基于實(shí)驗(yàn)情境提升學(xué)生思維能力實(shí)踐研究

摘 要：隨著新課改的深入，初中科學(xué)教學(xué)越來(lái)越重視發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，重視學(xué)生思維能力的提升，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)、合作、探究、創(chuàng)新等關(guān)鍵能力的發(fā)展。這些能力的培養(yǎng)，都離不開(kāi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深入挖掘?qū)嶒?yàn)的教學(xué)引導(dǎo)功能，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激活學(xué)生的學(xué)習(xí)思維，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：科學(xué)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)情境；思維；核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G622.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8918（2024）24-0014-04

科學(xué)課程理念注重學(xué)生本位，發(fā)揮教師引導(dǎo)作用，體現(xiàn)科學(xué)課程在科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、責(zé)任態(tài)度等方面的育人功能?？茖W(xué)演示實(shí)驗(yàn)，作為日常教學(xué)中最有效的手段之一，可以讓抽象的事物變?yōu)橹庇^的現(xiàn)象，化乏味的知識(shí)為有趣的體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)身邊的科學(xué)，極大地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力、問(wèn)題分析和解決能力。而現(xiàn)實(shí)中，有些教師在平時(shí)上課時(shí)，很多實(shí)驗(yàn)純粹是為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)在初中科學(xué)教學(xué)中本身具有的培養(yǎng)學(xué)生思維能力的提高等作用。最大化發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的作用，是提升學(xué)生高階思維的關(guān)鍵。

學(xué)生科學(xué)思維能力的提升離不開(kāi)真實(shí)的情境啟發(fā)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，如何有效創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)探究？一方面要熟練掌握實(shí)驗(yàn)本身發(fā)揮的作用，清楚與本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)的關(guān)聯(lián)，從而完善學(xué)生知識(shí)的構(gòu)建；另一方面要充分了解學(xué)生的原有認(rèn)知水平，準(zhǔn)確抓住學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”，善于發(fā)掘?qū)W生認(rèn)知的“不平衡”點(diǎn)，并以此為契機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)學(xué)習(xí)和探究。學(xué)生在建立認(rèn)知的過(guò)程當(dāng)中，思維的產(chǎn)生往往來(lái)自真實(shí)情景中的新奇問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情景是引導(dǎo)學(xué)生深入思考的重要途徑和有效方法，也是引導(dǎo)學(xué)生思維能力發(fā)展的基礎(chǔ)。文章從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，探討如何在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中創(chuàng)設(shè)情境，啟發(fā)學(xué)生思維的一些措施。

一、 “意外式”實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)思維潛能

（一）預(yù)設(shè)意外“失敗”實(shí)驗(yàn)

就是在教學(xué)過(guò)程中，主要針對(duì)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象已有清楚的認(rèn)識(shí)，但其原理又是似懂非懂的知識(shí)點(diǎn)，教師可以預(yù)設(shè)“失敗”的意外實(shí)驗(yàn)，來(lái)引發(fā)學(xué)生對(duì)“失敗”的原因進(jìn)行深入思考，激發(fā)學(xué)生的思維潛能。

案例1：在復(fù)習(xí)《堿的化學(xué)性質(zhì)》中的“堿能夠跟某些鹽反應(yīng)”時(shí)，學(xué)生通過(guò)新課的學(xué)習(xí)，已經(jīng)熟知了可溶性堿能和可溶性鹽反應(yīng)，生成沉淀。在復(fù)習(xí)課上，我們先取5毫升氯化銅于試管，然后用膠頭滴管向試管中逐滴2～3滴氫氧化鈉，搖勻。這時(shí)，學(xué)生會(huì)神奇地發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)“失敗”了嗎？預(yù)期的藍(lán)色沉淀竟然沒(méi)有出現(xiàn)，難道是氫氧化鈉變質(zhì)了嗎？這現(xiàn)象激起了學(xué)生濃厚的興趣。教師在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并再次重復(fù)本實(shí)驗(yàn)；此時(shí)，特別強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生仔細(xì)觀察試管中發(fā)生的變化。通過(guò)手機(jī)無(wú)線投屏技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生可以清晰地看到，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中確實(shí)產(chǎn)生了藍(lán)色沉淀，但是藍(lán)色沉淀產(chǎn)生后又很快消失了。至此，教師可以逐步引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)：試管中會(huì)存在什么物質(zhì)，使藍(lán)色沉淀又溶解了呢？如果還要看到藍(lán)色沉淀，我們應(yīng)該怎么做呢？

教學(xué)設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)此次意外“失敗”的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生思考在研究多種物質(zhì)反應(yīng)過(guò)程當(dāng)中的反應(yīng)先后順序問(wèn)題，讓學(xué)生有一個(gè)更加直觀、深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)又鍛煉了學(xué)生質(zhì)疑精神，提高了學(xué)生思考問(wèn)題的能力。

（二）預(yù)設(shè)“驚奇”意外實(shí)驗(yàn)

“驚奇”的意外，可以爆發(fā)式地增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究的興趣。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以多設(shè)置一些“驚奇”的意外，這種出其不意的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，往往可以引起全班學(xué)生的共鳴，將所有學(xué)生的目光吸引到新知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中來(lái)，學(xué)生會(huì)發(fā)散思維、主動(dòng)思考問(wèn)題：這種驚奇現(xiàn)象到底由何而來(lái)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師只要稍加引導(dǎo)，就能激發(fā)學(xué)生思維的潛能，使學(xué)生樂(lè)思、善思。

案例2：在“探究電荷間相互作用力”一課的教學(xué)過(guò)程中，安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)（圖1）：將摩擦后的玻璃棒和橡膠棒分別接觸垂掛在鐵架臺(tái)上的兩個(gè)輕質(zhì)泡沫小球，使小球依次帶上同種電荷或異種電荷。本身平淡無(wú)奇的實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，往往會(huì)有“驚奇”的發(fā)現(xiàn)。例如，靠近鐵架臺(tái)的小球，突然被鐵架臺(tái)吸引了。針對(duì)這個(gè)奇怪的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師可以引發(fā)學(xué)生思考：鐵架臺(tái)明明不帶電荷，為什么會(huì)吸引小球？逐步引導(dǎo)學(xué)生朝著剛剛認(rèn)識(shí)的知識(shí)——帶電物體可以吸引不帶電的輕小物體靠近，不帶電的輕小物體能否反過(guò)來(lái)吸引帶電物體呢？再試著幫助學(xué)生利用力的作用特點(diǎn)，即力的作用是相互的，來(lái)為學(xué)生提供解決問(wèn)題的思路。

教學(xué)設(shè)計(jì)意圖：充分利用學(xué)生已有的前概念，將學(xué)生的科學(xué)思維與所學(xué)的知識(shí)結(jié)合起來(lái)，提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感與自信心，也提高了學(xué)生的思維能力。

二、 “問(wèn)題式”實(shí)驗(yàn)情境，拓展思維寬度

問(wèn)題是思維的起點(diǎn)，一個(gè)切實(shí)的問(wèn)題能夠激起學(xué)生思維的碰撞，喚起學(xué)生的求知欲和好奇心。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，特別是讓學(xué)生設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，教師一定要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問(wèn)題式情境，從而引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)控制變量的方法完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)能力。

案例3：在教學(xué)《植物的呼吸》中“活的種子的呼吸作用”時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生探究植物的呼吸現(xiàn)象，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。如果直接告訴學(xué)生書(shū)本上的對(duì)比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（下圖），那么學(xué)生的思維就被禁錮住了。在這節(jié)課的教學(xué)中，可以設(shè)計(jì)如下階梯式的問(wèn)題情境，逐步引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)正確合理的實(shí)驗(yàn)方案。

①植物的呼吸作用是不是和人一樣，消耗氧氣，釋放二氧化碳？

②怎樣驗(yàn)證種子呼吸作用釋放了二氧化碳？

③與死亡的種子做對(duì)比實(shí)驗(yàn)時(shí)，還需要注意什么因素干擾？

通過(guò)這三個(gè)階梯式的問(wèn)題情境，學(xué)生就能夠通過(guò)教師搭建的臺(tái)階一步步深入，最終自己找到解決問(wèn)題的方案。

教學(xué)設(shè)計(jì)意圖：“問(wèn)題式”實(shí)驗(yàn)情境的設(shè)置，促使每一位學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)探究中，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的靈活性，且通過(guò)學(xué)生親身的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，探究得出結(jié)論，提升學(xué)生的思考能力。

三、 “對(duì)比式”實(shí)驗(yàn)情境，挖掘思維深度

對(duì)比式的實(shí)驗(yàn)情境，可以引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象的區(qū)別之處，從現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)識(shí)、訓(xùn)練思維、解決較難的科學(xué)問(wèn)題。

案例4：在“物質(zhì)的比熱”這一堂新課教學(xué)的過(guò)程中，學(xué)生在七年級(jí)已經(jīng)具備了“水的比熱最大”這一前概念，所以用相同熱源同時(shí)對(duì)等質(zhì)量的水跟煤油加熱，兩者溫度應(yīng)該是煤油上升得比水快。而在之后的課程練習(xí)中，學(xué)生會(huì)碰到“水浴加熱”這一情景的習(xí)題，學(xué)生會(huì)遇到如下疑惑：①用100℃的沸水浴對(duì)水與煤油加熱，誰(shuí)溫度升高的快？②用常溫的溫水?。ㄓ镁凭珶艏訜岽鬅械乃?duì)水與煤油加熱，誰(shuí)溫度升高的快？這種水浴加熱的形式，往往很多科學(xué)老師也并不能深入了解。

在此基礎(chǔ)上，教師就可以構(gòu)建“對(duì)比式”的實(shí)驗(yàn)情境，同時(shí)為學(xué)生設(shè)計(jì)懸念：你們認(rèn)為兩種情況下，都是煤油溫度升高的快嗎？

1. 100℃沸水浴中加熱，如圖2中的甲所示。溫度變化情況，如表1所示。

2. 常溫的溫水浴加熱，如圖2中乙、丙所示（燒杯中水溫13℃，用酒精燈加熱大燒杯中的水），實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們能發(fā)現(xiàn)，大燒杯中的水溫，比小試管中的水和煤油均高出5℃。溫度變化情況，如表2所示。

教學(xué)設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)“對(duì)比式”實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)，學(xué)生可以直觀地對(duì)比得出，兩種水浴加熱的方式，其實(shí)效果是不同的。至于針對(duì)第二種水浴加熱情況，為什么會(huì)出現(xiàn)水跟煤油上升溫度相同的這種情況，可以作為學(xué)生課后自主的探究任務(wù)。如此就激起了學(xué)生探究的欲望，同時(shí)在對(duì)比實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，引發(fā)了學(xué)生對(duì)熱傳遞、比熱等概念的深入思考，從而挖掘了學(xué)生思維的深度。

四、 “逼真式”實(shí)驗(yàn)情境，拓寬思維廣度

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，教師要做到與時(shí)俱進(jìn)，學(xué)會(huì)嘗試將先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用到課堂中來(lái)，為學(xué)生營(yíng)造更加“逼真”的實(shí)驗(yàn)情境，呈現(xiàn)出直觀、立體的科學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生有種身臨其境的感覺(jué)，使抽象的科學(xué)現(xiàn)象形象化、可視化，加深學(xué)生的印象。

案例5：學(xué)生在學(xué)習(xí)光的折射中，學(xué)生對(duì)光的折射的生活積累和感性的認(rèn)識(shí)較少，圖3為教材上光的折射光路圖。在缺少實(shí)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)積累的情況下，學(xué)生很難理解。

教師可以利用以下教學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生形成感性的認(rèn)知。本次實(shí)驗(yàn)用的攝像頭（圖4），模擬人眼，將它連接到電腦，可以實(shí)現(xiàn)把“人眼”觀察到的畫(huà)面顯示出來(lái)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的裝置（圖5），可以對(duì)比觀察加水之前的視野和加水后的視野，能夠直觀看到的水位變高了；然后在直觀體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行做光路圖的知識(shí)分析（圖6），達(dá)到掌握科學(xué)知識(shí)的目標(biāo)。

教學(xué)設(shè)計(jì)意圖：在整個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，當(dāng)學(xué)生能直觀感受但不能很好地從理論層面解釋的時(shí)候，可以借助實(shí)驗(yàn)來(lái)理解，提高了學(xué)生思維的廣度。

五、 “研究式”實(shí)驗(yàn)情境，升華綜合能力

在綜合復(fù)習(xí)階段，將一些物理與化學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，有利于把不同學(xué)科的碎片化知識(shí)有機(jī)地串聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)生知道這些學(xué)科并不是獨(dú)立的，而是相互關(guān)聯(lián)的。

案例6：學(xué)習(xí)了《電壓的測(cè)量》一課，學(xué)生能理解：電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。將一塊銅片和一塊鋅片同時(shí)插入稀硫酸，就可以組成一個(gè)電池，銅片和鋅片就是電池的兩個(gè)電極，如圖7所示。結(jié)合金屬的化學(xué)性質(zhì)和電流、電壓的相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)同學(xué)討論這個(gè)電池的原理。教師引導(dǎo)：蘋(píng)果、檸檬、橙子、西紅柿等水果中含有豐富的果酸，那么在水果中插入銅片和鋅片，是否就可以制成水果電池呢？通過(guò)小組合作，將幾個(gè)水果電池連接起來(lái)，可使二極管發(fā)光，如圖8所示。

分析水果電池的原理：鋅片有較強(qiáng)的活潑性，會(huì)與橙子中的果酸發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生鋅離子。化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是電子得失，鋅失去的電子會(huì)沿著外電路跑向銅片，使銅的一側(cè)顯負(fù)電，而鋅的一側(cè)顯正電。橙子中的鋅離子和其他陽(yáng)離子會(huì)定向移動(dòng)到銅片的一邊，而陰離子會(huì)定向地移動(dòng)到鋅片的一邊，橙子中有電荷的移動(dòng)，外電路中有電子的定向移動(dòng)，整個(gè)電路形成了閉合回路，二極管自然就亮了。而將幾個(gè)橙子連到一起，相當(dāng)于將幾個(gè)電池串聯(lián)了起來(lái)，加在二極管兩端的電壓就更大。

作為電源有正負(fù)極兩極，那么如何來(lái)判斷水果電池的正負(fù)極呢？

（1）根據(jù)水果電池原理可知，外電路中發(fā)生了電子的定向移動(dòng)，電子是帶負(fù)電的?？茖W(xué)上規(guī)定正電荷的定向移動(dòng)方向?yàn)殡娏鞣较颍噪娮拥亩ㄏ蛞苿?dòng)方向與電流方向相反。因此外電路中的電流方向是由銅片一側(cè)到鋅片一側(cè)，銅片是正極，鋅片是負(fù)極。

（2）根據(jù)金屬的化學(xué)活潑性判斷。水果電池的電極一般采用兩種活潑性不同的金屬，活潑的金屬容易失去電子，是負(fù)極；較不活潑的金屬為正極。

（3）根據(jù)靈敏電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷。將水果電池的兩極與靈敏電流計(jì)的正負(fù)接線柱相連。若靈敏電流計(jì)的指針是正向偏轉(zhuǎn)的，則與正接線柱相連的那端為正極，反之則為負(fù)極。

（4）根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦宰鞒雠袛?。將水果電池與二極管相連，若二極管發(fā)光，說(shuō)明二極管正極接的是水果電池的正極；反之則為水果電池的負(fù)極。

（5）根據(jù)電壓表指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷。將水果電池的兩極與電壓表的正負(fù)接線柱相連，如果電壓表的指針正向偏轉(zhuǎn)，則與正接線柱相連的那端為正極，反之則為負(fù)極。

關(guān)于水果電池，還可以提出哪些問(wèn)題呢？如水果電池究竟能產(chǎn)生多大的電壓？多個(gè)水果電池可以給手機(jī)充電嗎？水果電池的電壓跟哪些因素有關(guān)？制作過(guò)水果電池的水果還可以食用嗎？

教學(xué)設(shè)計(jì)意圖：利用身邊的材料，將不同學(xué)科知識(shí)和生活緊密相連，讓學(xué)生感受到不僅是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)，更多的是服務(wù)于我們的日常生活；讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中體驗(yàn)到成功的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力。

六、 結(jié)論

總之，教師要充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在日常教學(xué)中的作用，運(yùn)用生動(dòng)逼真、有趣形象的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合巧妙的構(gòu)思，設(shè)置出多種多樣的思維情境。只有學(xué)生真正積極地參與科學(xué)課堂學(xué)習(xí)的過(guò)程，才能有效地培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析問(wèn)題的能力，使學(xué)生真正感受學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的樂(lè)趣，從而激勵(lì)其主動(dòng)探究，在實(shí)踐中構(gòu)建知識(shí)、激活思維，發(fā)展更高階的思維能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳洪東.巧設(shè)物理教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣［J］.讀寫(xiě)算：教育導(dǎo)刊，2015（18）：119，163.

［2］王志盛.利用演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)思維情境［J］.福建教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（9）：65-66.

［3］李陽(yáng)春.巧用實(shí)驗(yàn)意外優(yōu)化實(shí)驗(yàn)探究［J］.教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2013（6）：14-15.

［4］汪周榮.核心素養(yǎng)在初中科學(xué)教學(xué)中的融入分析［J］.文理導(dǎo)航，2018（9）：78-79.