探索科學(xué)實(shí)驗的有效性

摘 要： 科學(xué)實(shí)驗是科學(xué)教學(xué)的重要載體，能為學(xué)生主動參與教學(xué)過程創(chuàng)造條件。本文作者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，從實(shí)施有效科學(xué)實(shí)驗的基本原則和實(shí)施有效實(shí)驗的基本途徑和方法等方面探討了初中科學(xué)教學(xué)中發(fā)揮學(xué)生的主體作用，有效實(shí)施科學(xué)實(shí)驗的方法。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)實(shí)驗 有效性 基本原則 基本途徑

一、問題緣起

美國心理學(xué)家卡爾·羅杰斯認(rèn)為：“教學(xué)的實(shí)質(zhì)就是把學(xué)生的經(jīng)驗活動擺在教學(xué)過程的核心，主動的學(xué)習(xí)才是完整的學(xué)習(xí)。”因此，教學(xué)活動是教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”的雙向互動的過程，其中內(nèi)因是變化的根據(jù)，學(xué)生是認(rèn)識的主體。教師對學(xué)生的引導(dǎo)、啟發(fā)、講解、點(diǎn)撥等，無論其作用有多大，學(xué)生都需要通過獨(dú)立思考、選擇與運(yùn)用，才能內(nèi)化為智慧和能力。科學(xué)實(shí)驗教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)以學(xué)生的思維活動為主體，以學(xué)生的認(rèn)識過程為主體。傳統(tǒng)的科學(xué)實(shí)驗教學(xué)的主要目的是為了加深學(xué)生對已知的科學(xué)概念和理論的認(rèn)識，大多采用驗證性實(shí)驗，因而往往重知識輕方法，重結(jié)果輕過程，重接受輕探究，使學(xué)生形成了某種思維定式，限制了學(xué)生的發(fā)散性思維，在一定程度上阻礙了科學(xué)實(shí)驗教學(xué)的深入與提高，這既不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造才能和開拓精神，又不利于促進(jìn)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展。因此，繼續(xù)深化科學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革，切實(shí)提高實(shí)驗教學(xué)的有效性，是初中科學(xué)教學(xué)需要解決的現(xiàn)實(shí)課題。

二、實(shí)施有效科學(xué)實(shí)驗的三個基本原則

1.基礎(chǔ)知識和實(shí)驗活動有機(jī)結(jié)合。

教師在遵循基本科學(xué)知識的前提下，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗事實(shí)或?qū)嶒炇穼?shí)，運(yùn)用實(shí)驗來探究物質(zhì)的本質(zhì)及其變化規(guī)律，盡可能地把演示實(shí)驗和驗證性實(shí)驗改為學(xué)生探究性實(shí)驗，這樣不僅能體現(xiàn)“教為主導(dǎo)、學(xué)為主體”的新一輪課改的指導(dǎo)思想，而且在教師指導(dǎo)下進(jìn)行探究，學(xué)生能激發(fā)求知欲和探究的興趣，更能培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力。例如在《液體的壓強(qiáng)》教學(xué)過程中，教師可把演示實(shí)驗改為探究性實(shí)驗，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，為學(xué)生提供動手動腦的機(jī)會。此外，教師要通過問題討論等方式引導(dǎo)學(xué)生積極思維，使學(xué)生始終處于研究之中。

需要強(qiáng)調(diào)的是，教師設(shè)計的探究性實(shí)驗的難度必須與學(xué)生學(xué)習(xí)的能力相適應(yīng)。探究的難度過低，學(xué)生會失去探究的興趣；探究的難度過高，學(xué)生會產(chǎn)生畏縮情緒，同樣也不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，所以實(shí)驗探究的課題和內(nèi)容，必須與學(xué)生的知識能力相適應(yīng)。

2.以學(xué)生自主探究為重點(diǎn)。

教師在探究性實(shí)驗時應(yīng)盡量避免將活動方案或結(jié)論知識告知學(xué)生，以使學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性得到充分的發(fā)揮。例如探究“蝗蟲”一課，我不是簡單地按蝗蟲的掛圖和模型講解蝗蟲的結(jié)構(gòu)和身體各部分位置功能，而是在課前組織學(xué)生在學(xué)校周圍捕捉蝗蟲（每人至少一只），上課時發(fā)給學(xué)生每人一個放大鏡，一張任務(wù)記錄單，要求學(xué)生通過觀察蝗蟲完成任務(wù)單上的任務(wù)。課上每個學(xué)生都非常努力投入，他們仔細(xì)地觀察蝗蟲身體的每一個細(xì)節(jié)，并盡可能準(zhǔn)確地把觀察結(jié)果描繪在任務(wù)單上。完成觀察描繪之后，我組織學(xué)生進(jìn)行小組討論并交流，對觀察記錄的不同點(diǎn)進(jìn)行再觀察，形成共識，同時我引導(dǎo)學(xué)生注意蝗蟲有單眼和復(fù)眼，并要求學(xué)生通過觀察說出單眼和復(fù)眼的功能和作用。還引導(dǎo)學(xué)生觀察蝗蟲前足和后足，看看有什么不同，討論前后足的結(jié)構(gòu)和差異，具有什么功能。有學(xué)生觀察到蝗蟲的腹部兩側(cè)各有一排小孔，這是蝗蟲的呼吸器官，我問學(xué)生蝗蟲的呼吸器官為什么不在頭部而是在腹部？能用什么方法證明？學(xué)生進(jìn)行討論和思考提出實(shí)驗方案：取兩只蝗蟲，將其中一只頭部浸入水中，另一只腹部浸入水中，待五分鐘后看哪一只蝗蟲先不動了。學(xué)生在課堂上一直處于積極自主的探究當(dāng)中，他們在技能的掌握和能力的形成過程中，逐步形成了科學(xué)的學(xué)習(xí)態(tài)度和良好的學(xué)習(xí)行為習(xí)慣。

3.著眼于向?qū)W生的自組織開放。

自組織就是指當(dāng)干擾、問題、混亂出現(xiàn)時，一個系統(tǒng)能自我調(diào)節(jié)，達(dá)到一種新的平衡狀態(tài)。實(shí)驗教學(xué)向?qū)W生的主動探索開放，向?qū)W生參與教學(xué)的可能性開放，向師生合作共同探索新知識的過程開放，能更好地激發(fā)學(xué)生的興趣和探究欲望。比如在實(shí)驗教學(xué)中，我對學(xué)生敞開實(shí)驗用品、用具等，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的火花；在平時的教學(xué)過程中，我十分重視學(xué)生的個性發(fā)展，想方設(shè)法為學(xué)生提供展示自我的機(jī)會。

三、實(shí)施有效實(shí)驗的基本途徑和方法

1.變客體學(xué)習(xí)為主體學(xué)習(xí)——盡可能地改演示實(shí)驗為“并進(jìn)實(shí)驗”。

不少演示實(shí)驗由于空間、條件的限制往往不利于學(xué)生仔細(xì)觀察，其操作能力也得不到訓(xùn)練，所以我將教學(xué)中的演示實(shí)驗盡量讓學(xué)生自己動手做，或者邊指導(dǎo)邊讓學(xué)生動手做，增加學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會，以優(yōu)化實(shí)驗教學(xué)，我將它稱為“并進(jìn)實(shí)驗”，它能有效促進(jìn)學(xué)生從參與到共同探究的教學(xué)氛圍。并進(jìn)實(shí)驗應(yīng)符合以下條件：反應(yīng)條件較易控制，操作較簡單，危險性小，不易污染環(huán)境的內(nèi)容。以《氧氣的制法》為例，我先進(jìn)行課堂設(shè)問，激發(fā)學(xué)生興趣，喚起學(xué)生進(jìn)行探究的欲望，并告訴學(xué)生在實(shí)驗室里常用加熱某些含氧化合物的方法來制得氧氣，介紹并出示KClO■和MnO■，請學(xué)生設(shè)想一下實(shí)驗室制氧氣有幾種方法。學(xué)生討論后認(rèn)為有3種：①加熱KClO■；②加熱MnO■；③加熱KClO■和MnO■的混合物。接著我讓學(xué)生分組對課本演示實(shí)驗進(jìn)行探究實(shí)驗，組織學(xué)生交流實(shí)驗結(jié)果。這樣將科學(xué)實(shí)驗作為載體，給學(xué)生提供了“動腦想”、“動手做”、“動口說”的機(jī)會。然后我播放“MnO■質(zhì)量在加熱KClO■和MnO■的混合物反應(yīng)前后不變”的實(shí)驗錄像，學(xué)生自然得出催化劑的定義，并一致選用加熱KClO■和MnO■的混合物的方法來制取氧氣。在這樣的過程中學(xué)生通過看、聽、動手、思考，對MnO■是熱KClO■分解反應(yīng)的催化劑有了深刻的認(rèn)識。

2.變結(jié)果教學(xué)為過程教學(xué)——有選擇地改驗證實(shí)驗為探究實(shí)驗。

當(dāng)代著名教育心理學(xué)家布魯納指出：“知識乃是一個過程，不是結(jié)果。”因此，變結(jié)果教學(xué)為過程教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生主動探索問題的動機(jī)和思路，發(fā)揮學(xué)生思維的積極性。教師應(yīng)在教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)中選擇知識點(diǎn)，組織與指導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立地探究知識結(jié)論。選擇的知識點(diǎn)的難易度要較為適合，處于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)，讓學(xué)生“跳一跳就能摘到蘋果”。例如在《浮力》教學(xué)時，我先讓學(xué)生動手把泡沫塑料、木塊、氣球、橡皮泥、鉤碼等一一放在水中，按順序觀察后再回到整體上觀察，學(xué)生很快辨出哪些材料下沉，哪些材料上浮。接著我引導(dǎo)學(xué)生思考：你能提出哪些問題？這樣的做法使學(xué)生理解了深刻的道理，同時學(xué)生也享受到了再創(chuàng)造的喜悅。

探究實(shí)驗的過程，往往就是獲得知識的過程。例如在《二氧化碳的實(shí)驗室制法》中，我就將驗證性實(shí)驗改為探究性實(shí)驗。

實(shí)驗1：探究實(shí)驗室制CO■的科學(xué)反應(yīng)原理。設(shè)計學(xué)生實(shí)驗：首先取4支試管，分別加入少量大理石顆粒，按A■、A■、A■、A■編號，另取4支試管分別加入少量碳酸鈣粉末，按B■、B■、B■、B■編號依次排列在試管架上；然后在A組和B組的1—4號試管中分別滴加稀HC1、濃HCI、稀H■SO■、醋酸溶液；最后觀察反應(yīng)現(xiàn)象，分析比較其異同。在學(xué)生充分評論的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出實(shí)驗室制取的理想方法應(yīng)具備：制取CO■方便，操作簡單，藥品成本低，氣體純度高，產(chǎn)生氣體速率適中，易控制等優(yōu)點(diǎn)，因此理想的制取CO■的科學(xué)原理是：CaCO■+2HC1（稀）=CaCl■+H■O+CO■↑。

實(shí)驗2：探究設(shè)計實(shí)驗室制CO■的實(shí)驗裝置。設(shè)計如下：先提供常用科學(xué)實(shí)驗儀器。圍繞實(shí)驗室制取CO■氣體裝置，設(shè)置問題情景，啟發(fā)引導(dǎo)出實(shí)驗室制氣體的發(fā)生裝置和收集裝置的選擇依據(jù)，以此作為思維導(dǎo)入契機(jī)，要求學(xué)生自己設(shè)計一套制取CO■的實(shí)驗裝置（可能出現(xiàn)不同裝置并動手制取一瓶CO■）。通過提出問題—討論、設(shè)計—實(shí)驗探究，學(xué)生完成了發(fā)現(xiàn)的全過程，訓(xùn)練了思維方法，提高了實(shí)驗?zāi)芰Γ€了解了探究性學(xué)習(xí)方法。

3.變常規(guī)學(xué)習(xí)為創(chuàng)新學(xué)習(xí)——有重點(diǎn)地改“傳統(tǒng)模式”實(shí)驗為設(shè)計實(shí)驗。

教學(xué)實(shí)踐證明：實(shí)驗?zāi)芨嗟匕l(fā)揮學(xué)生的主動積極性，以及他們獨(dú)立分析問題及解決問題的能力，可以更高層次地發(fā)揮學(xué)生的智力。因此，教師應(yīng)該大膽放手，讓學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗，變常規(guī)學(xué)習(xí)為創(chuàng)新學(xué)習(xí)。例如在研究“滑動摩擦力大小跟哪些因素有關(guān)”時，學(xué)生提出滑動摩擦力可能與接觸面的粗糙程度、壓力、接觸面積的大小、物體的運(yùn)動速度有關(guān)等猜想后，我引導(dǎo)學(xué)生選擇最感興趣的假設(shè)，設(shè)計實(shí)驗方案進(jìn)行分組探究，然后通過共同交流、分析得出結(jié)論。再如學(xué)習(xí)《阿基米德原理》時，我通過復(fù)習(xí)浮力產(chǎn)生的原因來進(jìn)行公式推導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)推導(dǎo)結(jié)果猜想浮力大小可能跟排開液體的重力有關(guān)。學(xué)生經(jīng)過精心篩選器材，最后設(shè)計出兩組實(shí)驗方案：

方案一：選用溢水杯、彈簧測力計、石塊、細(xì)線、小桶、水。用測力計法算出浮力，即F■=G-F■。用小桶接住溢出的水，測出水的重力，即G■，比較F■和G■是否相等。

方案二：選用量筒、彈簧測力計、石塊、細(xì)線、水。用測力計法算出浮力，即F■=G-F■。用量筒量出排開水的體積，算出排開水的重力，即G■=ρ■gV■。比較F■和G■是否相等。

學(xué)生通過自己設(shè)計實(shí)驗驗證了猜想和假設(shè)，培養(yǎng)了探索精神、探索情趣和探索能力。

4.變課內(nèi)學(xué)習(xí)為課外學(xué)習(xí)——有針對性地把科學(xué)實(shí)驗向廣闊生活延伸拓展。

在學(xué)生完成探究性實(shí)驗后，教師可結(jié)合某次探究性學(xué)習(xí)提出一些問題，幫助學(xué)生進(jìn)一步深化探究性學(xué)習(xí)、教師要努力做到“讓學(xué)生帶著問題走進(jìn)教室，帶著更多的問題走出教室”。例如在完成“測定小燈泡的電功率”的學(xué)習(xí)后，我提問：若實(shí)驗中不具備電壓表或電流表中的任意一個，而是給出了一個已知阻值的電阻，你們能不能測出小燈泡的電功率？假若已知電源電壓，而電壓表的量程小于燈泡的額定電壓時，怎樣測量小燈泡的額定功率呢？這些問題使學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗探究后將探究性學(xué)習(xí)進(jìn)一步深化，加深了思考，激發(fā)了探究興趣，轉(zhuǎn)入實(shí)驗探究后的再思考，最大限度地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性、自主性與創(chuàng)造性，達(dá)到了陶行知先生所倡導(dǎo)的“迷、悟、愛”的最高宗旨，讓學(xué)生充分認(rèn)識到實(shí)驗探究是實(shí)踐探究性學(xué)習(xí)的重要手段。

5.變授之以“魚”為授之以“漁”——注重方法指導(dǎo)，提高探究實(shí)效。

有效科學(xué)實(shí)驗關(guān)注的不僅是學(xué)生對科學(xué)相關(guān)知識的理解，更重要的是要讓學(xué)生在探究的過程中逐步掌握一些科學(xué)探究的基本方法，如控制變量法等。這就要求教師在組織探究性教學(xué)的過程中重視對學(xué)生方法的指導(dǎo)。我們經(jīng)常可以看到一些“轟轟烈烈”的完全由學(xué)生自主探究的場面，但是只要用心觀察，就會發(fā)現(xiàn)熱鬧的形式掩蓋下的是胡亂的探究，學(xué)生往往缺乏行之有效的方法，而導(dǎo)致探究過程失去意義。因此教師要在探究性教學(xué)中，幫助學(xué)生掌握基本的探究學(xué)習(xí)的策略和方法，使學(xué)生知道怎樣進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，從而學(xué)得主動，使探究性學(xué)習(xí)有效進(jìn)行。例如在“探究種子萌發(fā)”時，先由學(xué)生討論得出，影響種子萌發(fā)的因素有：種子的形狀、大小、飽滿程度、溫度、水分、空氣等。由于影響種子萌發(fā)的變量很多，我引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)用控制變量法的方法一個一個變量來研究：在研究某一個變量如水對種子萌發(fā)的影響時，其它的變量如空氣、溫度等必須保證不變，只有水這個變量發(fā)生變化。只有這樣才能得到比較正確的結(jié)論。

教師以充分發(fā)揮學(xué)生主體作用為切入口實(shí)施有效的科學(xué)實(shí)驗教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動手能力和分析解決問題的能力，提高學(xué)生的實(shí)驗素質(zhì)都具有十分重大的意義。因為學(xué)生主體地位的確立，能激發(fā)起學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)，激起學(xué)生的求知欲，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，主動參與實(shí)驗探究活動，“教”和“學(xué)”的過程也就變成了“探究”和“發(fā)現(xiàn)”的過程，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

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