比不可少的途徑,也是科學(xué)原理建立的基礎(chǔ)。

三、科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用

1.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。心理學(xué)原理告訴我們,學(xué)習(xí)最好的方法和目的是在于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,高度發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。學(xué)生對(duì)課文中的理論學(xué)習(xí)缺乏興趣,而實(shí)踐教學(xué)過(guò)程則能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、參與意識(shí)和表現(xiàn)意識(shí),實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)理論的最好方法,而理論又是指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的最好依據(jù)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生更形象生動(dòng)地掌握了原來(lái)枯燥無(wú)味的理論知識(shí),又鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力,從而最大限度地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此,重視和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵。

2.加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)方法的訓(xùn)練。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)生像科學(xué)家那樣去觀察周圍的事物,用實(shí)驗(yàn)的方法去驗(yàn)證事物的屬性,發(fā)現(xiàn)事物的變化、聯(lián)系和規(guī)律。教師可以通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生由內(nèi)到位、由表及里的觀察實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象,再?gòu)膶?shí)驗(yàn)現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生思考科學(xué)的本質(zhì)。因此通過(guò)實(shí)驗(yàn)活動(dòng),能使學(xué)生得到科學(xué)研究方法的訓(xùn)練。

3.促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了感性認(rèn)識(shí)的材料。比如在講授壓力作用效果與受力面積之間的關(guān)系時(shí),讓學(xué)生拿一根一端削尖而另一端較平的鉛筆,左右手?jǐn)D壓筆的兩端,并讓他們說(shuō)出自己的感覺(jué)。(如右圖所示)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力與創(chuàng)造能力;在進(jìn)行觀察中,要具備一定的觀察方法,要有敏銳細(xì)致的觀察力,能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力;在實(shí)際操作中,能培養(yǎng)組織能力、動(dòng)手能力、解決問(wèn)題的能力等;在進(jìn)行信息分析與處理時(shí),能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力及運(yùn)用數(shù)學(xué)的能力;在研究原因、結(jié)果、形成概念的過(guò)程中,能培養(yǎng)學(xué)生分析、歸納等邏輯思維能力。通過(guò)誤差原因分析,能培養(yǎng)學(xué)生的分析能力;通過(guò)探究性實(shí)驗(yàn),能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

四、科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本原則

1.科學(xué)性原則

(1)規(guī)范使用實(shí)驗(yàn)儀器,培養(yǎng)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。為了保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器,使測(cè)量的結(jié)果更精確,結(jié)論更具有普遍性,必須要規(guī)范使用實(shí)驗(yàn)器材。比如：使用天平時(shí),必須要做到“左物右碼”這樣才能正確讀數(shù);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(jì)測(cè)量精確,溫度計(jì)不得碰到燒杯底部。還有,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,必須要培養(yǎng)學(xué)生由表及里、由內(nèi)到外的觀察順序,搭建實(shí)驗(yàn)儀器時(shí),要嚴(yán)格按照自下而上、從左到右的順序進(jìn)行操作。

(2)實(shí)事求是,正確描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,尊重事實(shí),不可隨意捏造實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象甚至杜撰測(cè)量數(shù)據(jù)。比如在“比較花生、牛肉干和大米中能量的多少”的實(shí)驗(yàn)中,由于食物燃燒不充分和熱量的散失導(dǎo)致數(shù)據(jù)的誤差很大;在“研究串聯(lián)電路中的電壓特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)中,由于導(dǎo)線存在電阻,導(dǎo)致電源電壓稍大于兩個(gè)電阻兩段電壓之和。有個(gè)別教師和學(xué)生為了達(dá)到某種“目的”而更改數(shù)據(jù),不尊重實(shí)驗(yàn)的事實(shí),違背了科學(xué)學(xué)習(xí)的實(shí)事求是的精神。

2.顯效性原則。在教學(xué)過(guò)程中,一些實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象不夠明顯,學(xué)生無(wú)法得到直觀感受。比如在“聲音的產(chǎn)生”實(shí)驗(yàn)中,教師如果能采用將點(diǎn)燃的蠟燭防止在喇叭旁邊,學(xué)生就非常直觀地從火焰的擺動(dòng)來(lái)感受到物體的振動(dòng)。這樣顯效的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就能很好將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能發(fā)揮到最大。

3.簡(jiǎn)明性原則。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,為了突出實(shí)驗(yàn)對(duì)象,實(shí)驗(yàn)器材必須盡可能簡(jiǎn)明扼要,減少不必要的干擾。比如在“研究壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中,如果教師采用的實(shí)驗(yàn),學(xué)生在分析時(shí)可能會(huì)受漏斗的干擾,而另一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象突出,干擾少,學(xué)生很容易從現(xiàn)象看到本質(zhì)。

4.安全性原則。實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)程中,鏡筒下降時(shí),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(shí)驗(yàn)中,防止實(shí)驗(yàn)爆炸,必須要做到先同氫氣再點(diǎn)燃酒精燈;在“伏安法測(cè)量電阻”實(shí)驗(yàn)中,為防止電路中電流過(guò)大,滑動(dòng)變阻器一開始必須處于最大阻值處;在“使用天文望遠(yuǎn)鏡”的實(shí)驗(yàn)中,不允許對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)進(jìn)行觀測(cè),以免導(dǎo)致視網(wǎng)膜受傷。

五、科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施途徑

1.科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本環(huán)節(jié)。一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)原理是核心,實(shí)驗(yàn)條件是前提,實(shí)驗(yàn)裝置是基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)操作是保證,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是結(jié)果。比如在“氫氣還原氧化銅”的實(shí)驗(yàn)中,2Cu O＋H2＝△＝2Cu＋H2O 是實(shí)驗(yàn)的原理,加熱是實(shí)驗(yàn)條件,采用如圖實(shí)驗(yàn)裝置,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,為了保證實(shí)驗(yàn)的安全、成功,必須要做到實(shí)驗(yàn)前“先通后點(diǎn)”,實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)要“先滅后撤”的操作順序,最后觀察會(huì)觀察到試管內(nèi)壁出現(xiàn)亮紅色的物質(zhì)。

2.科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的常用方法

(1)比較法。為了突出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)過(guò)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(yáng)光”的實(shí)驗(yàn)中,我們就采用遮光與不遮光的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果的橫向?qū)Ρ?從而突出光合作用是否需要陽(yáng)光;在“氫氣還原氧化銅”的實(shí)驗(yàn)中,我們將實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)出現(xiàn)的亮紅色與原來(lái)的黑色進(jìn)行縱向比較,從而發(fā)現(xiàn)該過(guò)程中生成了新的物質(zhì)。

但是,有些實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,我們同時(shí)采用橫向比較和縱向比較。比如：“種子萌發(fā)的條件”實(shí)驗(yàn)中,既要講三顆種子進(jìn)行橫向比較,又要講幾天后種子萌發(fā)的情況進(jìn)行縱向比較,才能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

(2)轉(zhuǎn)換法。在科學(xué)研究過(guò)程中,有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法用我們的感覺(jué)器官直接去感知,我們往往采用一定方法進(jìn)行轉(zhuǎn)化。比如：“比較幾種食物中的能量多少”的實(shí)驗(yàn)中,我們可以采用加熱食物,使等量的水升高溫度的多少來(lái)比較食物中所含的能量;為了比較電磁鐵的磁性強(qiáng)弱,我們可以采用比較吸引的大頭針數(shù)目;為了讓學(xué)生感知一個(gè)物體動(dòng)能的大小,我們可以比較小球推動(dòng)木塊的距離的多少來(lái)分析。這種方法能很好地將無(wú)法感知的量轉(zhuǎn)化為可感知、可測(cè)量的量,從而是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀、更精確。

(3)放大法。針對(duì)部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯,我們往往采用微小放大的方法將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯現(xiàn)出來(lái),讓更多的學(xué)生更直觀地觀察,有時(shí)也能減小測(cè)量的實(shí)驗(yàn)誤差,如右圖所示的“累積測(cè)量”的方法。

(4)模型法。科學(xué)研究的范圍非常廣,大到宇宙天體,小到細(xì)胞分子。為了能讓學(xué)生有直觀感受,教師往往采用模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn),比如DNA 分子的模型、地球儀。還有在研究人體器官結(jié)構(gòu)和生理過(guò)程時(shí),我們也必須采用模型的方法。比如：研究“人體的呼吸運(yùn)動(dòng)”的過(guò)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(dòng)橡皮膜從而導(dǎo)致氣球大小的變化來(lái)模擬肺吸氣和呼氣的過(guò)程。

3.科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)和創(chuàng)新。為了使實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中發(fā)揮更大的作用,教師在必要的時(shí)候必須對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗倪M(jìn),打破常規(guī)實(shí)驗(yàn)。

(1)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材和材料。古人云：“工欲善其事,必先利其器?！弊寣?shí)驗(yàn)效果更加明顯的必要條件是選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材。筆者曾對(duì)《陽(yáng)光的傳播》中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置(器材)和實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行了改進(jìn),獲得較好的效果.

(2)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方式和過(guò)程。初中科學(xué)的實(shí)驗(yàn)分為演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)過(guò)程中可以視教學(xué)需要、實(shí)驗(yàn)操作的難易、實(shí)驗(yàn)的能見(jiàn)度等實(shí)際情況,將演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生實(shí)驗(yàn),將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探索性實(shí)驗(yàn),課內(nèi)實(shí)驗(yàn)改為課外實(shí)驗(yàn)。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)本身就是為解決問(wèn)題而設(shè)置,當(dāng)學(xué)生的認(rèn)知推理存在障礙時(shí),教師引導(dǎo)他們利用身邊的器材模擬實(shí)際問(wèn)題來(lái)進(jìn)行研究,才能使問(wèn)題迎刃而解。實(shí)驗(yàn)教學(xué)決不能讓教師唱獨(dú)角戲,上表中的實(shí)驗(yàn)(2)筆者不僅采用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),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(xué)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和原有的認(rèn)知發(fā)生沖突,再交換實(shí)驗(yàn)器材再次實(shí)驗(yàn),最后才通過(guò)交流、分析、總結(jié)。這樣的實(shí)驗(yàn)在方式上進(jìn)行改進(jìn)適合學(xué)生的好動(dòng)和好奇的心理特征,不同小組的實(shí)驗(yàn)器材不同,但現(xiàn)象是相同的,起到異曲同工的作用。同時(shí),分組實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度和自主性都是演示實(shí)驗(yàn)無(wú)法達(dá)到的。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課外延伸。實(shí)驗(yàn)雖然是科學(xué)教學(xué)比不可少的一部分,但是光靠課堂內(nèi)的實(shí)驗(yàn),絕對(duì)不能滿足孩子們的求知欲,無(wú)法完全開發(fā)孩子的潛能。因此,教師在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中,必須引導(dǎo)孩子在課外進(jìn)行一些力所能及的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。比如：課堂上的部分實(shí)驗(yàn),可以事先布置讓孩子利用家庭中的一些廢舊物品來(lái)開展實(shí)驗(yàn),寫成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,在課堂上進(jìn)行匯報(bào)或展覽(例如：密度計(jì)的制作、雞蛋殼和食醋的反應(yīng)、種子的萌發(fā)和根的向地性實(shí)驗(yàn)等等)

當(dāng)然,除了布置一些小實(shí)驗(yàn)的同時(shí),也可以根據(jù)孩子的具體情況購(gòu)買或自制一些實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)材料、藥品建立家庭實(shí)驗(yàn)室。這樣能讓孩子的實(shí)驗(yàn)操作能力和探究能力得以進(jìn)一步提高,全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

總之,科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中科學(xué)教學(xué)一項(xiàng)重要內(nèi)容、教學(xué)手段,只有充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源,挖掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)過(guò)程中的培養(yǎng)和開發(fā)學(xué)生思維的手段,遵守實(shí)驗(yàn)教學(xué)的原則,認(rèn)真研究實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié),優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置,選擇實(shí)驗(yàn)材料,調(diào)整實(shí)驗(yàn)步驟,分析實(shí)驗(yàn)原理,讓課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外探究解密結(jié)合,讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)在空間上得以充分?jǐn)U展、時(shí)間上得以無(wú)限延伸,才能真正實(shí)現(xiàn)“知識(shí)與智能”“教學(xué)與發(fā)展”的相互統(tǒng)一,才能真正培養(yǎng)出“知識(shí)與能力并進(jìn)”“創(chuàng)新與發(fā)展統(tǒng)一”的時(shí)代接班人。