利用科學實驗培養學生能力

王俊卿

利用科學實驗培養學生能力

王俊卿

科學學科涉及的知識面較廣，與許多學科息息相關，是一門綜合性學科，通過學習科學能拓展學生的視野、豐富學生的科學知識。科學教學是以實驗和制作活動為主，特別是實驗教學，學生在教師的組織和引導下進行提問、質疑、猜想、設計方案、實驗驗證、交流展示、得出結論、拓展應用等。在整個實驗過程中，需要學生積極動腦思考和勤于動手操作，讓學生能夠積極、主動參與到探究活動中，從而提高教學效率，培養學生能力。學生具有好奇心強的特點，而科學實驗正好符合學生的這一特點，學生通過實驗獲取知識和掌握技能的同時，也培養了學習興趣，激發了探索世界和改造世界的欲望。

一、培養學生的觀察能力

觀察能力是培養學生其他能力的基礎。在實驗中，通過觀察實驗現象進行對比、分析和總結。但在實際教學中發現學生的觀察能力不強，首先表現在觀察的目標不確定，缺乏主動性；其次，觀察得不細致、不完整；再次，對觀察到的結果表述得不是很好。對于以上情況，實驗教學中應采取措施加強對學生觀察能力的培養。具體措施有：(1)教師演示實驗要給予學生足夠的觀察時間，教師也可以多演示幾遍，讓學生觀察仔細、全面；(2)先布置任務，讓學生有針對性地觀察；(3)做實驗時，要遵循“實驗裝置簡單、容易操作”的原則，有利于學生集中精力，提高觀察的實效；(4)實驗前，教師要示范演示，讓學生有目的地去做實驗，集中精力去觀察細微的變化；(5)準確表述實驗現象和結果；(6)觀察時應注意技巧，要學會統籌方法。

例如，研究“熱水的散熱規律”時，讓學生長時間觀察并記錄。學生從13:15～13:55，每分鐘測量一次，并記錄下測量時間與水的溫度(如表1和圖1所示)。在觀察溫度計液柱上升時，始終讓溫度計與水面垂直，且不接觸器壁，保持視線與液柱界面在同一水平面上。又在14:00～14:50，每5分鐘測量一次(如表2和圖2所示)。

表1

圖1

表2

圖2

圖3

為了更直觀地觀察熱水的散熱情況，把一組學生實驗得來的數據繪成散點圖，圖1與圖2中的點線就是熱水溫度隨時間自然散熱的情況，然后將圖表匯總，讓學生觀察并分析(如圖3所示)。

由圖3可以看出：(1)溫度越高，散熱越快；第1分鐘至第3分鐘(即13:15～13:17)，第一個5分鐘至第三個5分鐘(即14:00～14:15)，這種變化尤其明顯。(2)溫度越低，散熱越慢，第七個5分鐘和第八個、第九個5分鐘變化曲線較平緩。(3)熱水散熱整個變化過程不是呈直線下降，而是局部有起伏，第3分鐘和第4分鐘、第5分鐘與第6分鐘、第10分鐘和第11分鐘有明顯起伏。學生討論，從熱水自然散熱“溫度越高，散熱越快”與“溫度越低，散熱越慢”來看，熱水自然散熱與它周圍環境的氣溫有關，因為當時實驗場地室內的氣溫是23 ℃，90 ℃與23 ℃相差大，所以散熱快；29.5 ℃與23 ℃相差小，所以散熱慢。由此想到，在熱水容器外壁堆放一些冰塊，或以冷水在它四周流動，散熱效果一定會更好。 從“熱水散熱整個變化過程不是直線下降，而是局部有起伏”來看，熱水在自然散熱的過程中，內部也不是平靜的，可能存在對流。只有這樣持續的觀察并做好記錄，學生的觀察能力才能得到鍛煉和提升。

二、培養學生的動手能力

在做科學實驗時，學生必須通過實驗操作來驗證自己猜想的正確與否。在實驗中，要為學生提供更多的機會和空間，鼓勵學生多動手、敢于動手，養成樂于動手的好習慣。在學生進行實驗之前，教師要進行演示實驗，示范實驗儀器的正確使用方法，講解實驗材料的特性，指出實驗涉及的安全問題，并告知學生及時補救的方法，確保學生實驗操作的正確性和安全性。另外，學生實驗時，教師要巡視指導，以糾正不當的操作行為。在研究液體能否導電時，要求學生用電燈泡的明亮效果來了解物體的導電性能，但無法通過數據來比較，怎樣準確地知道它們的導電性能呢？于是建議學生使用測量工具，即選用萬用表來測量液體的導電性能，因為萬用表靈敏度高，測量準確，然后學生制定實驗方案： (1)認真學習萬用表的使用方法；(2)用不同液體做實驗；(3)查閱國內的物體導電性能研究成果。接著學生自己動手操作：將萬用表放在水平桌面上，轉換開關到歐姆檔，再選擇倍率，將兩表筆短接，使指針指在歐姆刻度線右邊的零位。學生開始做實驗：取1號瓶食用醋，將表筆浸入測電阻；將10 g堿放入2號瓶熱水中，先將兩表筆短接，再將表筆浸入測電阻；將10 g鹽放入3號瓶熱水中，先將兩表筆短接，再將表筆浸入測電阻。在測量中告訴學生：使用萬用表進行測量時，要注意人身和儀表設備的安全，測試中不得用手觸摸表筆的金屬部分，不允許帶電切換檔位開關，避免發生觸電和燒毀儀表等事故。不帶電時，先將兩表筆短接，用表筆接觸三名學生(王強、李偉、張濤)的手指，測量人體電阻。測量結果見表3。

表3 不同液體與人導電情況一覽表

測量結果表明：(1)不純凈的水是導體，人體也具有導電性。(2)液體中混入的其他物質越多，該液體越容易導電。(3)在安全電壓時，不得用手觸摸表筆的金屬部分，這是為了確保測量結果的準確性。這樣，學生親自動手使用實驗儀器，對規范他們的實驗操作有著積極的作用。

三、培養學生的思維能力

在科學實驗教學中，培養學生的思維能力是關鍵，思維能力影響著學生智力的發展。在實驗的過程中，學生通過觀察現象，然后根據現象進行思考、對比、分析和總結。那么怎樣才能培養學生的思維能力呢？這是需要教師長期探索的問題。根據多年的教學經驗得出：在整個實驗過程中，通過各個教學環節引導學生的思維，并讓學生主動思考完成教學任務。實驗前，引導和啟發學生提出問題。這里包括實驗的意義、對提出問題的猜想、應選擇哪些實驗儀器和材料、實驗方法等。實驗中，讓學生邊操作邊思考。思考實驗時應注意哪些事項？操作不當會出現哪些不良后果？能否得出正確結果？實驗后，進行思維的匯報。問問學生得出了什么結果或者發現了什么現象，實驗過程中遇到了哪些問題，是怎樣克服的，最后引導學生根據實驗現象，通過對比、分析得出正確的結論。如果實驗結果錯誤，錯誤的原因在哪里？你對該實驗有何改進建議？該裝置是否可以用其他裝置來代替？最后就是利用結論解決實際中的問題，到達思維的巔峰，這也是培養學生思維的最終目的。

例如，研究水表面承受的壓力時，讓學生準備20張精美的圓片、食用醋、堿(小蘇打)、鹽與玻璃杯等實驗材料。首先，把水注入玻璃杯中直到水快溢出，然后輕輕地往杯內水面上放圓片，上一枚重疊在下一枚圓片的上面，當上面放到第十一枚時，最下面的那個圓片像一條美人魚似的慢悠悠地向水里游去。又在第二個杯內的200 mL水中放入10 g鹽，在第三個杯內的200 mL水中放入 10 g堿，仿照上述實驗方法，當在鹽水中放到第六枚圓片、在堿水中放到第五枚圓片時，最下面的圓片也出現這種現象。水表面承受的壓力為什么不一樣呢？在教師的幫助下，依照方案測量了圓片的質量和直徑，計算出了圓片的面積。通過計算學生知道：水表面每平方厘米所受壓力是0.013 855 N，鹽水表面每平方厘米所受壓力是0.007 530 N，堿水表面每平方厘米所受壓力是0.005 542 N，圓片所受的壓強見表4。

表4

實心金屬在水里會下沉，為什么硬幣卻能漂在水面上呢？依照方案，同樣的方法又測量了硬幣的質量和直徑，計算了1元、1角、5角硬幣圓片的面積，通過計算我們算出硬幣所受的壓強見表5。

表5

學生把表4與表5對比后可以看出，水中含有其他物質時，水表面可以承受的壓力變小，看來主要不是浮力的作用，因為物體在鹽水中所受浮力大于物體在水中所受浮力。這時告訴學生，這是水面的張力作用，學生明白了為什么水黽在水面上可以奔跑如飛。由表4與表5可以看出，1枚1元硬幣、1枚1角硬幣與1枚5角硬幣所受壓強分別為0.012 653 N/cm2，0.012 143 N/cm2與0.012 739 N/cm2，都小于水表面所能承受的壓強0.013 855 N/cm2，所以硬幣能漂在水的表面上。水黽的腿部有一種鉤狀的毛，每一只腳上也有，并這種鉤狀的毛可以毫不沾水， 水黽腳的這種結構增大了與水表面的接觸面積，它每平方厘米上所受壓力是不是比水表面每平方厘米可以承受的壓力0.013 855 N小呢？今后將繼續研究下去。在培養學生動手能力的同時，還要注重拓展學習的空間，挖掘學生的發散性思維，培養學生的綜合素質。

四、培養學生的探究能力

實驗是科學探究活動的重要形式，提高學生的科學素養是科學學習的核心任務，要完成這一任務，必須依靠科學教學中以探究式為主的教學方式。通過探究式學習，能夠培養學生的探究能力，是學生通過學習而具有的一種綜合能力，包括觀察能力、動手能力、創新能力等。科學教學是以探究性教學為主的教學方式，探究性學習是科學學習的目標，也是學習方式。探究性學習可以通過實驗的形式開展，讓學生親身經歷探究的過程。科學實驗正好符合“讓學生親身經歷探究過程”的新課標要求，也滿足了學生學習科學的需求。科學實驗是學生進行探究學習的一部分，通過實驗學習科學知識，符合科學學科的特點和學生的認知水平。通過實驗，學生能夠獲取知識、掌握技能、體驗探究樂趣，同時還可以培養自己的探究能力。

例如，探究馬鈴薯在液體的沉浮時，就經歷了一個典型的“觀察—發現—推測—驗證”的科學探究過程。剛開始，將兩個同樣大小的馬鈴薯懸放在兩杯液體里，讓學生猜，松手后會發生什么現象。有的學生認為會沉，因為從平時的經驗得知馬鈴薯放在水里面是會沉的。接下來，分別把馬鈴薯放在液體里并松手，學生發現一杯里是沉的，判定是水；另一杯里是浮的。緊接著問學生：“為什么馬鈴薯放在這一杯液體里面是浮的呢？學生認為，這一杯不是水，是其他的液體(水里面含有其他物質)。我們從外觀上能看出這兩種液體的區別嗎？如果真有食鹽溶解在水中，我們有什么辦法證明它的存在呢？學生說可以用分離溶質的方法。下面就用加熱液體蒸發水分的方法來驗證學生的猜測。加熱后學生發現，馬鈴薯可以沉入液體，在金屬片上加熱，金屬片上什么也沒有留下，即這種液體是水；但另一種液體在金屬片上加熱后，金屬片上有白色的物質，雖然不能斷定這種液體中溶解的白色顆粒就是食鹽，但是學生認為，因為水中溶解了這種物質，成為了溶液，馬鈴薯就浮了起來。接下來，學生分小組進行實驗，調制一杯可以使馬鈴薯浮起來的液體。要求學生取150 mL水，往杯子里一次次加鹽，食鹽溶解后，放入馬鈴薯檢驗是否可以浮起來，并做好記錄，直到馬鈴薯浮起來為止。在這里教師要提醒學生，不要把全部的食鹽一次性倒入杯中，而是要觀察使馬鈴薯浮起來最少要用多少克食鹽。在匯報交流的時候，大部分小組的數據都是在150 mL的水里面放了24～30 g的食鹽，學生用小勺(一次可以放8 g)放了3～4次，細心的學生還認為，當食鹽在水中溶解以后再放下一勺，借助玻璃棒或筷子攪拌加快溶解，這樣數據就更準確。最后讓學生思考：從實驗現象和結果分析，怎樣的液體才會使馬鈴薯浮起來？學生認為，只有水中溶解的物質達到足夠的量，液體才能改變物體的沉浮。這樣學生就完成了探究的任務，懂得了改變液體里的物質就可以改變物體的沉浮，在應用時，學生就能夠解釋死海不死的原因，達到了學有所用的目的。

五、結束語

在對科學學科進行學習時，學生通過實驗去獲取知識和掌握技能，科學素養得到提升。由于受學生的年齡和認知能力所限，學生的實驗需要在教師的組織和引導下完成，特別是教師的演示實驗、講解實驗儀器的使用方法、實驗材料的特性以及實驗的安全問題強調，都要做到位，以保證學生在完成教學任務的過程中正確使用實驗儀器和材料，起到鍛煉和培養學生能力的作用。在以探究式學習為主的科學學科中，實驗也成為了其中一種形式，學生通過提問、質疑、設計實驗、實驗驗證、交流展示、得出結論、拓展應用等，使自己親身經歷探究活動的整個過程，從而培養了自身的觀察能力、動手能力、思維能力和探究能力，促進了自身的全面發展。

2011-11-16

王俊卿，本科，小教一級。

河南省息縣第一實驗小學。