初中科學可操作性家庭小實驗開發(fā)和利用的探究

黃建

【論文摘要】受到課堂時間，實驗器材等因素的限制，初中科學課堂實驗教學往往難以保證每個學生獨立的完成每個實驗，甚至部分操作僅由教師在講臺上進行演示，不利于發(fā)揮學生的主觀能動性，難以充分保障學生對相關重難點理論知識建立感性認識。為響應現(xiàn)行初中科學教學大綱對學業(yè)考試涉及中課外實驗探究內(nèi)容的要求，我們有必要開發(fā)一些家庭可操作性小實驗。筆者通過分析，提煉出初中科學理論課程相關的三個典型的可操作性小實驗，分別從長周期觀測試驗、實用性器材工作原理淺析以及科學試題涉及實驗類考點探究三個方面開展家庭小實驗的探索，期望借此提升學生的解題思維能力、創(chuàng)造能力和動手能力。

【關鍵詞】：可操作性;家庭小實驗

1.前言

我國從2001年開展的第八次課程改革，提出了鼓勵調(diào)動一切社會資源充實、豐富課程資源，尤其是對家庭小實驗的探索;西方國家則更早地將學生家庭資源作為一種課程資源，他們甚至延伸到社區(qū)[1]。2016年第九次課改將“核心素養(yǎng)”作為聚焦點，而實驗是提高學生科學核心素養(yǎng)的有效途徑。有效地開展家庭實驗教學，不僅能激發(fā)學生的學習興趣，而且能培養(yǎng)學生的觀察能力、分析與解決問題的能力以及創(chuàng)新思維能力，最終使學生形成實事求是，嚴肅認真的科學態(tài)度[2]。

拉爾夫·泰勒提出：要最大限度地利用學校的資源，同時加強校外課程幫助學生與學校以外的環(huán)境打交道[3]。在“中國知網(wǎng)學術(shù)期刊電子資源庫”以“家庭實驗”為主題進行搜索，自2004年起約有345篇文章，尤在 2010年至今相關研究報道逐年增加。可見，家庭實驗作為一種重要的校外課程資源越來越受到重視。隨著中小學素質(zhì)教育改革不斷推進，家庭教育在充實科學實踐課程內(nèi)涵上初見成效。家庭實驗的開展為塑造學生學習主觀能動性，鍛煉其創(chuàng)新思維與探究意識方面積累了經(jīng)驗。然而，這眾多文獻中涉及初中科學家庭小實驗（含化學、物理、生物與地理單學科）研究報道僅為79篇。

迄今為止，教育專家對家庭小實驗的研究主要以物理，化學，生物的分科家庭實驗教學居多，相對分散，而對于浙教版《科學》教材中涉及四個領域?qū)嶒炦M行優(yōu)化整合的研究較少。前人多從具體某一個或幾個實驗局部開展家庭教育方式探索，整體考量初中科學物理，化學，生物與地理全部實驗布局的研究鳳毛麟角。譬如，是否可以根據(jù)科學實驗課程總課時量合理分配四部分實驗量，將便于利用普通家庭現(xiàn)成資源就能進行的部分實驗適量移出校內(nèi)實驗課？可否將課時量向較難完成或驗證不易理解的理論知識的實驗適當傾斜，使學生可以保質(zhì)保量完成實驗并深刻掌握相關理論知識？

為響應課改精神，家庭小實驗的設想應運而生。家庭實驗是指利用家庭生活用品來進行實驗，從而對科學進行學習和探索的活動。它具有趣味性，探究性，規(guī)范性，普遍性等特點。根據(jù)一定的實驗目標在一定的實驗評價觀的指導下，運用與之相適應的教學評價手段，通過評價者之間的“協(xié)商”，對實驗效果做出價值判斷并達成共識的一種過程。一方面，浙教版《初中科學》教材整合了以往獨立的物理，化學，生物和地理等科目，其教學內(nèi)容較多使得理論教學進度安排緊湊，而校內(nèi)有限的實驗教學課時難以充分保障學生對相關重難點理論知識建立感性認識。另一方面，科學課程校內(nèi)實驗多數(shù)是以3-5人小組合作形式完成，這種形式在鍛煉學生團隊協(xié)作能力同時，也難免因器材限制等原因使得部分組員參與度不充分。再者，現(xiàn)行初中科學教學大綱要求課后作業(yè)以及學業(yè)考核試題能夠充分聯(lián)系生活實際，并且具有創(chuàng)新性開放性的特點。家庭小實驗的開展契合新課程改革的要求，日常操練養(yǎng)成的科學素養(yǎng)既能保障學生順手地完成課后作業(yè)，又可提升其學業(yè)成績。

2.研究內(nèi)容

2.1? 案例說明

為彌補課堂實驗時間不足，突破學校實驗教學器材的類型局限，切實提升學生對科學考題中實驗類型的解答能力，筆者提煉出初中科學可操作性小實驗初探的三個方向。

方向一：長周期觀測型家庭小實驗

案例1：向光性實驗，該實驗選自科學教材八年級上冊第三章第一節(jié)《植物生命活動的調(diào)節(jié)》中的探究活動——小麥對光的感應現(xiàn)象，具體要求如下：用一個花盆種小麥，當小麥種子發(fā)芽長成幼苗時，把這盆小麥幼苗放在硬紙盒里，盒壁上穿一個直徑為1厘米的小孔，并將紙盒的小孔對著光。幾天后觀察小麥的幼苗向著什么方向發(fā)展。如圖1： 向光性實驗（源自《浙教版八上》教材第3章第1節(jié)）。

案例2：根的向地性和莖的背地性實驗，該實驗選自科學教材八年級上冊第三章第一節(jié)《植物生命活動的調(diào)節(jié)》中的探究活動——蠶豆的發(fā)芽，具體要求如下：在光口玻璃瓶里放一些棉花，將浸泡過的蠶豆種子擺放在瓶壁和濕棉花之間，將玻璃瓶放在溫暖的地方，并保持濕潤，放置幾天，觀察種子芽和根的生長情況。如圖2：蠶豆的發(fā)芽實驗（源自《浙教版八上》教材第三章第一節(jié)）。

案例分析：從以上兩個實驗案例的具體方案我們可以發(fā)現(xiàn)此類實驗有以下特點：

第一：實驗時間長，為期幾天乃至一個星期左右。因此此類實驗在以往的教學中，教師會選擇視頻教學的形式讓學生觀看具體操作及相應的實驗現(xiàn)象或者教師展示自己幾天以來的實驗結(jié)果，但是這樣的操作往往讓學生對整個實驗比較生疏，難以激發(fā)學生對實驗過程及實驗現(xiàn)象產(chǎn)生好奇與疑問，不利于激發(fā)他們對科學探究的興趣，不利于她們通過感受實驗過程去聯(lián)系生活中的一些向性運動，理解其原理。

第二：此類實驗器材簡單，不需要高科技的實驗器具，光照，紙盒，棉花，玻璃瓶等條件與器材家里往往比較容易準備，同時整個操作過程也相對簡單容易進行，因此可以將此類實驗列為可操作的家庭小實驗。通過為期若干天的實驗實踐，可以提高實驗操作能力，培養(yǎng)耐心與觀察力，同時還能從實驗中激發(fā)對科學探究的興趣，引導學生在探究中發(fā)現(xiàn)問題，享受科學探究帶來的喜悅，實現(xiàn)實驗來源于生活又服務于生活的理念。

方向二：運用家用器具、食材解析科學實驗原理

案例1：雞蛋在液體中的沉浮實驗，該實驗選自科學教材七年級上冊第一章第四節(jié)《科學的觀察》，具體要求如下：先將生雞蛋放在盛有清水的燒杯中，觀察雞蛋的沉浮情況。再在燒杯里加入少量食鹽，不斷攪拌并使實驗溶解在水中，觀察雞蛋的沉浮情況。繼續(xù)在燒杯里加入食鹽，直到雞蛋浮到水面為止。如圖3： 雞蛋放在溶液里的實驗（源自《浙教版七上》教材第一章第3節(jié)。

案例2：感受生活中的杠桿，該實驗選自科學教材九年級上冊第三章第四節(jié)《簡單的機械》，具體要求如下：嘗試著使用開瓶器，剪刀，扳手，老虎鉗等工具，體驗這些工具在生活中有什么共同特征。如圖4：常用工具實驗（源自《浙教版九上》教材第三章第4節(jié)。

案例分析：從以上兩個實驗案例的具體方案，我們可以發(fā)現(xiàn)此類實驗有以下特點：

第一：生雞蛋和食鹽是廚房必備用品，開瓶器，剪刀，扳手，老虎鉗等是家庭必備的常用工具，因此這些器材在家里取材往往也比較方便。列為家庭可操作小實驗還可以緩解學校實驗課時難以滿足教材所需實驗量的矛盾。

第二：若在學校課堂操作這些實驗，由于受實驗材料數(shù)量的限制，不可能每一位學生都進行操作，最多采取小組合作的形式，一般以3-5人小組合作形式完成，這種形式在鍛煉學生團隊協(xié)作能力同時，也難免因器材限制等原因使得部分組員參與度不充分，而家庭實驗可使每一位學生都可以自己動手操作，通過實踐加深對實驗的感性認識。

第三：在學生對實驗有感性認識的基礎上，教師可引導學生在生活中進行提升探究，例如借助互聯(lián)網(wǎng)查閱遠洋船的船體上有四條滿載時的“吃水深度”的原因，與案例1的雞蛋的沉浮實驗相聯(lián)系，真正明白雞蛋，船的沉浮與密度與關。再如案例2，可繼續(xù)引導學生觀察并親身感受使用公園運動區(qū)的運動器材如蹺蹺板，雙人坐蹬訓練器等學校課堂上難以看到的實物杠桿，積極尋找生活中的各類杠桿如魚竿，船槳，桿秤等，深刻理解其原理以及作用，從而拓展學生的眼界，幫助學生真正認識到科學來源于生活，又服務于生活的理念，幫助學生了解機械的動態(tài)過程，更深刻的理解理論知識。

方向三：結(jié)合考點剖析奇趣現(xiàn)象，破除學生對實驗題型的心理障礙

案例1：浙江教育出版社八年級上冊教材65頁上的第五題課后練習：以下是用乒乓球做的幾個實驗，先做一下，再對實驗現(xiàn)象做出解釋。

（1）將兩只相同的杯子口對口，相隔約1厘米，放在水平桌面上，其中一只杯子中放一只乒乓球，用雙手扶穩(wěn)兩只杯子，沿垂直于兩杯的軸線的方向，對著兩只杯口之間的空隙快速吹一口氣，你會發(fā)現(xiàn)乒乓球會從原來的杯中滾出來，進入另一只杯中。再吹一口氣，乒乓球又會滾回原來的杯中，如此循環(huán)往復。如圖5：來回滾動的乒乓球?qū)嶒灒ㄔ醋浴墩憬贪姘松稀方滩牡诙碌?節(jié)。

（2）把乒乓球放入漏斗里，對著漏斗嘴使勁向下吹氣，可見乒乓球只是在漏斗里跳動，而不會掉下來。如圖6：掉不下來的乒乓球?qū)嶒灒ㄔ醋浴墩憬贪姘松稀方滩牡诙碌?節(jié)。

案例2：2016年寧波中考題。如圖7：源自 2016年初中畢業(yè)升學考試（浙江寧波卷）

把一根兩端開口的細管浸入水中，充分滿水后用手指把一端堵住，移出水面，如圖7甲所示：（1） b 端的水不會流下來是由于受到? ? ? 作用。（2）把手指移開后管內(nèi)的水會怎樣流動，不同的同學會有不同的猜想，而檢測猜想是否正確的直接的方法是? ? ? 。（3）把細管倒過來，如圖乙所示，把手指移開，管內(nèi)的水會不會a端流出，請寫出你的判斷。并用你所學的理論知識證明你的判斷。

案例分析：從以上兩個案例的具體方案，我們可以發(fā)現(xiàn)此類實驗有以下特點：

第一：來源于科學教學大綱要求的課后作業(yè)以及學業(yè)考核試題，案例1為教材課后練習題，其中圖7的實驗被作為2015年的杭州市中考題的第25題的情境來源;案例2則是2016年的寧波中考題。而兩個實驗的材料（紙杯，乒乓球，漏斗，彎細管）常見，操作方便，完全可作為可操作性的家庭小實驗。學生通過家庭小實驗親身經(jīng)歷，建立深刻的感性認識，對習題的解答具有積極促進意義。

第二：這類可操作的家庭小實驗在研究液體和氣體壓強的習題中比較常見，但學生碰到關于壓強的題目就有畏難心理，究其原因主要有兩點——壓強為科學教學的難點以及學生生活經(jīng)驗與觀察能力欠缺，對此類題目毫無頭緒。但若教師能在平時總結(jié)習題中的可操作的家庭小實驗，以實踐性作業(yè)布置給學生，一方面加強學生的實驗操作能力，另一方面通過不斷的實踐，積累經(jīng)驗，激勵學生不斷尋求生活中某些現(xiàn)象的科學原理，學會主動探究，養(yǎng)成樂于探究的習慣。

2.2? 實施方案

1、有計劃有目的地將便于利用普通家庭現(xiàn)成資源就能進行的部分簡單實驗適量移出校內(nèi)實驗課。

（1）選題。并非所有的科學實驗均適合家庭實驗。家庭小實驗首先必須滿足兩個條件，可操作性和小實驗。可操作性是指實驗器材易得，實驗步驟簡單，實驗現(xiàn)象明了;小實驗即實驗簡單易行，不需要花費太多的時間和精力去準備實驗器材，不給學生造成負擔。因此需要教師認真研究科學實驗活動冊，整合物理，化學，生物，地理的科學實驗，將簡單的能利家庭現(xiàn)成資源的實驗整理出來。并通過查閱各種文獻，認真研究與思考，提煉出科學實驗活動冊中可進行的家庭小實驗的最有效的實驗方案，盡可能簡化實驗操作步驟，增強實驗效果。并以小實驗為原型，引導學生借助互聯(lián)網(wǎng)查閱與小實驗原理相關的一些高科技產(chǎn)品，開拓學生的眼界，以小見大 ，激發(fā)學生學習科學的積極性，

（2）實驗器材的準備。家庭科學小實驗的器材取自生活器具。在教師制定好本學期的家庭小實驗目錄后，可列出一張所需實驗器材的清單，并給予學生一定的時間在家里收集，并將收集的實驗器材放于專門的儲物箱里。對于缺乏的器材，一方面同學之間根據(jù)收集情況可互相交換器材，達到資源共享。另一方面，需要學生在平時多加留意清單上沒有找到的實驗器材，在日常生活中有目的的逐漸收集。引導學生尋找相似的實驗替代材料。例如在研究振幅的大小時，老師指定的材料是泡沫顆粒，用泡沫顆粒的振動情況來表現(xiàn)振幅的大小，但家里沒有泡沫顆粒的情況下，學生也可以發(fā)揮想象力，尋找共同點，用細小的碎紙代替泡沫顆粒。

（3）家庭科學小實驗方案的制定與實施。為了使學生有效地進行家庭科學小實驗，教師在實驗前后要進行必要的指導。實驗前，教師要明確家庭小實驗的實驗目的，實驗原理，實驗器材，實驗操作中的注意事項，強調(diào)實驗現(xiàn)象的記錄與描述等。必要時，教師也可以在課堂進行演示實驗或視頻展示指導。評價是整個家庭小實驗極為關鍵的一步，此課題的評價細則為：學生錄制家庭小實驗的操作視頻，要求邊操作邊描述，并借助社交網(wǎng)絡軟件等發(fā)送給老師。老師應及時觀看學生上傳的視頻并予以認真反饋。對操作有誤的學生進行及時的針對性的指導;對操作正確，實驗過程和現(xiàn)象描述清晰的視頻上傳至社交群供全體同學借鑒，并及時表揚，使學生不斷地體驗成功，這樣學生就會對物理學科產(chǎn)生更大的興趣，從而提高學習的積極性。

2、家庭小實驗開展的安排及評價機制。

（1）實驗班和對照班的具體教學安排。將自己所教的兩個班級列為實驗對象。對照班按照浙教版《科學》實驗活動冊的安排進行常規(guī)教學，而實驗班有計劃有目的的將便于利用普通家庭現(xiàn)成資源就能進行的部分簡單實驗適量移出校內(nèi)實驗課，進行家庭科學小實驗，而將校內(nèi)實驗的課時量向較難完成或驗證不易理解的理論知識的實驗適當傾斜，使學生可以保質(zhì)保量完成實驗并深刻掌握相關理論知識。

（2）實驗班和對照班的評價形式。實驗班和對照班的評價形式主要有兩方面，實驗技能的考核和學業(yè)能力的考核。在進行校內(nèi)實驗課時，可觀察實驗班和對照班學生在實驗設計能力，操作能力，描述實驗過程及實驗現(xiàn)象的能力以及解決實驗中出現(xiàn)的問題的能力等方面對實驗技能進行比較。另一方面，通過比較每次課后作業(yè)的質(zhì)量，單元測試，期中以及期末考試的成績，來比較實驗班和對照班的學業(yè)能力。

（3）實驗班學生的前后變化。可抽查比較實驗班部分學生在實驗設計能力，動手能力，語言表述能力以及學業(yè)考試成績在課題前后的變化。總結(jié)家庭實驗教學在培養(yǎng)學生科學核心素養(yǎng)，促進學生全面發(fā)展方面的作用。

3.實踐效果和反思

通過一年的教學實踐，取得了一定的效果。采用“初中科學可操作性家庭小實驗”不僅是豐富課程資源的一個創(chuàng)新性的探索，更是適應當前課程改革中提倡的“核心素養(yǎng)”的養(yǎng)成，對培養(yǎng)學生的思維能力，創(chuàng)新能力，動手操作及實驗探究能力，具有極大的研究的價值和意義。

（1）適應教改要求。浙教版初中《科學》教材體現(xiàn)了“整合”和"探究”兩個理念。初中科學可操作性家庭實驗是對課改精神的響應，更解決了學校課時，課堂時間難以滿足教材所需實驗量的矛盾。

（2）促進教師自身發(fā)展。教師要根據(jù)現(xiàn)有初中實驗教材，作業(yè)和學業(yè)考試中涉及到的實驗以及日常生活中與科學知識相關的實驗進行歸類，根據(jù)教材中的具體內(nèi)容對實驗進行可行性的設計，讓家庭科學小實驗具有可行性，并服務于課堂教學的教學目標，使知識間的銜接更加緊密，讓學生在實驗中對科學知識有著更深層次的認識和理解。這對提升教師實驗教學的質(zhì)量與水平有著積極地促進作用。

（3）促進學生全面發(fā)展。家庭科學小實驗是一種很好的實驗模式，它給學生提供了一個更自由的時間和空間去感受、體驗、探索和發(fā)現(xiàn)，讓他們的創(chuàng)造能力得到了充分發(fā)揮。可以讓學生充分感受科學的趣味性，加深對課堂課本知識的理解。此外，教師在布置家庭小實驗作業(yè)的時候，還可以設置一些提升性的問題讓學生通過查閱圖書館資料或者《中國知網(wǎng)》等平臺資訊來了解實驗背后的科學原理，激發(fā)他們對相關領域的研究進展、應用前景等方面深入探索。教師在提出這些問題之前做好充分的準備，將查閱資料的方法、解決問題的思路以及問題的參考性答案整理后以備作業(yè)檢查以及講解時為學生普及科學研究的常規(guī)手段，激勵他們采用可靠的技術(shù)方法探究未知的領域。學生在親身參與科學活動的過程中，發(fā)現(xiàn)問題，感受科學過程，獲取事實證據(jù)，檢驗自己的想法和科學理論，逐步形成科學的態(tài)度、情感與價值觀。

【參考文獻】

[1]教育部基礎教育司. 走進新課程與課程實施者對話.北京：北京師范大學出版社，2002： 210.

[2] 王延東，現(xiàn)代學習理論嬗變對培育核心素養(yǎng)的啟示——兼論“認知·情境”教學的理論依據(jù).中學政治教學參考， 2017， 12： 16-18.

[3][美]拉爾夫·泰勒著，施良方譯.課程與教學的基本原理.人民教育出版社，1994：123.