基于核心素養(yǎng)的科學(xué)課堂實驗“意外”的運用策略

金春燕

(海鹽縣百步中學(xué) 浙江嘉興 314313)

初中科學(xué)課程是以對科學(xué)本質(zhì)的認識為基礎(chǔ),以提高學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)為宗旨的綜合課程，其總目標是提高每個學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)?？茖W(xué)核心素養(yǎng)包括：科學(xué)探究，科學(xué)知識與技能、科學(xué)態(tài)度與情感價值觀，對科學(xué)、技術(shù)與社會三者關(guān)系的理解，而科學(xué)探究是科學(xué)的核心,是科學(xué)的本質(zhì)特征[1]?？茖W(xué)探究大多以科學(xué)實驗為載體開展。因此，科學(xué)實驗在初中科學(xué)教學(xué)中占有極其重要的地位,它可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習科學(xué)的興趣，體會科學(xué)探究的方法，幫助學(xué)生理解科學(xué)知識，提高學(xué)生的觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題的能力以及實驗創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。初中科學(xué)實驗形式多樣，內(nèi)容豐富多彩，在科學(xué)教學(xué)中充分發(fā)揮著良好的教學(xué)的功能，是幫助教師提高科學(xué)教學(xué)質(zhì)量的有效途徑，是探索科學(xué)知識的重要方法，是理解科學(xué)知識的基礎(chǔ)[2]。在實際的課堂實驗教學(xué)中即使認真準備實驗器材，還是不可避免地會出現(xiàn)各種課堂實驗“意外”，這些“意外”產(chǎn)生往往能帶給學(xué)生更多的思維碰撞，更好地激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的探究興趣，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。如果教師一味的回避實驗意外，不及時加以正確引導(dǎo)，會讓學(xué)生錯誤的認為遇到問題不必進一步探究，非常不利于學(xué)生在科學(xué)學(xué)習中形成嚴肅謹慎的科學(xué)學(xué)習態(tài)度，還會給學(xué)生留下知識的盲點，也有可能讓學(xué)生對教師的專業(yè)水平有所懷疑，不再信任教師，最后對整個科學(xué)教學(xué)失去信心。因此，教師有效利用“課堂實驗意外”開展教學(xué)是非常必要和有意義的。

一、實驗“意外”產(chǎn)生的原因

（一）專業(yè)知識的局限性

因為初中科學(xué)是綜合性很強的一門學(xué)科，它包括了生命科學(xué)、化學(xué)、物理、地球與宇宙等內(nèi)容，科學(xué)教師要將各個內(nèi)容融合，更好地引導(dǎo)學(xué)生用綜合的眼光認知自然。但科學(xué)教師大多是物理專業(yè)或化學(xué)專業(yè)畢業(yè)的，在高等教育的學(xué)習中并沒有學(xué)習其他專業(yè)的知識。工作以后也沒有受過專業(yè)的培訓(xùn)，靠自己的領(lǐng)悟和同事之間的交流在不斷學(xué)習，在實際課堂實驗教學(xué)中由于預(yù)設(shè)不足出現(xiàn)意外也是非常常見的。例如，一位生物專業(yè)畢業(yè)的教師，驗證CO2的性質(zhì)，但是當CO2通入Ca(OH)2時卻沒有出現(xiàn)渾濁，教師當時無法對“意外”做出解釋，一節(jié)實驗課就草草收場，學(xué)生們也是非常困惑。如果教師能好好利用這個課堂實驗“意外”，讓學(xué)生討論產(chǎn)生這個現(xiàn)象的原因，那么學(xué)生分析問題、解決問題的能力可以進一步提高，對這個知識點也會有更進一步的理解，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（二）實驗器材的異樣化

有些實驗器材由于長期不用或者缺少維護會出現(xiàn)一些損壞，尤其是一些測量的精密儀器，還有一些實驗藥品由于存放時間過久失效或者變質(zhì)，如果教師實驗前不知道情況就會導(dǎo)致課堂實驗“意外”現(xiàn)象的發(fā)生。例如，探究物體質(zhì)量和重力的關(guān)系時，由于彈簧測力計的彈簧由于過度拉伸已經(jīng)變形了，但是教師沒有關(guān)注到，依然讓學(xué)生用變形的彈簧測力計去做實驗，結(jié)果計算出來的g的數(shù)值和理論數(shù)值差別很大，不能正確的得出結(jié)論。再如，澄清石灰水放久了就和空氣中的二氧化碳結(jié)合就會發(fā)生變質(zhì)，實驗時直接拿來用，肯定會導(dǎo)致“實驗意外”。

（三）實驗操作的不規(guī)范

在做化學(xué)實驗時，化學(xué)試劑添加的先后順序以及純度用量都有嚴格的規(guī)定，如果自作主張不按步驟就很有可能出現(xiàn)“意外”。再如，沒有嚴格按照控制變量的方法，也會導(dǎo)致“意外”的出現(xiàn)，就比如研究阻力對小車運動的實驗中，有個別小組同學(xué)沒有使小車每一次都從同一斜面同一高度由靜止開始滑下，導(dǎo)致結(jié)果與結(jié)論不符的“意外”。

（四）實驗記錄的不真實

我們要求學(xué)生在進行實驗的時候要認真觀察，并且及時記錄觀察到的實驗現(xiàn)象和測得的實驗數(shù)據(jù)，但學(xué)生由于種種原因沒有及時記錄，經(jīng)常還會憑他自己的經(jīng)驗和猜想偽造一些數(shù)據(jù)和瞎編一些實驗現(xiàn)象，這樣不真實的記錄就會造成“課堂實驗意外”。比如，在研究磁鐵能吸引哪些物體的實驗時，有些同學(xué)的結(jié)果是磁鐵能吸引鋁，我問他們實驗做了嗎，他們異口同聲和我說做了，而且非常的肯定，我讓他們再做一次，發(fā)現(xiàn)不能吸引。原來這些同學(xué)把所有的物體都測好再記錄，按照自己的經(jīng)驗認為金屬就能被磁鐵吸引，所以出現(xiàn)了“意外”。

（五）教材知識的局限性

平時我們做的實驗都是教材上要求的，對基礎(chǔ)好的學(xué)生難度不大，能很輕松的完成實驗要求，但是這些學(xué)生在實驗過程中會發(fā)現(xiàn)超出需要觀察的實驗現(xiàn)象以外的現(xiàn)象，這樣也就出現(xiàn)了不同于往常的“實驗意外”，學(xué)生很興奮也很茫然，不知道怎么解釋出現(xiàn)的“意外”發(fā)現(xiàn)。比如，在進行凸透鏡成像的實驗中，學(xué)生已經(jīng)順利地完成蠟燭在各個位置所成像的情況，但是個別學(xué)生在觀察到當u＜f成一個正立放大的虛像時，還從凸透鏡中看到了另外一個正立縮小的虛像，學(xué)生就在想這個像是如何出現(xiàn)的。

二、利用課堂實驗“意外”提高學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的方法

教師應(yīng)把課堂營造成精心預(yù)設(shè)與生成相統(tǒng)一的多元發(fā)展的課堂，這樣的課堂才是“充滿了生命活力”的科學(xué)課堂。實驗中的“意外”就是多元課堂的一個切入點。教師應(yīng)該充分利用好這些“課堂實驗意外”，從而更好地提升學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

（一）直面“意外”，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實的科學(xué)態(tài)度

課堂實驗中的“意外”種類非常多，有時是實驗現(xiàn)象的“意外”，有時又是實驗數(shù)據(jù)的“意外”，還有的時候是超出教材要求的意外，看上去有些“課堂實驗意外”沒什么規(guī)律，不利于結(jié)論的得出，但這卻是對學(xué)生進行尊重實驗數(shù)據(jù)，尊重科學(xué)事實教育的一個好機會。當教師面對這些“課堂實驗意外”時，不可因為擔心會加大課堂教學(xué)的難度，追求課堂教學(xué)的“簡單”，“成功”，而故意回避或置之不理，或敷衍學(xué)生所問的問題超出了教學(xué)大綱。比如，在用小車探究二力平衡條件“兩個力大小相等，方向相反，作用在同一直線上”時，當小車兩端放上等質(zhì)量的重物時，小車兩端受力相等，處于平衡狀態(tài)，不運動。當教師想要證明只要在小車的一邊稍微增加或減少一點重量時，小車的平衡狀態(tài)就會打破，小車就會往受力大的一邊加速運動，但是當教師在一邊稍微加點質(zhì)量時，小車還是靜止，這時有些老師會作弊，偷偷用手去撥動小車，使小車運動起來。在這個實驗中，其實是因為小車和玻璃板之間有滑動摩擦力，因此當在一邊增加一小點質(zhì)量不足以克服滑動摩擦力。當教師偷偷給一個力小車滾動起來，滾動摩擦較小，因此能運動下去。由于教師作弊，使學(xué)生忽略掉了一個重要的知識，即“滑動摩擦力”對實驗的影響。如果教師能坦誠實驗失敗并和學(xué)生探究其原因，對學(xué)生就是一次很好的學(xué)習機會。由此可見，有些失敗實驗其實背后隱藏的科學(xué)知識更能提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)[3]。因此，教師應(yīng)該敢于面對“意外”，引導(dǎo)學(xué)生一起思考、討論、分析問題。合理假設(shè)“意外現(xiàn)象”“意外數(shù)據(jù)”產(chǎn)生的原因，明確一切“意外”產(chǎn)生都是有深層次的原因，不能為了得到教材理論篡改數(shù)據(jù)，編造實驗現(xiàn)象，應(yīng)該尊重科學(xué)事實，尊重實驗數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生遇到問題要積極尋找解決方法的科學(xué)核心素養(yǎng)。

（二）反思“意外”，提高學(xué)生分析問題的綜合能力

1.反思實驗器材是否異樣

一些實驗意外的出現(xiàn)有時與準備的實驗材料有關(guān)，如果做一些需要精密測量的實驗，數(shù)據(jù)和理論出入很大，就首先要考慮測量的儀器是否老化，精確度是否出現(xiàn)了問題。比如測量水的密度，由于天平維護不當，砝碼生銹了，導(dǎo)致測出來的密度值偏小很多。再比如探究摩擦力的大小和接觸面的粗糙程度有關(guān)，其他幾個小組都得出了正確的結(jié)論，在棉布表面受到的摩擦力比在木板表面受到的摩擦力要大，但是有一個小組的結(jié)論恰好相反，我的第一想法就是他們操作出現(xiàn)了問題，但是那個小組的學(xué)生很肯定自己沒有出現(xiàn)操作錯誤。于是我借這個機會讓全班同學(xué)一起來找出“意外”的原因，我就邀請出現(xiàn)“意外”小組的幾個學(xué)生在講臺上再做一遍實驗，操作過程中基本沒有問題，那問題會出在什么地方呢？最可能的情況就是實驗材料出現(xiàn)了問題，果真學(xué)生仔細觀察了木板發(fā)現(xiàn)木板一邊光滑，而另一邊很粗糙。謎團終于解開了，我也松了一口氣，學(xué)生也覺得自己很有成就感。正是由于這個課堂實驗“意外”，讓學(xué)生對這部分知識的理解更深一步，因此，利用好實驗“意外”能提高學(xué)生分析解決問題的能力，有助于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2.反思實驗操作是否規(guī)范

科學(xué)實驗要求學(xué)生要有嚴肅謹慎的科學(xué)態(tài)度，大部分學(xué)生對科學(xué)實驗很感興趣，但是也有一部分學(xué)生總把科學(xué)實驗當游戲，覺得實驗就是隨便玩一玩，因而對教師課前的指導(dǎo)不當一回事，最終得不到理想的實驗結(jié)果，造成“意外”。這種時候教師可以請學(xué)生上講臺演示，一是為了再次驗證，二是為了引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實驗操作中的問題，從而弄清楚癥結(jié)，從規(guī)范操作入手，糾正“意外”。

3.反思實驗記錄是否真實

科學(xué)實驗中很重要的一個環(huán)節(jié)就是實驗記錄，教師經(jīng)常把它作為學(xué)生實驗的事實證據(jù)，從第一次做實驗我就一直灌輸不要標準的答案，而希望看到最真實的實驗記錄。實驗教學(xué)中學(xué)生出現(xiàn)預(yù)設(shè)意外的實驗現(xiàn)象或?qū)嶒灲Y(jié)論時，我們要追尋學(xué)生的原始記錄，仔細分辨記錄的虛實，利用科學(xué)實驗研究可以重復(fù)的特點進行不斷驗證，從而還原實驗的本來面目，使學(xué)生形成客觀、嚴謹、實事求是的記錄態(tài)度和養(yǎng)成認真、及時、準確的記錄習慣，以利于實驗的有效進行。

（三）利用“意外”，促進學(xué)生發(fā)散思維的逐步形成

既然科學(xué)課堂實驗中的“意外”是避免不了的，不可以預(yù)設(shè)的，我們就可以好好利用“意外”，并促進學(xué)生的發(fā)散思維。比如，在探究凸透鏡成像的實驗中，學(xué)生不但在光屏上看見了像，在凸透鏡中也看到了一個像，我就讓學(xué)生思考另外一個像產(chǎn)生的原因，很快學(xué)生的得出了凸透鏡折射時形成了像，同時反射也形成了像。再如，在研究硝酸銀時，滴入鹽酸，會出現(xiàn)白色沉淀，而有些調(diào)皮的學(xué)生把自來水滴加進去結(jié)果也出現(xiàn)了白色沉淀。學(xué)生發(fā)現(xiàn)這個“意外”現(xiàn)象后，在我的引導(dǎo)下，通過合理的分析，猜測，最終得出了自來水中含有氯離子的結(jié)果，有利于學(xué)生發(fā)散思維的形成。還有在研究影響f的實驗中，教材只要求探究壓力和物體粗糙程度對f的影響，但還有大部分學(xué)生認為f的大小還與s有關(guān)，s越大f越大，我覺得這是非常好的想法，應(yīng)該再增加一組實驗來驗證，如果不驗證很多學(xué)生心里會有疑問。所以，面對這樣的“意外”，教師應(yīng)充分恰當?shù)乩?，這對學(xué)生發(fā)散思維的形成很有幫助，能更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。

總之，科學(xué)實驗出現(xiàn)教師預(yù)料之外的情況不可避免，假如教師能轉(zhuǎn)變想法，把做科學(xué)實驗的目的當成是領(lǐng)著學(xué)生一起探索新知，同時從中學(xué)習到認知的本領(lǐng)，就不會因為出現(xiàn)“意外”而慌亂，影響課堂教學(xué)。如果教師能把握科學(xué)實驗中的“意外”，學(xué)生一起研究，得出實驗的方法和新策略，則既能提高學(xué)生的學(xué)習興趣，也能讓學(xué)生在科學(xué)知識、實驗技能、意志等各方面有所提升，同時能讓學(xué)生對實驗形成更深刻的理解和記憶，從而提高學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng)。因此，課堂實驗中的“意外”利用好了可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。真實的科學(xué)課堂不會完全按教師的預(yù)設(shè)再現(xiàn)，更多的是充滿“意外”，這些“意外”恰恰是科學(xué)實驗的價值，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)一條路徑。