以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式和策略研究

李金康

摘要：本文研究了在科學(xué)教學(xué)中如何實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，針對(duì)學(xué)科自身特點(diǎn)，在教師指導(dǎo)下，如何充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，如何實(shí)驗(yàn)探究，不但加強(qiáng)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)，更重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行探究科學(xué)知識(shí)的過程和方法訓(xùn)練，開發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高學(xué)生核心素養(yǎng)和教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)模式及策略。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究;模式和策略

一、引言

初中科學(xué)是一門初步認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象，自然規(guī)律，以人和自然關(guān)系為中心，以物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律為基本內(nèi)容，并注意科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的相互滲透，密切聯(lián)系實(shí)際的一門綜合性課程。在大力倡導(dǎo)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)的今天，針對(duì)科學(xué)的學(xué)科的特點(diǎn)和課堂教學(xué)特點(diǎn)，在科學(xué)的教學(xué)中實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)十分必要，不但加強(qiáng)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)，更重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行探究科學(xué)知識(shí)的過程和方法的訓(xùn)練，使學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性得到應(yīng)有的發(fā)揮，徹底改變“應(yīng)試教育”模式下，“學(xué)服從教，教服從考”這種狀態(tài)，高分低能的后果。

二、實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式

1.模式Ⅰ

實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式Ⅰ可概括為：?jiǎn)栴}→實(shí)驗(yàn)事實(shí)→科學(xué)抽象→結(jié)論→應(yīng)用

模式中的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，既包括從實(shí)驗(yàn)中獲得的直接實(shí)驗(yàn)事實(shí)，又包括限于科學(xué)教學(xué)的實(shí)際條件，學(xué)生無法從實(shí)驗(yàn)中獲得而只能從書本上或通過多媒體摸擬實(shí)驗(yàn)獲得的間接或模擬實(shí)驗(yàn)事實(shí)。模式中的科學(xué)抽象既包括表征性抽象，又包括原理性抽象。

示例1鹽跟某些金屬的反應(yīng)

（1）提出問題：鹽能否跟金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

（2）觀察、實(shí)驗(yàn)。

①實(shí)驗(yàn)條件控制Ⅰ。在兩支盛有硫酸銅溶液的試管里，分別浸入一段潔凈的鐵絲和鉑絲，過一會(huì)兒，取出，觀察有什么變化。

②實(shí)驗(yàn)條件控制Ⅱ，將兩根銅絲分別浸入盛有硝酸汞溶液和硫酸鋅溶液里，過一會(huì)兒，取出，觀察有什么變化。

（3）實(shí)驗(yàn)事實(shí)及其處理

4組實(shí)驗(yàn)標(biāo)號(hào)，描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（4）表征性抽象

學(xué)生比較分析，4組實(shí)驗(yàn)可以分成兩類：一類發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，另一類沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

引導(dǎo)學(xué)生討論得出：鐵比銅活潑，銅比汞活潑，也就是說，活潑性較強(qiáng)的金屬能把活潑性較弱的金屬從其鹽溶液中置換出來;鉑沒有銅活潑，銅沒有鋅活潑，也就是說活潑性較弱的金屬不能把活潑性較強(qiáng)的金屬從其鹽溶液中置換出來。

（5）結(jié)論（略）

（6）應(yīng)用（略）

示例2質(zhì)量守恒定律

（1）提出問題：參加反應(yīng)的各物質(zhì)質(zhì)量總和跟反應(yīng)后生成的各物質(zhì)質(zhì)量總和是否相等？

（2）觀察、實(shí)驗(yàn)

①白磷燃燒前后質(zhì)量的測(cè)定。

②氫氧化鈉溶液跟硫酸銅溶液反應(yīng)前后質(zhì)量測(cè)定。

（3）實(shí)驗(yàn)事實(shí)及其處理

是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，天平兩邊是否平衡。

（4）表征性抽象

從實(shí)驗(yàn)事實(shí)歸納出反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量總和沒有變化。

（5）原理性抽象

通過多媒體模擬回過化學(xué)反應(yīng)事實(shí)，用反應(yīng)前后原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量沒有增減，來解釋表征性抽象結(jié)果。

（6）結(jié)論：質(zhì)量守恒定律。

（7）應(yīng)用：略

2.模式Ⅱ

實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式Ⅱ可概括為：?jiǎn)栴}→實(shí)驗(yàn)事實(shí)→假設(shè)及其驗(yàn)證→結(jié)論→應(yīng)用

模式中的假設(shè)是指根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和科學(xué)理論，對(duì)未知的自然現(xiàn)象及其規(guī)律所做的一種推理和解釋，假說的形成一般要經(jīng)過提出假說和驗(yàn)證假說兩個(gè)階段。假說的提出通常包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是根據(jù)為數(shù)不多的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和科學(xué)理論提出假說;二是在假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行推斷和判斷。假說的驗(yàn)證包括實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)和理論檢驗(yàn)，其中實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)是最直接、最可靠、最有力的方式。

在科學(xué)的教學(xué)中，學(xué)生對(duì)假說方法的運(yùn)用，是在教師的組織引導(dǎo)下進(jìn)行的，限于學(xué)生的知識(shí)水平和能力發(fā)展水平，科學(xué)的教學(xué)中假說一般都是比較淺顯，這就為在有限的教學(xué)時(shí)間里，運(yùn)用假說方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)提供了有利條件。

示例3質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容

（1）提出問題，同示例2

（2）提出假說。反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和可能存在幾種情況：

（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

①白磷燃燒前后質(zhì)量測(cè)定

②氫氧化鈉溶液跟硫酸銅溶液反應(yīng)前后質(zhì)量測(cè)定

（4）結(jié)論（略）

（5）應(yīng)用（略）

示例4焦耳定律

（1）提出問題：學(xué)生在電熱絲上放一層薄棉花，接通電源，觀察現(xiàn)象后老師設(shè)問，實(shí)驗(yàn)說明什么問題？思考電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)？

（2）提出假說：教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)日常生活中的現(xiàn)象，猜想電熱與哪些因素有關(guān)，是否跟電流I，電阻R，通電時(shí)間t有關(guān)。

（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

①控制使電流I，通電時(shí)間t相同，研究電熱Q與電阻R的關(guān)系，為了加強(qiáng)探究，讓學(xué)生思考如何控制流過研究對(duì)象的電流、通過時(shí)間相等？如何從實(shí)驗(yàn)中看出產(chǎn)生電熱的多少？（下類同）

②控制使電阻R，通電時(shí)間t相同，研究電熱Q與電流強(qiáng)度I的關(guān)系。

③使電流強(qiáng)度I，電阻R相同，研究電熱Q與通電時(shí)間t的關(guān)系。

事先發(fā)放“實(shí)驗(yàn)觀察紀(jì)錄單”，師生邊觀察、邊討論、邊總結(jié)。

（4）結(jié)論，得出Q與R、I、t關(guān)系，焦耳定律，并說明焦耳定律是焦耳在做了大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出來的。

（5）應(yīng)用（略）

三、實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)策略

1.增加對(duì)比實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究。

如在科學(xué)中常見的SO2-4鑒定中，加入BaCl2溶液后產(chǎn)生白色沉淀，學(xué)生對(duì)為什么要加入稀硝酸理解不夠深刻，可設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在Na2CO3溶液加入BaCl2溶液，產(chǎn)生現(xiàn)象后再滴加稀硝酸，觀察對(duì)比現(xiàn)象，學(xué)生就比較容易得出科學(xué)的抽象，從而得出SO2-4鑒定方法。同樣在Cl-鑒定中，我們也可設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2.補(bǔ)充演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生養(yǎng)成實(shí)驗(yàn)探究習(xí)慣。

如在鐵的性質(zhì)教學(xué)中，鐵和氯氣反應(yīng)生成氯化鐵，教材沒有實(shí)驗(yàn)，學(xué)生死記結(jié)論，很容易遺忘，該化學(xué)方程式經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了鐵和氯氣反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)，加熱硬質(zhì)玻璃管內(nèi)鐵絲約1分鐘，把注射器中的氯氣注入硬質(zhì)玻璃管，觀察到鐵絲在氯氣中劇烈燃燒，鐵絲保持紅熱，并生成棕色的煙，盛有NaOH溶液雙球U形管內(nèi)出現(xiàn)紅褐色沉淀。證明生成的是氯化鐵，而不是FeCl2。

3.充分利用教材中的探索性實(shí)驗(yàn)。

科學(xué)教材中有不少探索性實(shí)驗(yàn)，教師在課堂教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生從一些基本的事實(shí)出發(fā)，運(yùn)用已有知識(shí)，抽象歸納整理出原理和規(guī)律，以培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力。

如，在講奧斯特實(shí)驗(yàn)時(shí)，先演示在通電直導(dǎo)線下小磁針指向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為學(xué)生提供一個(gè)可感知的形象信息，再提出問題：把小磁針放在條形磁鐵旁會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？小磁針放在地面附近為什么會(huì)指向南北方向？學(xué)生通過探索，很自然地從磁針周圍存在著磁場(chǎng)這一已有知識(shí)，抽象出“通電導(dǎo)體周圍存在著磁場(chǎng)”這一結(jié)論。

4.變演示實(shí)驗(yàn)為邊講邊做實(shí)驗(yàn)。

教材中沒有危險(xiǎn)，相對(duì)簡(jiǎn)單，容易控制的演示實(shí)驗(yàn)都可以改為變講邊做實(shí)驗(yàn)，如大多數(shù)試管實(shí)驗(yàn)，平面鏡成像特點(diǎn)等等，讓學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

5.改實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證性為探索性。

教材中有些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，在條件允許的前提下，教師盡可能把它設(shè)計(jì)成探索性實(shí)驗(yàn)。如，在講“阿基米德定律”時(shí)教材編排上是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。我認(rèn)為如果不進(jìn)行必要的闡述，說明為什么要這樣做，是如何想到的等問題，而是直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生來說既顯得突然又難于順暢接受。若改為探索性實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生分析思考，層層深入，效果就不同。

6.引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作。

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作或由學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，不但提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的熟練程度，鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，更重要的是親自參與科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，得到了科學(xué)方法的啟蒙。

如，在學(xué)習(xí)濃硫酸吸水性時(shí)，要求學(xué)生利用物理原理設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)以證明濃硫酸具有吸水性。不斷引導(dǎo)學(xué)生分析：盛放濃硫酸的細(xì)口瓶放置一段時(shí)間后，瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)會(huì)如何變化？減小，如何證明？學(xué)生設(shè)計(jì)了用內(nèi)置氣球形狀的改變和水銀柱液面變化方法。

7.重視開展小實(shí)驗(yàn)、小創(chuàng)作活動(dòng)。

在平時(shí)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中，教師可多向?qū)W生介紹有關(guān)小實(shí)驗(yàn)、小制作的原理、方法，引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)、制作并進(jìn)行操作、觀察、記錄、分析，教師定期進(jìn)行反饋、檢查，每學(xué)期還可對(duì)優(yōu)秀成果進(jìn)行評(píng)比、展覽。如在做濃硫酸的稀釋放熱實(shí)驗(yàn)時(shí)，是在教師稀釋操作完畢后，立即讓學(xué)生觸摸燒杯外壁，來感受溫度的變化，以此說明放熱反應(yīng)的發(fā)生，但實(shí)驗(yàn)的直觀性較差，為增強(qiáng)直觀效果，我上課時(shí)，提示學(xué)生乙醚的沸點(diǎn)較低，著火點(diǎn)也較低，能否借助乙醚和必要簡(jiǎn)單儀器在課余設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的裝置，說明濃硫酸稀釋放熱現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)。其方法是取一支試管加入約5毫升乙醚，浸入剛被稀釋的硫酸溶液里，乙醚立即受熱沸騰，將逸出的乙醚蒸氣點(diǎn)燃，只見火焰噴出管口約20cm高，若將試管拿出液面，火焰逐漸減小，甚至看不到，再將試管浸入溶液，火焰又復(fù)燃升騰起來，可重復(fù)數(shù)次，現(xiàn)象明顯，操作方便又安全，且趣味性較強(qiáng)。還有彩色噴泉、驗(yàn)電器演示、不倒翁、小孔成像、死灰復(fù)燃等等。

四、實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的效果

我們發(fā)現(xiàn)通過實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、自覺性、主動(dòng)性、合作性、創(chuàng)造性、興趣、觀察能力和動(dòng)手能力等方面都有較大提高;同時(shí)教師的教學(xué)水平、教學(xué)能力也提高明顯。因此，筆者感到進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生探究態(tài)度和探究方法，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，動(dòng)手、動(dòng)腦，大膽想象，科學(xué)推理，不但很好的獲取了基礎(chǔ)知識(shí)，而且更好的掌握了知識(shí)產(chǎn)生的過程，開發(fā)了學(xué)生的思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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2.余自強(qiáng)《綜合科學(xué)課程研究》【M】杭州：浙江教育出版社，2011

浙江省杭州市蕭山區(qū)靖江初級(jí)中學(xué)