初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究綜述

周甜甜

杭州師范大學(xué) 浙江 杭州 310000

一、研究方法與思路

(一)文獻(xiàn)收集的基本方法。本文依據(jù)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)原理,收集并分析了主要來自中國知網(wǎng)和維普網(wǎng)的相關(guān)文獻(xiàn)。在高級(jí)檢索中以“初中科學(xué)”并“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索,檢索得到文獻(xiàn)共計(jì)113篇,其中碩士學(xué)位論文12篇,期刊文獻(xiàn)111篇。從文獻(xiàn)時(shí)間來看,檢索結(jié)果顯示最早研究“初中科學(xué)”并“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”問題的文獻(xiàn)是2005年由陳世軍撰寫的《初中自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索》一文。此后學(xué)術(shù)界對(duì)“初中科學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)”的學(xué)術(shù)關(guān)注度整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

(二)文獻(xiàn)分析的基本思路。由于文獻(xiàn)數(shù)量較多,研究時(shí)重點(diǎn)研讀相關(guān)碩士學(xué)位論文、核心期刊及學(xué)術(shù)界知名作者的文獻(xiàn)。主要從實(shí)驗(yàn)教學(xué)概念的界定、研究的意義、內(nèi)容及研究中存在的問題等方面進(jìn)行梳理,重點(diǎn)關(guān)注研究中仍存在的、尚未被廣泛關(guān)注的問題。通過對(duì)上述重點(diǎn)文獻(xiàn)的研究,梳理了以下幾條研究成果:一是關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本認(rèn)識(shí),包括概念界定和基本內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)。二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要作用。三是實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的經(jīng)驗(yàn)。

二、研究的主要內(nèi)容及觀點(diǎn)梳理

(一)關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本認(rèn)識(shí)。目前學(xué)術(shù)界對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的概念和內(nèi)涵的探討并不多,就僅有文獻(xiàn)而言,研究發(fā)現(xiàn)學(xué)者大都認(rèn)同以下觀點(diǎn):實(shí)驗(yàn)教學(xué)指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,利用儀器設(shè)備,通過控制條件等實(shí)驗(yàn)操作,引起實(shí)驗(yàn)對(duì)象的變化,通過觀察和分析,驗(yàn)證所學(xué)知識(shí)并獲取新知識(shí)的一種實(shí)踐性教學(xué)組織形式[1]。

其基本內(nèi)涵在于:①實(shí)驗(yàn)教學(xué)遵從學(xué)生主體原則,師生共同參與,但教師僅扮演指導(dǎo)者;②儀器設(shè)備是實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ);③實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生具備實(shí)踐操作、觀察和分析等能力;④實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的在于幫助學(xué)生驗(yàn)證知識(shí)并獲取新知識(shí)?！督逃筠o典》對(duì)實(shí)驗(yàn)的三個(gè)時(shí)段進(jìn)行了詳細(xì)的描述:實(shí)驗(yàn)前教師需編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書,并在課前發(fā)給學(xué)生預(yù)習(xí);實(shí)驗(yàn)中教師要巡視,加強(qiáng)個(gè)別指導(dǎo);實(shí)驗(yàn)后,認(rèn)真評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告,作為成績考核的主要依據(jù)[2]。由此得出實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本內(nèi)涵的第五點(diǎn):教師要在實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)給予相應(yīng)指導(dǎo),最后還要評(píng)閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告并給出成績。

對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)概念的界定,以上觀點(diǎn)較為科學(xué)且深刻。但該觀點(diǎn)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有明顯的學(xué)科傾向,即只針對(duì)于理科課程。2009年教育部頒發(fā)了關(guān)于印發(fā)《中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室規(guī)程》的通知,其中對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的范圍做了進(jìn)一步擴(kuò)充,由傳統(tǒng)的理科課程,擴(kuò)大為包含通用技術(shù)、藝術(shù)等多種課程實(shí)驗(yàn)[3]。至此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)概念的界定得到了進(jìn)一步完善。

(二)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要作用。從實(shí)驗(yàn)教學(xué)概念的界定來看,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有以下幾方面作用。

一是驗(yàn)證理論知識(shí)。教師希望學(xué)生在學(xué)習(xí)學(xué)科知識(shí)時(shí)形成一個(gè)清晰完整的知識(shí)體系,達(dá)到這一目的的首要前提是學(xué)生對(duì)基本概念、規(guī)律等有較深的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在輔助學(xué)生驗(yàn)證理論知識(shí)、促使學(xué)生深刻有效地發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)規(guī)律方面有重要作用[4]。演繹法是從一般到特殊的推理方法,是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最重要的方法之一。在初中科學(xué)中演繹法表現(xiàn)為先將一般原理、原則和結(jié)論等傳授給學(xué)生,再通過實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出一般原理用于特定事物的結(jié)論,進(jìn)而驗(yàn)證該理論的正確性。例如研究自由落體規(guī)律時(shí),先在課堂上將自由落體公式h=1/2g t2(h:物體下落高度,g:重力加速度,t:下落時(shí)間)這一結(jié)論教給學(xué)生,后在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)時(shí)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄重物的下落過程,通過計(jì)算來驗(yàn)證理論公式的正確性[5]。

二是鞏固已學(xué)知識(shí)。初中科學(xué)的一些知識(shí)復(fù)雜難懂,教師課堂授課后,學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的接受程度可能不盡如人意。通過實(shí)驗(yàn)操作可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,對(duì)已學(xué)知識(shí)進(jìn)行重溫和鞏固。教材的編者在編寫實(shí)驗(yàn)教程時(shí),通常會(huì)有意識(shí)地在一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容之后緊接著一個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn);而教師在安排實(shí)驗(yàn)課時(shí)也會(huì)遵循學(xué)后鞏固的原則。

三是探究實(shí)驗(yàn)原理。理論來源于實(shí)踐,通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)并歸納出理論[6]。探究實(shí)驗(yàn)原理的實(shí)驗(yàn)稱為探究性實(shí)驗(yàn),最早由美國教育學(xué)家杜威提出。我國“新課改”后發(fā)布的《中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室規(guī)程》中強(qiáng)調(diào)了探究性實(shí)驗(yàn)的重要作用[7];《中小學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室裝備規(guī)范》又在實(shí)驗(yàn)室類型中添加了科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)室這一新的實(shí)驗(yàn)室類型[8]。

2015年“十二五規(guī)劃”明確提出并一再強(qiáng)調(diào)“育人為本”“德育為先、能力為重”。近年來我國教育明顯由應(yīng)試教育轉(zhuǎn)向素質(zhì)教育,更側(cè)重能力多元化。由此實(shí)驗(yàn)教學(xué)在傳統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上延伸出了新時(shí)代更高要求的“育人”功能,旨在培養(yǎng)能力多元且均衡發(fā)展的學(xué)生。

由程素萍和林慧蓮主編的《心理學(xué)基礎(chǔ)》中按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)將能力分為以下三種類型:一般能力和特殊能力,模仿能力和創(chuàng)造能力,認(rèn)知能力、操作能力和社交能力[9]。美國耶魯大學(xué)心理學(xué)家斯騰伯格從信息加工的角度提出三元智力;美國心理學(xué)家加德納在《智能的結(jié)構(gòu)》中提出多元智力理論[10]。前面梳理了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)能力方面的積極作用,但值得注意的是實(shí)驗(yàn)教學(xué)直接培養(yǎng)的是較為基礎(chǔ)和簡單的能力,如觀察力、創(chuàng)造力等。而這些基礎(chǔ)能力作為小單元又可以組成復(fù)雜而高級(jí)的復(fù)合型能力。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的。學(xué)生不可能通過某一次實(shí)驗(yàn)就得到能力的大幅度提升,往往需要一個(gè)長期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程才能形成較為成熟的個(gè)體能力。另外,某一門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)針對(duì)的能力通常只有一種,或說更為側(cè)重某一種能力。物理實(shí)驗(yàn)側(cè)重操作的綜合能力,化學(xué)實(shí)驗(yàn)更關(guān)注觀察和分析能力,生物實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)觀察能力為主。因此充分把握每一門課程培養(yǎng)的能力類型,為學(xué)生提供充足的實(shí)驗(yàn)課時(shí),這是實(shí)驗(yàn)教學(xué)育人功能發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。

(三)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的經(jīng)驗(yàn)。首都師范大學(xué)的艾倫教授認(rèn)為,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重“知識(shí)本位”,實(shí)驗(yàn)教學(xué)重新定位后轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳芰Ρ疚弧?因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)關(guān)注教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)組織、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面[11]。

在如何有效提升初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面,前人的研究已相當(dāng)成熟,主要有以下兩種策略:

應(yīng)海兵和林文忠等人對(duì)細(xì)節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略做了相關(guān)研究。細(xì)節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略簡單來說就是打破學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的機(jī)械記憶,教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具體展開[12],讓學(xué)生學(xué)會(huì)自主處理實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié),參與教學(xué),獲取知識(shí)[13]。該策略有幾點(diǎn)要求:①備課環(huán)節(jié)細(xì)節(jié)化。如實(shí)驗(yàn)前發(fā)放預(yù)習(xí)資料,檢測(cè)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的可用性等。②實(shí)驗(yàn)授課過程細(xì)節(jié)化。如通過視頻和簡單演示的形式為學(xué)生講解具體實(shí)驗(yàn)步驟。③實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)細(xì)節(jié)化。教師要熟悉每一個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的用法和注意事項(xiàng),指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程中對(duì)此劃重點(diǎn)。如熄滅酒精燈時(shí)直接蓋上燈帽,轉(zhuǎn)換顯微鏡物鏡時(shí)注意載物臺(tái)的高度等。④教學(xué)反思細(xì)節(jié)化。教學(xué)反思包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)反思和教師自我反思。教師可以指導(dǎo)學(xué)生從理論和實(shí)驗(yàn)操作方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反思,在瀏覽學(xué)生反思的過程中教師可以自我反思,以便以后的實(shí)驗(yàn)在學(xué)生不足的方面加強(qiáng)教學(xué)。

另一種是微實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略。對(duì)于微實(shí)驗(yàn)的探討有以下兩種:夏兆省等人認(rèn)為微實(shí)驗(yàn)是指利用生產(chǎn)和生活中的物品進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)[14]。鄭瑩、高鳳霞等人認(rèn)為微實(shí)驗(yàn)是微型實(shí)驗(yàn)的簡稱,通過創(chuàng)設(shè)微實(shí)驗(yàn),提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[15]。第一種理解側(cè)重實(shí)驗(yàn)的生活化,其特點(diǎn)是從生活中取材且實(shí)驗(yàn)操作簡單。例如:用玩具激光筆照射杯子里的水,探究光的折射和光在水中的直線傳播;探究“小孔成像規(guī)律”時(shí),在黑色硬紙上打一個(gè)小孔,用一張較厚的白紙作白屏。第二種微實(shí)驗(yàn)側(cè)重對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)或重設(shè)計(jì),它能在教學(xué)過程中調(diào)動(dòng)學(xué)生自主探究的積極性。微實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)的方式包括改進(jìn)教材實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)計(jì)不同實(shí)驗(yàn)探究同一原理和用相同器材探究不同原理[16]。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,用吸管代替導(dǎo)管、用塑料碗代替水槽等,既遵循綠色化學(xué)理念,又達(dá)到改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材的目的[17]。探究壓強(qiáng)差時(shí)有多種設(shè)計(jì):把試管用帶導(dǎo)管的軟木塞塞緊,導(dǎo)管另一端插入水中,用手捂住試管,將會(huì)產(chǎn)生氣泡;氣球封閉瓶口反裝進(jìn)瓶中,用嘴吹氣球不會(huì)膨脹,將系統(tǒng)放進(jìn)冰水中,氣球被“吹”起來。相同器材探究不同原理,如一支彩色筆可以做色譜實(shí)驗(yàn)、水的折射實(shí)驗(yàn)、制作密度計(jì)等。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性提升與教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力也有著緊密的關(guān)系。教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)的能力不同于課堂教學(xué)能力,也不同于教師自身的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰18]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的能力是一種教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)組織、教學(xué)評(píng)價(jià)及指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等能力有機(jī)融合的綜合性能力。現(xiàn)代教育對(duì)于師范生的綜合能力要求很高,但科學(xué)教師在校就讀時(shí)并沒有受到理想的“能力本位”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的培訓(xùn)。這是今后應(yīng)當(dāng)高度關(guān)注、亟待改進(jìn)的地方。

三、存在的問題及研究發(fā)展方向展望

(一)研究的科目局限,研究格局有待改善。初中科學(xué)是一門融合多項(xiàng)理科課程的綜合性課程。其主要內(nèi)容包含物理、化學(xué)、生物及地理等,但實(shí)際上偏向十分明顯,尤其在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中極為偏重物理和化學(xué)實(shí)驗(yàn),弱化生物、地理實(shí)驗(yàn)。目前對(duì)初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究也大多與物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān),對(duì)于物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)策略、教學(xué)中存在的問題及應(yīng)對(duì)措施等都有很高的關(guān)注度和大量研究。而對(duì)生物、地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究極少。這說明目前研究的科目局限在了物理化學(xué)領(lǐng)域,研究格局有待改善。

2014年3月教育部印發(fā)《關(guān)于深化教育改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》,首次以文件形式提出了“構(gòu)建學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系”,隨后發(fā)布《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》[19]?；谂囵B(yǎng)學(xué)生學(xué)科“核心素養(yǎng)”的初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué),理應(yīng)在生物、地理等實(shí)驗(yàn)方面有一些開辟式、跨越式的研究。目前初中科學(xué)課堂內(nèi)容的確偏重物理、化學(xué),那么如何在這樣的形勢(shì)下增加對(duì)生物、地理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)注度和相關(guān)研究,是研究者們今后應(yīng)當(dāng)考慮和關(guān)注的方向。

(二)研究的地域針對(duì)性不足。目前對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究內(nèi)容涉及面較廣,但都是在教育大背景下的整體視域的研究,少有涉及如何在農(nóng)村和小城鎮(zhèn)更有效地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。農(nóng)村及小城鎮(zhèn)是教育教學(xué)資源相對(duì)短缺的特殊區(qū)域,在這樣的地區(qū)擁有標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室是件難事。但這不意味著農(nóng)村及小城鎮(zhèn)的學(xué)生無法接受實(shí)驗(yàn)教學(xué)?！澳芰Ρ疚弧睂?shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的是培養(yǎng)學(xué)生均衡發(fā)展的、多元的能力。因此教師可以利用有限的教育教學(xué)資源和豐富的動(dòng)植物資源,合理組織學(xué)生觀察、栽培甚至解剖等,讓學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)展自我。農(nóng)村及小城鎮(zhèn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究當(dāng)然不止于此。因此今后開展地域針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究時(shí),可以對(duì)國家、教師、學(xué)生等多個(gè)層面進(jìn)行剖析。力爭(zhēng)把實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究做到完善,真正推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的發(fā)揮。