在自主實驗中培養學生的科學探究素養

摘 要 科學探究的思想、能力及對科學探究方法與過程的理解，即一個人科學素養的表現，培養學生的科學探究素養是科學課程的目標之一。自主實驗活動作為傳統科學實驗的改進、補充和延伸，具有開放性大、靈活性強、趣味性濃等特點，是實施科學課程的重要手段。

關鍵詞 自主實驗 科學探究素養 科學教學

中圖分類號 G633．91

文獻標識碼 B

《科學課程標準(7～9年級)》中明確提出：科學課程應以提高每個學生的科學素養為總目標。在這其中，科學探究(過程、方法與能力)的主要目標是：使學生領悟科學探究的思想，培養學生進行科學探究所需要的能力，增進其對科學探究方法與過程的理解。

這里提到的科學探究的思想、能力及對科學探究方法與過程的理解，也就是一個人具有的科學素養的表現。因此，培養學生的科學素養，尤其是科學探究素養，是科學課程的重要任務和目標。

實驗教學是實施科學課程的重要途徑和方法，實驗教學的方式、方法和開展狀況決定著科學探究素養目標的達成程度。但傳統的演示實驗和學生實驗存在著缺少開放性和自主性的“內傷”，很難激發學生科學探究的主動性和積極性，已經不能滿足科學課程中關于培養學生科學探究素養的要求。因此，在條件較好的學校開展學生自主實驗活動，是科學實驗教學和科學探究素養培養的一種重要嘗試。

1 自主實驗的特征

自主實驗是指學生在教師指導下，根據自身學習的需求和認知水平的發展特點，由學生自主確定實驗課題，設計實驗方案，在課余時間，利用實驗室資源或簡易器材，完成科學探究任務的實驗活動。它與傳統的實驗活動比較，具有下列特征和優點。

1．1 注重培養學生學習的自主性

由學生自主確定實驗課題，教師鼓勵學生自己設計方案，充分體現了學生自主探究的新課程學習理念，真正讓學生成為了學習的主人。在自主實驗過程中，從課題的確定、實驗方案的設計、器材的選擇、實驗探究的過程，學生都具有充分的自主權和自由度，教師只是作為一個建議者和指導者。

例如，在學習了種子萌發的條件的有關知識后，有一位學生提出自己的想法，要尋求一種簡易方法來鑒別曬干的種子是否仍然活著。教師可以指導他從種子的萌發、呼吸、酶的活性等方面去思考，收集相關資料，結合所學的知識，設計方案，詳細說明實驗原理、器材和鑒別步驟。教師對方案中的一些細節進行了改進，并鼓勵和協助其去嘗試，提供技術指導和器材支持，這樣經過多次失敗和不斷的改進，他終于完成了任務。然后他向全體同學展示了自己的成果，并解釋了工作原理，接受同學的評價和建議，進而去改進自己的方案。

在這個過程中，這位學生深深地體會到了科學探究的樂趣、成功的喜悅，并學會了合作與交流。這在傳統的實驗活動中是很難體驗到的。

通過上述的例子可以看到與傳統的實驗活動相比，自主實驗活動更能讓學生體驗到學習的樂趣、成功的快樂，促進學生由“要我學”變為“我要學”，促進了學生的自主發展。

1．2 注重培養學生的合作精神

在自主實驗中，提倡學生以小組為單位，采用合作的方式完成實驗任務。這種合作包括選題、選材、探究和交流的各個方面。

在合作探究活動中，讓學生充分體會到集體智慧和力量的強大，同時加深對相互協作與責任的認識。

在具體的實驗活動中，教師可以允許學生自由組合，小組人員和人數均不確定，而且在完成不同實驗時，可以改變小組的成員，這樣讓學生能在一種寬松、自由和開放的氛圍中開展實驗活動。同時，一個學生還可以參加幾個小組的自主實驗，這樣既充分利用了資源，又提高了學習的效率。

1．3 注重培養學生探究性學習

探究性學習是以學生的自主性和探索性學習為基礎，由學生從自己身邊和社會生活中提出感興趣的問題來選擇研究專題，在教師的指導下收集材料，處理信息，解決問題，進行模擬的科學研究。其目的是使學生在探究性學習中，初步掌握科學研究的一般步驟和方法，培養學生開放的思維、個體的自信，并挖掘學生發展潛能，培養學生綜合運用知識解決實際問題的能力。

自主實驗活動充分體現了探究式學習的各種特點，是探究性學習在實驗教學中的一種實踐。它的程序是：

①提出課題：教師要注意難易程度；

②學生設計實驗：教師要引導學生怎樣設計，學生設計后教師要予以具體指導，對不妥之處予以糾正；

③學生探索操作：學生實驗操作要規范，觀察要全面，記錄現象和數據要細致準確；

④學生分析得出結論；

⑤學生交流與評價：學生完成自主實驗后，要將實驗過程、成果和體會進行展示和交流，接受其他同學的質疑和評價。

1．4 注重知識的整合性及聯系生活實際，培養學生分析解決問題的能力

傳統的課程過于強調學科本位，缺乏整合現象，而科學課程是一種全新的綜合理科課程，注重學科問的聯系和整合。因此教師要站在綜合課程的角度，引導學生選題和開展活動。如在有的學生提出課題“怎樣讓小球浮起來”，教師引導學生聯系物理、化學、生物等各方面知識來思考，從而找到最合理的實驗方案。

教師要引導學生設汁與現代社會和科學發展相聯系的實際問題。如學完電的有關知識后，學生提出了制作電池的設想，筆者就引導學生通過搜集資料，了解干電池和蓄電池的工作原理，用日常生活中可以獲得的材料進行實驗，通過自主實驗活動，學生完成了水果電池、醋酸電池等電池的制作。學生通過這些活動明白了科學知識與日常生活是緊密聯系的，解決問題需要與學科配合。

2 開展自主實驗活動應遵循的原則

2．1 小型多樣——趣味性和可行性原則

自主實驗屬于課外實驗，是由學生課外自由選擇參加，沒有趣味性就不能調動學生積極性。趣味性能增強實驗的刺激性和吸引力，誘發學生學習動機；同時這些實驗是可行的，它值得做，有實用價值和推廣價值，簡便易行。

2．2 動手動腦——目的性和主體性原則

自主實驗是以學生為真正的活動主人，在教師的指導下獨立組織、自主展開的，由學生自己動手動腦設計，并完成實驗，以期獲得某一結論或預期效果，教師要根據實驗目的提前布置，放手讓學生自主進行實驗。

2．3 學以致用——實踐性和科學性原則

學習科學，若不將所學知識用于生產生活實際，則是枯燥乏味的，自主實驗的內容要密切聯系實際，除此之外自主實驗的設計方案要求合理化、儀器裝置簡單化、科學原理突出化。

2．4 不拘一格——靈活性和開放性原則

課堂實驗教學具有相對穩定的內容和形式，而自主實驗活動則不同，它具有較強的靈活性和開放性，內容豐富多彩，可進行小制作、小發明等；教師的組織形式也靈活多樣，可讓學生單獨進行，也可以小組形式進行等。

3 自主實驗活動的具體內容分類

3．1 聯系生產生活實際的觀察性實驗

大自然、日常生活和生產車間為學生學習科學提供了廣闊的課堂。

如學習花的結構后，教師組織學生觀察各種花的結構；學習了物質的酸堿性后，讓學生搜集生活中的酸性和堿性物質等；學習了光的色散后，讓學生觀察雨后彩虹；學習了幾何光學后，讓學生參觀光學器材廠，讓技術人員講解—些器材的原理、結構和應用等。

教師應在課后向學生布置觀察內容，鼓勵學生多觀察，寫觀察周記。

3．2 結合教學實際的課外小實驗

通過一些小實驗，教師可使學生進一步理解科學概念和規律，使他們靈活運用所學知識，鍛煉自己的實驗技能。

如學習了滑動摩擦力后讓學生測某木塊和某木板間的摩擦系數；學習了聲波后讓學生利用回聲測距，學習了植物的營養繁殖后，讓學生做壓條、扦插或者嫁接實驗等。

3．3 體現學以致用原則的小制作

教師應鼓勵學生在課外多動手多動腦，進行一些小制作。

如學習了電磁感應后自制電磁鐵、電鈴、小電動機；學習了浮力定律后自制密度秤，學習了生態平衡后，讓學生嘗試自制生態球等。

3．4 發揮學生聰明才智的小發明

鼓勵學生課外大膽設計，大膽創新，進行發明創造。

3．5 科學規律尋根溯源的小實驗

新教材設置了“探究課題”，要求學生通過探究去認識和發現自然規律。教師可結合教學實際組織學生進行一些探研性實驗。

如光合作用條件和原料的探究，首先讓學生根據生活經驗作出假設，進而根據其產物的性質，確定檢驗光合作用的有效方法及進行暗處理的必要性，然后選擇合適的植物，控制變量，設計對照實驗，實驗過程認真觀察記錄，通過對數據的分析，交流和總結，得出結論。

由于受時間和學生知識水平限制，探究性實驗只能有選擇的進行，并且教師要適時給予指導，并對學生探究過程和結論予以分析和評價，讓學生在探究的過程中領會研究科學問題的科學方法。

4 自主實驗活動的調控

自主實驗活動，雖然強調學生實驗活動的開放性和自主性，但絕不是放任自流的游戲和玩耍。因此，在開展自主實驗活動時，教帥應該進行宏觀調控，進行必要的指導，讓活動有計劃、有組織、有目的地進行，從而達到培養科學探究素養的目的。在自主實驗活動的管理中，我的具體做法如下。

4．1 學生提出申請

學生每個星期可以從所學知識、課外資料、日常生活中提出自己感興趣的課題，在充分思考和討論的基礎上，向教師提出實驗申請，教師提供表格(表1)要求學生認真填寫。

在這一環節中，學生只需在表中填寫：探究小組成員、探究時間、探究問題、活動器材、探究方案等5項內容。

4．2 進行實驗活動

學生的實驗方案得到教師批準后，憑實驗活動單到實驗室，由實驗教師提供實驗器材，或自備部分材料，按實驗汁劃完成實驗，并記錄實驗結果。如果實驗不能達到預期效果，教師則要求學生展開探討，修正實驗方案，尋找可能的原因，并再次實驗，直至成功，并將這一過程詳細記錄(寫在活動過程中)，在交流時，向全體同學進行說明。

4．3 實驗展示與交流

這是自主實驗活動成果的展臺。教師可每周利用一節課時間，將本周內比較成功的自主實驗活動成果進行展示。

活動者(個人或小組)首先為同學展示自己的成果，并詳細介紹活動過程、實驗意義以及它的科學價值。

然后，由全體同學當場提問，采取生生互動、師生互動等多種形式進行交流，同時進行科學知識、科學態度和科學方法的教育。

最后，學生對幾個實驗活動進行評價，以一定的分值體現在學生成長歷程中，并把學生的活動成果，如實記人每位學生的成長記錄袋中。

通過這些活動的實踐，學生學習科學的興趣和積極性得到了很大的提升，同時也使自己逐步形成了用科學態度對待問題，用科學方法解決問題的良好習慣。

自主實驗是科學課程中規定實驗活動的有益補充和延伸，它基于課堂內容，源于課外探求，自主、探究、合作體現了新課程、新理念，是培養學生自主探究能力，提高科學探究素養的有效途徑。