基于核心素養的科學課堂實驗“意外”的運用策略

金春燕

(海鹽縣百步中學 浙江嘉興 314313)

初中科學課程是以對科學本質的認識為基礎,以提高學生科學核心素養為宗旨的綜合課程，其總目標是提高每個學生的科學核心素養。科學核心素養包括：科學探究，科學知識與技能、科學態度與情感價值觀，對科學、技術與社會三者關系的理解，而科學探究是科學的核心,是科學的本質特征[1]。科學探究大多以科學實驗為載體開展。因此，科學實驗在初中科學教學中占有極其重要的地位,它可以激發學生學習科學的興趣，體會科學探究的方法，幫助學生理解科學知識，提高學生的觀察能力、動手能力、分析問題和解決問題的能力以及實驗創新能力，培養學生嚴謹的科學態度。初中科學實驗形式多樣，內容豐富多彩，在科學教學中充分發揮著良好的教學的功能，是幫助教師提高科學教學質量的有效途徑，是探索科學知識的重要方法，是理解科學知識的基礎[2]。在實際的課堂實驗教學中即使認真準備實驗器材，還是不可避免地會出現各種課堂實驗“意外”，這些“意外”產生往往能帶給學生更多的思維碰撞，更好地激發學生對科學的探究興趣，更有利于培養學生的科學核心素養。如果教師一味的回避實驗意外，不及時加以正確引導，會讓學生錯誤的認為遇到問題不必進一步探究，非常不利于學生在科學學習中形成嚴肅謹慎的科學學習態度，還會給學生留下知識的盲點，也有可能讓學生對教師的專業水平有所懷疑，不再信任教師，最后對整個科學教學失去信心。因此，教師有效利用“課堂實驗意外”開展教學是非常必要和有意義的。

一、實驗“意外”產生的原因

（一）專業知識的局限性

因為初中科學是綜合性很強的一門學科，它包括了生命科學、化學、物理、地球與宇宙等內容，科學教師要將各個內容融合，更好地引導學生用綜合的眼光認知自然。但科學教師大多是物理專業或化學專業畢業的，在高等教育的學習中并沒有學習其他專業的知識。工作以后也沒有受過專業的培訓，靠自己的領悟和同事之間的交流在不斷學習，在實際課堂實驗教學中由于預設不足出現意外也是非常常見的。例如，一位生物專業畢業的教師，驗證CO2的性質，但是當CO2通入Ca(OH)2時卻沒有出現渾濁，教師當時無法對“意外”做出解釋，一節實驗課就草草收場，學生們也是非常困惑。如果教師能好好利用這個課堂實驗“意外”，讓學生討論產生這個現象的原因，那么學生分析問題、解決問題的能力可以進一步提高，對這個知識點也會有更進一步的理解，從而更好地培養學生的科學素養。

（二）實驗器材的異樣化

有些實驗器材由于長期不用或者缺少維護會出現一些損壞，尤其是一些測量的精密儀器，還有一些實驗藥品由于存放時間過久失效或者變質，如果教師實驗前不知道情況就會導致課堂實驗“意外”現象的發生。例如，探究物體質量和重力的關系時，由于彈簧測力計的彈簧由于過度拉伸已經變形了，但是教師沒有關注到，依然讓學生用變形的彈簧測力計去做實驗，結果計算出來的g的數值和理論數值差別很大，不能正確的得出結論。再如，澄清石灰水放久了就和空氣中的二氧化碳結合就會發生變質，實驗時直接拿來用，肯定會導致“實驗意外”。

（三）實驗操作的不規范

在做化學實驗時，化學試劑添加的先后順序以及純度用量都有嚴格的規定，如果自作主張不按步驟就很有可能出現“意外”。再如，沒有嚴格按照控制變量的方法，也會導致“意外”的出現，就比如研究阻力對小車運動的實驗中，有個別小組同學沒有使小車每一次都從同一斜面同一高度由靜止開始滑下，導致結果與結論不符的“意外”。

（四）實驗記錄的不真實

我們要求學生在進行實驗的時候要認真觀察，并且及時記錄觀察到的實驗現象和測得的實驗數據，但學生由于種種原因沒有及時記錄，經常還會憑他自己的經驗和猜想偽造一些數據和瞎編一些實驗現象，這樣不真實的記錄就會造成“課堂實驗意外”。比如，在研究磁鐵能吸引哪些物體的實驗時，有些同學的結果是磁鐵能吸引鋁，我問他們實驗做了嗎，他們異口同聲和我說做了，而且非常的肯定，我讓他們再做一次，發現不能吸引。原來這些同學把所有的物體都測好再記錄，按照自己的經驗認為金屬就能被磁鐵吸引，所以出現了“意外”。

（五）教材知識的局限性

平時我們做的實驗都是教材上要求的，對基礎好的學生難度不大，能很輕松的完成實驗要求，但是這些學生在實驗過程中會發現超出需要觀察的實驗現象以外的現象，這樣也就出現了不同于往常的“實驗意外”，學生很興奮也很茫然，不知道怎么解釋出現的“意外”發現。比如，在進行凸透鏡成像的實驗中，學生已經順利地完成蠟燭在各個位置所成像的情況，但是個別學生在觀察到當u＜f成一個正立放大的虛像時，還從凸透鏡中看到了另外一個正立縮小的虛像，學生就在想這個像是如何出現的。

二、利用課堂實驗“意外”提高學生科學核心素養的方法

教師應把課堂營造成精心預設與生成相統一的多元發展的課堂，這樣的課堂才是“充滿了生命活力”的科學課堂。實驗中的“意外”就是多元課堂的一個切入點。教師應該充分利用好這些“課堂實驗意外”，從而更好地提升學生的科學核心素養。

（一）直面“意外”，培養學生尊重事實的科學態度

課堂實驗中的“意外”種類非常多，有時是實驗現象的“意外”，有時又是實驗數據的“意外”，還有的時候是超出教材要求的意外，看上去有些“課堂實驗意外”沒什么規律，不利于結論的得出，但這卻是對學生進行尊重實驗數據，尊重科學事實教育的一個好機會。當教師面對這些“課堂實驗意外”時，不可因為擔心會加大課堂教學的難度，追求課堂教學的“簡單”，“成功”，而故意回避或置之不理，或敷衍學生所問的問題超出了教學大綱。比如，在用小車探究二力平衡條件“兩個力大小相等，方向相反，作用在同一直線上”時，當小車兩端放上等質量的重物時，小車兩端受力相等，處于平衡狀態，不運動。當教師想要證明只要在小車的一邊稍微增加或減少一點重量時，小車的平衡狀態就會打破，小車就會往受力大的一邊加速運動，但是當教師在一邊稍微加點質量時，小車還是靜止，這時有些老師會作弊，偷偷用手去撥動小車，使小車運動起來。在這個實驗中，其實是因為小車和玻璃板之間有滑動摩擦力，因此當在一邊增加一小點質量不足以克服滑動摩擦力。當教師偷偷給一個力小車滾動起來，滾動摩擦較小，因此能運動下去。由于教師作弊，使學生忽略掉了一個重要的知識，即“滑動摩擦力”對實驗的影響。如果教師能坦誠實驗失敗并和學生探究其原因，對學生就是一次很好的學習機會。由此可見，有些失敗實驗其實背后隱藏的科學知識更能提高學生的科學核心素養[3]。因此，教師應該敢于面對“意外”，引導學生一起思考、討論、分析問題。合理假設“意外現象”“意外數據”產生的原因，明確一切“意外”產生都是有深層次的原因，不能為了得到教材理論篡改數據，編造實驗現象，應該尊重科學事實，尊重實驗數據，培養學生遇到問題要積極尋找解決方法的科學核心素養。

（二）反思“意外”，提高學生分析問題的綜合能力

1.反思實驗器材是否異樣

一些實驗意外的出現有時與準備的實驗材料有關，如果做一些需要精密測量的實驗，數據和理論出入很大，就首先要考慮測量的儀器是否老化，精確度是否出現了問題。比如測量水的密度，由于天平維護不當，砝碼生銹了，導致測出來的密度值偏小很多。再比如探究摩擦力的大小和接觸面的粗糙程度有關，其他幾個小組都得出了正確的結論，在棉布表面受到的摩擦力比在木板表面受到的摩擦力要大，但是有一個小組的結論恰好相反，我的第一想法就是他們操作出現了問題，但是那個小組的學生很肯定自己沒有出現操作錯誤。于是我借這個機會讓全班同學一起來找出“意外”的原因，我就邀請出現“意外”小組的幾個學生在講臺上再做一遍實驗，操作過程中基本沒有問題，那問題會出在什么地方呢？最可能的情況就是實驗材料出現了問題，果真學生仔細觀察了木板發現木板一邊光滑，而另一邊很粗糙。謎團終于解開了，我也松了一口氣，學生也覺得自己很有成就感。正是由于這個課堂實驗“意外”，讓學生對這部分知識的理解更深一步，因此，利用好實驗“意外”能提高學生分析解決問題的能力，有助于培養學生的核心素養。

2.反思實驗操作是否規范

科學實驗要求學生要有嚴肅謹慎的科學態度，大部分學生對科學實驗很感興趣，但是也有一部分學生總把科學實驗當游戲，覺得實驗就是隨便玩一玩，因而對教師課前的指導不當一回事，最終得不到理想的實驗結果，造成“意外”。這種時候教師可以請學生上講臺演示，一是為了再次驗證，二是為了引導學生發現實驗操作中的問題，從而弄清楚癥結，從規范操作入手，糾正“意外”。

3.反思實驗記錄是否真實

科學實驗中很重要的一個環節就是實驗記錄，教師經常把它作為學生實驗的事實證據，從第一次做實驗我就一直灌輸不要標準的答案，而希望看到最真實的實驗記錄。實驗教學中學生出現預設意外的實驗現象或實驗結論時，我們要追尋學生的原始記錄，仔細分辨記錄的虛實，利用科學實驗研究可以重復的特點進行不斷驗證，從而還原實驗的本來面目，使學生形成客觀、嚴謹、實事求是的記錄態度和養成認真、及時、準確的記錄習慣，以利于實驗的有效進行。

（三）利用“意外”，促進學生發散思維的逐步形成

既然科學課堂實驗中的“意外”是避免不了的，不可以預設的，我們就可以好好利用“意外”，并促進學生的發散思維。比如，在探究凸透鏡成像的實驗中，學生不但在光屏上看見了像，在凸透鏡中也看到了一個像，我就讓學生思考另外一個像產生的原因，很快學生的得出了凸透鏡折射時形成了像，同時反射也形成了像。再如，在研究硝酸銀時，滴入鹽酸，會出現白色沉淀，而有些調皮的學生把自來水滴加進去結果也出現了白色沉淀。學生發現這個“意外”現象后，在我的引導下，通過合理的分析，猜測，最終得出了自來水中含有氯離子的結果，有利于學生發散思維的形成。還有在研究影響f的實驗中，教材只要求探究壓力和物體粗糙程度對f的影響，但還有大部分學生認為f的大小還與s有關，s越大f越大，我覺得這是非常好的想法，應該再增加一組實驗來驗證，如果不驗證很多學生心里會有疑問。所以，面對這樣的“意外”，教師應充分恰當地利用，這對學生發散思維的形成很有幫助，能更好地培養學生的科學核心素養。

總之，科學實驗出現教師預料之外的情況不可避免，假如教師能轉變想法，把做科學實驗的目的當成是領著學生一起探索新知，同時從中學習到認知的本領，就不會因為出現“意外”而慌亂，影響課堂教學。如果教師能把握科學實驗中的“意外”，學生一起研究，得出實驗的方法和新策略，則既能提高學生的學習興趣，也能讓學生在科學知識、實驗技能、意志等各方面有所提升，同時能讓學生對實驗形成更深刻的理解和記憶，從而提高學生的科學核心素養。因此，課堂實驗中的“意外”利用好了可以更好地培養學生的核心素養。真實的科學課堂不會完全按教師的預設再現，更多的是充滿“意外”，這些“意外”恰恰是科學實驗的價值，是培養學生核心素養一條路徑。