由實(shí)驗(yàn)說理題談科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

浙江寧波市北侖區(qū)靈山書院（315806） 李 娟

一、一道中考說理題折射出的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題

科學(xué)說理題是以客觀真實(shí)的現(xiàn)象為素材，需要學(xué)生用正確的科學(xué)知識(shí)（如原理、規(guī)律等）、科學(xué)語言（如文字、公式、圖表等），按一定的邏輯順序闡述、解釋某一科學(xué)問題或科學(xué)現(xiàn)象的綜合性試題，它能考查學(xué)生的科學(xué)知識(shí)、科學(xué)技能、邏輯思維能力、語言表達(dá)能力，是能考查學(xué)生綜合能力的一類試題。近幾年來，浙江省各地科學(xué)中考及期末考試中都出現(xiàn)了不同類型的說理題，多數(shù)以解釋生活現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)原理為主。對(duì)于這類實(shí)驗(yàn)說理題，學(xué)生普遍得分不高。原因是學(xué)生對(duì)生活現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識(shí)不全面、表述不準(zhǔn)確。這樣的現(xiàn)狀對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了新的要求。筆者回顧2020 年寧波市中考閱卷的經(jīng)歷，對(duì)考生答卷中出現(xiàn)的各種典型錯(cuò)誤依然記憶猶新。

［例題］（2020 年浙江省寧波市中考科學(xué)第29題）1852 年，法拉第經(jīng)過深入的思考和大量的嘗試，建立了“力線”的概念。他認(rèn)為在磁極周圍充滿了力線，依靠力線將磁極間的作用聯(lián)系起來。他還利用細(xì)鐵屑把這種所謂的“力線”形象地呈現(xiàn)出來。小科進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：①在玻璃板上均勻地撒上一層薄薄的細(xì)鐵屑。②把玻璃板放在條形磁鐵上，觀察細(xì)鐵屑的分布情況。③輕敲玻璃板，再觀察細(xì)鐵屑的分布情況。請(qǐng)回答：

（1）如圖1 所示為實(shí)驗(yàn)步驟③得到的細(xì)鐵屑分布情況。請(qǐng)你在答題卷對(duì)應(yīng)的位置上畫出經(jīng)過A點(diǎn)的磁感線。

圖1

（2）實(shí)驗(yàn)步驟②中未敲玻璃板“力線”未能通過細(xì)鐵屑呈現(xiàn)出來，而步驟③中輕敲玻璃板“力線”能通過細(xì)鐵屑呈現(xiàn)出來。上述原因分別是什么？

該題以法拉第大量嘗試，建立“力線”概念的科學(xué)史料為素材，以教材中“力線”概念的建立為出發(fā)點(diǎn)，要求學(xué)生畫出磁感線，然后通過力學(xué)知識(shí)分析力線呈現(xiàn)的原因。該題將力學(xué)和磁現(xiàn)象有機(jī)結(jié)合起來，要求學(xué)生運(yùn)用力學(xué)知識(shí)和科學(xué)語言表述磁現(xiàn)象的形成過程，對(duì)學(xué)生建立磁感線的概念以及理解磁感線的意義具有積極的作用。精準(zhǔn)說理需要學(xué)生具備縝密的邏輯思維和較強(qiáng)的綜合分析能力。

考生答卷中出現(xiàn)頻率較高的錯(cuò)誤如下：

錯(cuò)誤1：未輕敲玻璃板前，鐵粉撒在磁鐵四周，因?yàn)榇盆F兩極磁性大，中間磁性小，不能把鐵粉吸過來；輕敲后，鐵粉飛了起來，受到的磁性大，所以就被吸過去了，呈現(xiàn)“力線”。

分析：有些考生在面對(duì)陌生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，不能快速找到知識(shí)的切入點(diǎn)，不會(huì)準(zhǔn)確地用科學(xué)語言來解釋，僅僅憑感覺，根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)來推斷現(xiàn)象成因。有些考生解釋科學(xué)現(xiàn)象時(shí)用語過于口語化，缺乏科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性和條理性。

錯(cuò)誤2：在磁鐵周圍撒鐵粉，有的撒在“力線”上，有的沒有，因?yàn)閼T性，鐵粉保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以不表現(xiàn)，但是輕敲后，改變了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以呈現(xiàn)出來了。

分析：有些考生解答該題時(shí)雖然明白要用力的知識(shí)解釋磁現(xiàn)象，但在語言表達(dá)上眉毛胡子一把抓，抓不住關(guān)鍵點(diǎn)，東拉西扯，空話連篇，甚至自相矛盾、漏洞百出。

錯(cuò)誤3：

（1）輕敲玻璃板前，鐵粉分布在條形磁鐵周圍，未做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，所以不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流；輕敲玻璃板后，鐵粉因?yàn)閼T性保持不動(dòng)，所以相對(duì)磁鐵做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)出“力線”。

（2）分子之間同時(shí)存在引力與斥力，輕敲玻璃板前，鐵粉離磁極較遠(yuǎn)，引力較小，不能形成“力線”；輕敲玻璃板后，鐵粉離磁極較近，引力大于斥力，所以能形成“力線”。

分析：有些考生對(duì)考查的知識(shí)點(diǎn)掌握不牢固，不知道從哪里著手，不知道用哪個(gè)知識(shí)點(diǎn)來解釋現(xiàn)象，即不明確題目中描述的現(xiàn)象到底與哪些科學(xué)概念相關(guān)，看著問題不知所云。

錯(cuò)誤4：未敲擊玻璃板時(shí)，鐵粉受到重力、摩擦力和引力，因?yàn)橹亓Υ笥谝?，所以不能被磁鐵吸引；輕敲玻璃板后，摩擦力消失，引力大于重力，所以就被吸過來了。

分析：有些考生基礎(chǔ)知識(shí)掌握不扎實(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際的能力較弱，對(duì)物體的實(shí)際受力情況、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及鐵粉位置與力的關(guān)系的邏輯推理不正確，缺乏科學(xué)性。

二、引發(fā)上述解題錯(cuò)誤的原因

（一）科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)誤區(qū)較多

在目前的科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不同學(xué)校因?yàn)榻虒W(xué)設(shè)施配備和課時(shí)安排有差別，讓科學(xué)教師認(rèn)為進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要花費(fèi)大量的時(shí)間，不如直接講解效率高，只要學(xué)生會(huì)解題，就無須再進(jìn)行專門的實(shí)驗(yàn)演示，部分實(shí)驗(yàn)演示確實(shí)比較麻煩，可視性不佳，也難以取得相應(yīng)的效果。而且有的學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)缺乏目的性和耐心，或操作實(shí)驗(yàn)時(shí)不嚴(yán)謹(jǐn)，對(duì)自己的要求不高，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低下。多媒體應(yīng)用的普及度和便利性，使不少實(shí)驗(yàn)都可以通過視頻來展示，師生逐漸認(rèn)可了這種“高效方便”的實(shí)驗(yàn)演示方式。久而久之，學(xué)生的體驗(yàn)性學(xué)習(xí)得不到落實(shí)，基礎(chǔ)知識(shí)得不到鞏固。因此，在解答實(shí)驗(yàn)說理題時(shí)，學(xué)生就不容易準(zhǔn)確把握知識(shí)的切入點(diǎn)，因而對(duì)復(fù)雜、陌生現(xiàn)象的本質(zhì)的表達(dá)一籌莫展。

（二）科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式較單一

部分初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然偏重于采用傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方法，演示實(shí)驗(yàn)通常采用灌輸式的教學(xué)方法，教師示范，學(xué)生觀察和聽講。在課堂分組實(shí)驗(yàn)中，教師往往會(huì)講解實(shí)驗(yàn)原理，有時(shí)甚至把詳細(xì)的步驟告知學(xué)生或呈現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)單上，把學(xué)生要用到的器材、試劑都擺在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，學(xué)生只需按部就班地進(jìn)行各自的實(shí)驗(yàn)，完成即可，缺乏探索，甚至有的小組出現(xiàn)與預(yù)期不同的結(jié)論時(shí)也沒有及時(shí)地修正、拓展和創(chuàng)新，學(xué)生的“學(xué)”都限定在教師的“教”內(nèi)。這些操作不利于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，讓他們對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一一做出解釋更是“紙上談兵”。其實(shí)，生活中處處有科學(xué)，事事講科學(xué)，因此教師在教學(xué)中要善于引導(dǎo)學(xué)生多發(fā)現(xiàn)問題，主動(dòng)解決問題，不要讓科學(xué)理論脫離生活實(shí)際。

（三）科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中用語不夠嚴(yán)謹(jǐn)

教師在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用通俗易懂的口語化語言進(jìn)行講解，可以有效激發(fā)學(xué)生的好奇心，吸引學(xué)生的注意力。但是在實(shí)驗(yàn)原理和現(xiàn)象解釋的教學(xué)中，教師若不重視科學(xué)術(shù)語的嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯推理的嚴(yán)密性，或是將教學(xué)用語與日常習(xí)慣用語混用，就會(huì)影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮瓦^程的理解，影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的準(zhǔn)確分析，進(jìn)而影響學(xué)生對(duì)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的把握和應(yīng)用，學(xué)生在表述說理時(shí)就會(huì)出現(xiàn)缺乏系統(tǒng)性、口語化明顯等問題。例如，教師在“摩擦力的影響因素”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中多用“某物體對(duì)某物體的摩擦力”這種表達(dá)，少用“某物體受到的摩擦力”這種沒有指出受力物體和施力物體的表達(dá)。學(xué)生經(jīng)常聽到模糊不清的表達(dá)，就會(huì)不自覺地進(jìn)行模仿，就會(huì)在遇到一個(gè)物體受到多個(gè)力或多個(gè)物體受到多個(gè)力的復(fù)雜情況中習(xí)慣性地從簡(jiǎn)表達(dá)，結(jié)果勢(shì)必導(dǎo)致“漏力”“錯(cuò)力”，受力分析就會(huì)亂成一團(tuán)麻。

（四）啟發(fā)式探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠深入

新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)探究式學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)科學(xué)與實(shí)踐、科學(xué)與社會(huì)生活的聯(lián)系。因此，科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要多角度深入開展探究活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)探究不僅僅是完成實(shí)驗(yàn)而已，更重要的是學(xué)生在自覺、主動(dòng)、積極、手腦并用的基礎(chǔ)上對(duì)在某個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題進(jìn)行反復(fù)分析、思考，其間還穿插著學(xué)生間的合作與溝通。然而在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些新實(shí)驗(yàn)所需的裝置學(xué)校沒有及時(shí)配齊，40 分鐘的實(shí)驗(yàn)課很難讓學(xué)生的想象得以充分發(fā)揮，導(dǎo)致探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中啟發(fā)不充分，也不能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生的思維能力得不到很好的提高。

三、科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透說理的策略

科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑，教師在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)立足教材，把思考、體驗(yàn)、表達(dá)有機(jī)結(jié)合起來。具體可讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模⒐膭?lì)學(xué)生一起設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，理解實(shí)驗(yàn)步驟和每個(gè)步驟可能達(dá)到的預(yù)期結(jié)果。讓學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后及時(shí)反饋，自主創(chuàng)新，學(xué)會(huì)將科學(xué)原理滲透到生活的方方面面。這些操作對(duì)揭示實(shí)驗(yàn)原理有實(shí)際的推動(dòng)作用。

（一）關(guān)注問題導(dǎo)向，精設(shè)實(shí)驗(yàn)主題

心理學(xué)家維果茨基的研究顯示，設(shè)置恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)主題必須經(jīng)過深入細(xì)致的考察，了解學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開端設(shè)置實(shí)用有效的實(shí)驗(yàn)主題顯得尤為重要。為什么要開設(shè)這節(jié)實(shí)驗(yàn)課？它與課本中的哪些知識(shí)點(diǎn)息息相關(guān)？應(yīng)該采用怎樣的方式開展？可否用最接地氣的家庭實(shí)驗(yàn)進(jìn)行同樣的知識(shí)再現(xiàn)和應(yīng)用？在開設(shè)實(shí)驗(yàn)之前，教師對(duì)這些問題一定要了然于胸。將傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)逐漸拓展為探究性實(shí)驗(yàn)，一方面要從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，在常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題的基礎(chǔ)上加以拓展，轉(zhuǎn)變教學(xué)設(shè)計(jì)的角度，鼓勵(lì)學(xué)生利用身邊物品進(jìn)行演示，達(dá)到訓(xùn)練科學(xué)思維、提升創(chuàng)造能力的目的；另一方面要加強(qiáng)課本知識(shí)與社會(huì)實(shí)踐以及當(dāng)前熱點(diǎn)問題的結(jié)合，注重選題的實(shí)用價(jià)值以及在實(shí)際情況下與其他學(xué)科知識(shí)的融合。

比如，在學(xué)習(xí)電路連接的實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的驗(yàn)證性教學(xué)會(huì)給學(xué)生提供現(xiàn)成的電路圖、實(shí)驗(yàn)儀器和方案，學(xué)生只要照?qǐng)D連接好實(shí)驗(yàn)器材，閉合開關(guān)后就完成了實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這樣的過程不僅不符合學(xué)生的心理特征，還會(huì)讓他們?cè)谒魅粺o味的機(jī)械操作中逐漸失去探究的興趣。學(xué)生需要在實(shí)驗(yàn)操作中進(jìn)行體驗(yàn)，在或錯(cuò)或?qū)Φ慕Y(jié)果中尋求未知。教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)“你能否利用桌上的儀器使兩個(gè)燈泡同時(shí)發(fā)亮？”的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生探究。學(xué)生在探究的過程中，可能連成了串聯(lián)和并聯(lián)電路，也可能連成了局部短路的電路，還可能連成了電源短路的電路。各種電路連接情況一一出現(xiàn)，這時(shí)教師再有針對(duì)性地講解，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)才會(huì)使學(xué)生的印象更深刻。

（二）具化認(rèn)知過程，建模實(shí)驗(yàn)流程

新課改要求教師改變傳統(tǒng)思想和傳統(tǒng)教學(xué)模式，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中有更為豐富的體驗(yàn)。為此，教師可以在課前讓學(xué)生直接參與實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的制訂和實(shí)驗(yàn)流程的安排，讓學(xué)生集思廣益，提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并不斷完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。在全面了解實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)后，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程有了較深刻的認(rèn)識(shí)和理解，過程體驗(yàn)更豐富，也有利于發(fā)展邏輯推理能力。

教師利用生活中學(xué)生容易接觸到的物品和材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課外延伸，可讓學(xué)生多角度認(rèn)知實(shí)驗(yàn)原理。學(xué)生逐漸會(huì)用不同原理來解釋各種生活現(xiàn)象。例如，“瓶吞雞蛋”的實(shí)驗(yàn)是關(guān)于大氣壓的一個(gè)體驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)，相似原理的實(shí)驗(yàn)還有如何使套在錐形瓶口的氣球鼓起和癟下等。那么“能否運(yùn)用生活中常見的物品使雞蛋被吐出來或使氣球鼓起來呢？”利用這些拓展性實(shí)驗(yàn)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生深入思考。有的學(xué)生用蠟燭加熱，有的學(xué)生用熱水澆試管底部，有的學(xué)生用吹風(fēng)機(jī)吹，最后總結(jié)出內(nèi)外氣壓相互抗衡是使該類現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因。

（三）增強(qiáng)問題意識(shí)，強(qiáng)化知識(shí)遷移

美國(guó)心理學(xué)家、結(jié)構(gòu)主義教育思想的代表人物布魯納說過：使學(xué)生對(duì)一門學(xué)科有興趣的最好方法是使他知道這門學(xué)科是值得學(xué)習(xí)的。為了使學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要增強(qiáng)學(xué)生的問題意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣探索知識(shí)，體會(huì)實(shí)驗(yàn)的樂趣，樂于把錯(cuò)誤或失誤的部分表達(dá)出來，讓同學(xué)們?cè)u(píng)判。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生用個(gè)性化的圖文結(jié)合的方式重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)流程，用專業(yè)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)報(bào)告展示實(shí)驗(yàn)的成果，針對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的易錯(cuò)點(diǎn)及現(xiàn)象，設(shè)置相應(yīng)的問答題。

例如，在教學(xué)“磁力線”實(shí)驗(yàn)后設(shè)置以下問題：

（1）撒在磁鐵周圍的鐵粉靜止時(shí)受到了哪些力的作用？以其中一粒鐵粉為例畫出受力示意圖。

（2）輕敲玻璃板后，有哪些力會(huì)發(fā)生明顯的變化？最終會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果？

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中感受到了快樂，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后得到了有針對(duì)性的解答，認(rèn)識(shí)到實(shí)踐活動(dòng)對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)是有用的，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的積極性。

綜上所述，科學(xué)現(xiàn)象蘊(yùn)藏科學(xué)本質(zhì)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象重現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)說理要求將相關(guān)本質(zhì)問題表達(dá)清楚。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)多關(guān)注問題，剖析現(xiàn)象，這就要求教師設(shè)計(jì)的問題串一定要精準(zhǔn)。只要教師不斷思考，不斷嘗試，就一定能讓科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加“有理”“有據(jù)”“有用”。