巧用實(shí)驗(yàn)詮釋初中科學(xué)概念

吳桂花

摘 要：科學(xué)概念教學(xué)是初中科學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)之一，理解科學(xué)概念是掌握科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的前提，也是發(fā)展學(xué)生邏輯思維能力的必要元素。本文嘗試通過(guò)列舉幾個(gè)以不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)為輔助手段的教學(xué)實(shí)例來(lái)詮釋初中科學(xué)概念，將無(wú)形的科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為有形可觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使科學(xué)概念變得靈動(dòng)鮮活，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解。

關(guān)鍵詞：科學(xué)概念；實(shí)驗(yàn)；理解概念

皮亞杰和布魯納等的建構(gòu)主義理論認(rèn)為：概念是由主體主動(dòng)建構(gòu)的，而不是從外界被動(dòng)地吸收。主體在概念形成過(guò)程中，不是去發(fā)現(xiàn)獨(dú)立于他們頭腦之外的知識(shí)世界，而是通過(guò)先前個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)世界，重新組合且建構(gòu)一個(gè)新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。所以，概念教學(xué)的主要任務(wù)就是幫助學(xué)生正確地認(rèn)識(shí)概念、豐富不完整的概念、糾正已有的錯(cuò)誤概念、建構(gòu)新的概念。但科學(xué)概念中的名詞術(shù)語(yǔ)概括性強(qiáng)，看得見(jiàn)摸不著，部分中學(xué)生無(wú)法真正理解其中的含義，筆者嘗試列舉幾個(gè)以不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)為輔助手段的教學(xué)實(shí)例，談?wù)勅绾螌o(wú)形的科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為有形可觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解。

一、增加演示實(shí)驗(yàn)，化抽象為直觀

美國(guó)心理學(xué)家加涅將科學(xué)概念分為具體概念和定義性概念兩大類(lèi)。具體概念是指能通過(guò)直接觀察而獲得的概念，如花朵、土壤、長(zhǎng)度、體積等概念。定義性概念是指不能直接通過(guò)觀察，必須通過(guò)定義才能獲得的概念。初中階段學(xué)生學(xué)習(xí)的科學(xué)概念多數(shù)為定義性概念，將抽象的概念轉(zhuǎn)化為可觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，是概念教學(xué)最有效的方式之一。如壓強(qiáng)（包括大氣壓）、力、密度、溶解度、電阻、做功、分子熱運(yùn)動(dòng)、動(dòng)能、牛頓第一定律、能量守恒定律等概念可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)揭示本質(zhì)特點(diǎn)。

八年級(jí)上冊(cè)科學(xué)第二章第二節(jié)《大氣的壓強(qiáng)》中關(guān)于大氣壓的概念教學(xué)，雖然我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不生活在大氣壓中，但是對(duì)比其他類(lèi)型的壓強(qiáng)學(xué)生對(duì)大氣壓的存在感很弱，課本選擇了幾個(gè)生活中常見(jiàn)的小實(shí)驗(yàn)來(lái)感受大氣壓的存在，更提出了著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，來(lái)說(shuō)明大氣壓的存在且值很大。馬德堡半球?qū)嶒?yàn)效果驚人。

增加這樣的演示實(shí)驗(yàn)，讓原本學(xué)生無(wú)法直接感知的大氣壓變得更為形象直觀，從中可以理解大氣向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，且大氣壓與大氣的質(zhì)量有密切關(guān)系。雖然這樣操作不能做到完全真空，只是除去空氣中的部分氧氣，遠(yuǎn)比不上真實(shí)大氣壓的大小，但是能讓學(xué)生知道由于氧氣的減少使半球內(nèi)氣壓降低，周?chē)饨绱髿鈮簳?huì)壓向半球，導(dǎo)致我們很難拉開(kāi)兩個(gè)半球，這樣就讓學(xué)生理解了大氣壓的概念并知道大氣壓的值很大，同時(shí)也能舉一反三，理解生活中其他與大氣壓有關(guān)的現(xiàn)象。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)所展示的神奇變化與直觀鮮明的現(xiàn)象是學(xué)生對(duì)科學(xué)產(chǎn)生興趣的主要來(lái)源，雖然課堂演示實(shí)驗(yàn)有一定的局限性，可視范圍不夠廣，但仍能很好地激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，并真正理解抽象的科學(xué)概念的含義。

二、適選模擬實(shí)驗(yàn)，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單

在難以直接拿研究對(duì)象做實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)用模型來(lái)做實(shí)驗(yàn)，即模仿實(shí)驗(yàn)對(duì)象制作模型，或者模仿實(shí)驗(yàn)的某些條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即模擬實(shí)驗(yàn)。模擬實(shí)驗(yàn)可以是模型、動(dòng)畫(huà)、模仿實(shí)驗(yàn)等，有新意的模擬實(shí)驗(yàn)效果不亞于一般操作性實(shí)驗(yàn)。初中科學(xué)概念中許多無(wú)法通過(guò)直接的操作性實(shí)驗(yàn)來(lái)加以詮釋的復(fù)雜概念，如物態(tài)變化現(xiàn)象的微觀原理、月相等宇宙天體運(yùn)動(dòng)規(guī)律、氣體的對(duì)流、電流、電壓、生態(tài)系統(tǒng)等，適當(dāng)?shù)剡x擇模擬實(shí)驗(yàn)可以輔助理解復(fù)雜的科學(xué)概念，讓學(xué)生更為簡(jiǎn)單地理解概念的形成原理。

浙教版八年級(jí)上冊(cè)第二章《天氣與氣候》中第五節(jié)《天氣預(yù)報(bào)》的教學(xué)重點(diǎn)是理解幾個(gè)常見(jiàn)天氣系統(tǒng)的特點(diǎn)，如高壓、低壓、冷鋒、暖鋒、鋒面等，其中難點(diǎn)在于理解冷暖鋒的概念以及可能帶來(lái)的天氣特征。那如何才能形象地顯示出冷暖空氣相遇后的運(yùn)動(dòng)情況從而理解冷暖鋒的形成呢？嘗試將文字信息轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)活動(dòng)來(lái)顯示概念的本質(zhì)，可以準(zhǔn)備一個(gè)這樣的模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助理解。用冷熱水來(lái)模擬冷暖空氣，在透明水槽中間用泡沫板做一個(gè)可移動(dòng)的活隔板，由于泡沫板有一定的可壓縮性，所以可以讓水槽隔出兩個(gè)相對(duì)比較封閉的區(qū)域。為了實(shí)驗(yàn)視覺(jué)效果更明顯，采用兩種顏色來(lái)區(qū)別冷熱水，分別倒入水槽兩側(cè)至水位相近時(shí)，緩慢抽離中間泡沫板時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)熱水上升、冷水下降，形成一個(gè)分界面。

這樣的模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生體會(huì)到氣溫的差異會(huì)引起氣團(tuán)密度的差異，因此氣團(tuán)的運(yùn)動(dòng)也會(huì)有升降的差異，正如實(shí)驗(yàn)中兩種溫度不同的液體相遇后的變化一樣。這有利于讓學(xué)生直觀看到鋒面的形態(tài)，從而進(jìn)一步理解冷鋒和暖鋒的概念以及在鋒面上可能帶來(lái)的天氣變化，甚至可以推測(cè)冷暖鋒過(guò)境前后的天氣特征。

這樣的創(chuàng)新概念教學(xué)讓我們不可視的復(fù)雜定義性概念變得簡(jiǎn)單可視的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，給學(xué)生創(chuàng)造新鮮的視覺(jué)效果，也讓學(xué)生更加生動(dòng)地理解概念的本質(zhì)。所以，適當(dāng)?shù)剡x擇模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助科學(xué)概念教學(xué)，用實(shí)驗(yàn)過(guò)程展現(xiàn)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程，可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲得知識(shí)的學(xué)習(xí)方法和形成解決問(wèn)題的良好思維習(xí)慣。

三、精選課外實(shí)驗(yàn)，化無(wú)形為有形

課外實(shí)驗(yàn)一般包括三方面內(nèi)容：一是對(duì)科學(xué)教材上的活動(dòng)、實(shí)驗(yàn)、探究等進(jìn)行驗(yàn)證、改進(jìn)或創(chuàng)新，如晶體的結(jié)晶；二是可以對(duì)自己感興趣的問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作來(lái)驗(yàn)證自己的假設(shè)或疑問(wèn)，如觀察螞蟻的身體結(jié)構(gòu)和生活習(xí)性；三是制作一些創(chuàng)意模型來(lái)加深自己對(duì)事物的認(rèn)識(shí)，如動(dòng)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的模型制作、地球儀的模型制作等。

八年級(jí)上冊(cè)第一章《水和水溶液》第六節(jié)《物質(zhì)的分離》中有關(guān)結(jié)晶概念的教學(xué)時(shí)，理解物質(zhì)從溶液中析出的過(guò)程叫結(jié)晶。教師在課堂上一般會(huì)操作演示將熱的硫酸銅濃溶液冷卻后析出藍(lán)色晶體的現(xiàn)象，或?qū)κ雏}溶液通過(guò)蒸發(fā)溶劑的方法析出白色晶體的現(xiàn)象，讓學(xué)生感受溶質(zhì)析出的過(guò)程和方法，但對(duì)結(jié)晶和物質(zhì)溶解度有關(guān)的理解還不夠清晰，增加課外實(shí)驗(yàn)就能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生探究科學(xué)的積極性，并能感受科學(xué)的魅力，也能加深對(duì)結(jié)晶概念的理解，讓學(xué)生理解不同的物質(zhì)選擇結(jié)晶的方法不同。如讓學(xué)生嘗試曬鹽或按照個(gè)人喜好通過(guò)冷卻制作硫酸銅晶體形狀各異的飾品等。

學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣要源于對(duì)課外生活現(xiàn)象的好奇，因此融入生活才是科學(xué)教學(xué)的本質(zhì)。而科學(xué)概念的形成也源于生活中的原形，科學(xué)概念教學(xué)自然也離不開(kāi)對(duì)課外科學(xué)現(xiàn)象的探索，同時(shí)也需要對(duì)課內(nèi)所學(xué)知識(shí)加以驗(yàn)證，體驗(yàn)學(xué)習(xí)科學(xué)的成功。開(kāi)展課外實(shí)驗(yàn)，將無(wú)形的科學(xué)概念轉(zhuǎn)化為有形的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，促使學(xué)生對(duì)科學(xué)概念進(jìn)一步理解。

初中科學(xué)概念教學(xué)是科學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)，是學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)規(guī)律的基礎(chǔ)。掌握扎實(shí)的科學(xué)概念基礎(chǔ)，代表著科學(xué)知識(shí)得以鞏固，象征著科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用可以得到延伸和拓展，決定著學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的主體的思維能力得到發(fā)展。本文所列舉的以不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)來(lái)輔助詮釋科學(xué)概念教學(xué)的方法，可操作性強(qiáng)，運(yùn)用的原理簡(jiǎn)單，可觀察的現(xiàn)象明顯，有演示、有探究、有改進(jìn)、有創(chuàng)新，化抽象為具體、化復(fù)雜為簡(jiǎn)單、化無(wú)形為有形，從不同層次詮釋了初中科學(xué)概念的含義。當(dāng)然，教師也有很多不同的教學(xué)方法能讓復(fù)雜的科學(xué)概念變得通俗易懂，從而提高科學(xué)概念的教學(xué)效率，如利用認(rèn)知沖突、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)、模型圖像、剖析分解、變式應(yīng)用等，這些方法也都值得我們不斷摸索和創(chuàng)新。

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