為科學實驗教學說“說理”

李 娟

(浙江省寧波市北侖區靈山書院 315806)

1 一道中考說理題折射出的實驗教學問題

科學說理題是基于客觀真實的現象為素材，需要學生運用正確的科學知識(原理、規律等)通過運用較多的科學語言(例如文字描述、科學公式、圖表等)，聯系因果關系，按一定邏輯順序來闡述、解釋某一科學問題或科學現象的綜合性試題，它能考查學生所具備的科學知識、科學技能、邏輯思維、語言表達能力，是一類能考查學生綜合能力的試題.近幾年浙江省各地科學中考及各年段期末考試中都出現了不同類型的說理題，多數用以解釋生活現象和實驗原理為主，而學生得分普遍不高，尤其是對生活現象和實驗原理的認識不全面，表述不透徹，這樣的現狀對目前科學實驗教學提出了新的要求.回顧2020年寧波市中考閱卷經歷，答卷中出現的各種典型錯誤依然讓人記憶猶新.

(2020年寧波市中考題第29題)1852年，法拉第經過深入的思考和大量的嘗試，建立了“力線”的概念.他認為在磁極周圍充滿了力線，依靠力線將磁極間的作用聯系起來.他還利用細鐵屑把這種所謂的“力線”形象地呈現出來.小科進行了如下實驗:①在玻璃板上均勻地撒上一層薄薄的細鐵屑.②把玻璃板放在條形磁鐵上，觀察細鐵屑的分布情況.③輕敲玻璃板，再觀察細鐵屑的分布情況.請回答:

圖1

(1)如圖1所示為實驗步驟③得到的細鐵屑分布情況.請你在答題卷對應的位置上畫出經過A點的磁感線.

(2)實驗步驟②中未敲玻璃板,“力線”未能通過細鐵屑呈現出來，而步驟③中輕敲玻璃板“力線”能通過細鐵屑呈現出來.上述原因分別是什么?

該題以法拉第大量嘗試，建立“力線”概念的科學史料為素材，以教材中“力線”概念的建立為出發點，要求學生畫出磁感線，然后通過力學知識分析力線呈現的原因.這道題將力學和磁現象有機結合，要求學生運用力學知識和正確的科學語言表述磁現象的形成，對學生建立磁感線概念以及理解磁感線的意義具有積極的作用，精準的說理需要學生具備較縝密的邏輯思維能力，較綜合的分析能力.

考生答卷中幾種出現頻率較多的錯誤如下：

答1：未輕敲玻璃板前，鐵粉撒在磁鐵四周，因為磁鐵兩極磁性大，中間磁性小，不能把鐵粉吸過來；輕敲后，鐵粉飛了起來，受到的磁性大，所以就被吸過去了，呈現力線.

分析：有些考生面對未曾解釋過的陌生的科學實驗情景，不能很快找到知識的切入點，不會準確地用科學概念術語來解釋.僅僅依據感覺來體會，根據生活經驗來推斷，解釋科學現象時過于口語化，缺乏科學性，嚴謹性和條理性.

答2：磁鐵周圍撒鐵粉，有的撒在力線上，有的沒有，因為慣性，鐵粉保持原來的運動狀態，所以不表現，但是輕敲后，改變了運動狀態，所以呈現出來了.

分析：有些考生在語言表達上雖然明白用力的知識去解釋磁現象，但眉毛胡子一把抓，不能抓住關鍵點，東拉西扯，空話連篇，甚至自相矛盾、漏洞百出.

答3：(1)輕敲玻璃板前，鐵粉分布在條形磁鐵周圍，未做切割磁感線運動，所以不會產生感應電流；輕敲后，鐵粉由于慣性保持不動，所以相對于磁鐵做切割磁感線運動，表現出力線.

(2)分子之間同時存在引力與斥力，輕敲玻璃板前鐵粉與鐵粉距離較遠，引力較小，不能形成“力線”；輕敲玻璃板后鐵粉離磁極較近，引力大于斥力，所以形成“力線”.

分析：有些考生對知識考查點認識不明確，不知道從哪個角度著手，用何種物理知識來解釋現象，即不能明確題目中情景到底與哪些科學概念是相關聯的，看著問題不知所云.

答4：未敲擊玻璃板時鐵粉受到重力、摩擦力和引力，因為重力大于引力，所以不能被磁鐵吸引；輕敲玻璃板后，摩擦力消失，引力大于重力，所以就被吸過來了.

分析：有些考生理論聯系實際的能力較弱，對陌生物體的實際受力分析，運動狀態和力關系的邏輯推理不正確，缺乏科學性，基礎知識不踏實.

2 實驗教學過程引發上述現象可能的原因

2.1 科學實驗教學形式誤區多

在目前科學實驗教學中，不同學校因為教學設施配備和課時安排等差別，不少科學教師認為，進行實驗教學需要花費大量的時間，不如直接講解的效率高，只要學生會解題，就無需再進行專門的實驗；另外，部分實驗演示確實比較麻煩，可視性不高，也難以達到相應的效果.加上有的學生缺乏實驗目的性和耐心，或實驗操作不嚴謹，對自己的要求不高，所以實驗課總顯得效率低下；另外多媒體應用的普及和簡易，有不少實驗過程都可以通過視頻來展示，師生之間慢慢默認了這種“高效方便”的模式.久而久之，學生的體驗性學習得不到實踐，基礎知識得不到鞏固，實驗只浮于表面，不能深入本質.在說理題的表述中學生就不容易確切把握知識切入點，對復雜而陌生的現象本質的表達一籌莫展.

2.2 科學實驗教學模式單一

目前初中科學實驗教學仍然偏重于傳統驗證性實驗，演示實驗通常是灌輸式的教學模式，教師示范，學生負責觀看聽講；課堂分組實驗中，老師往往會講解實驗原理，有時甚至把詳細的步驟傳授給學生，或呈現于實驗單上，把學生要的試劑都局限在實驗臺上，學生只需要按部就班地進行各自的實驗，達到目的即可，缺乏足夠的探索，甚至有小組出現與預期不同的結論時也沒有及時的修正、拓展和創新，學生的“學”都限定在教師的“教”內.這些操作都極不利于學生科學思維能力的發展，讓他們根據現象來一一做出解釋更是“紙上談兵”.其實生活中處處有科學，事事講科學，作為教師，要善于引導學生多發現問題，主動解決問題，不要讓科學的理論脫離了生活的實際.

2.3 啟發式探究實驗教學不深入

新課程標準倡導探究式學習，強調科學與實踐，科學與社會生活的聯系.因此，實驗教學需要多角度的、更深入的進行探究活動.實驗探究不僅僅是完成實驗而已，更重要的是學生在自覺、主動、積極、手腦并用的基礎上，對某個實驗過程遇到的問題進行反復猜想、思考、認識提高的過程，之間還貫穿著同學間的合作與溝通，并形成分析、歸納的能力.然而現實實驗教學過程中，有些學校新實驗活動配套的裝置沒及時更新，40分鐘的實驗課很難讓學生的想象得以充分發揮，實驗儀器有所局限等各種因素，導致啟發式探究實驗教學不充分，也不能很好調動學生的主動性和積極性，思維得不到很好的提高.

3 實驗教學中滲透說理的策略建議

實驗教學是提高學生科學素養的重要途經，實際教學中立足教材，把思考、體驗、表達有機相結合，實驗前學生明確實驗目的，鼓勵同學生一起設計實驗，理解實驗步驟和每個步驟的預期達到的結果，實驗后及時反饋，自主創新，學會讓科學原理滲透到生活的方方面面，這些操作對揭示實驗原委都有實際的推動作用.

3.1 關注問題導向，精設實驗選題

蘇聯心理學家維果茨基的研究揭示，設置恰當的教學主題必須通過深入細致的考察，了解學生的“最近發展區”.作為科學實驗教學的開端，選擇實用有效的實驗主題顯得尤為重要.為什么要開設這節實驗？它與書本哪一些知識點息息相關？采用怎樣的方式來開展？可否用最接地氣的家庭實驗來達到同樣的知識再現和應用？這些問題在開設實驗之前教師一定要了然于心.將傳統的驗證性實驗逐漸拓展為探究性實驗，一方面要從學生實際出發，在常規的實驗教學問題的基礎上加以拓展，變換教學設計的角度，鼓勵學生利用身邊物品去演示，達到訓練學生科研思維、提升學生創造能力的目的.另一方面加強課本知識與社會實踐以及當前熱點問題相結合，注重選題的實用價值以及在實際情況下與其它學科知識的交叉滲透，注重選題對學生實踐能力的培養.

比如在學習電路連接的實驗過程中，傳統的驗證性教學會給學生現成的電路圖，實驗儀器和方案，學生只要按照圖對應連接，閉合開關后就完成了老師布置的“任務”.這樣的過程不僅不符合中學生心理特征，也會讓他們在索然無味的機械活動中逐漸失去探究的求知欲.他們需要在操作中體驗，在或錯或對的結果中尋求未知.于是設計一個“你能否利用桌上的儀器使兩盞燈泡同時亮”的實驗主題就符合學生的認知特點.學生在探索的過程中，可能有些人正確連對了串聯和并聯，有的學生可能連出了局部短路，有的學生可能連出了電源短路，各種電路連接情況一一展現，教師再針對性講解，靈動的實驗教學使學生對這些錯誤的出現和預防印象更深刻.

3.2 具化認知過程，建模實驗流程

在新課改的背景要求我們要改變以往傳統思想和傳統教學模式，把實驗教學轉變成更為開放、自由的新體驗方式，首先要確定學生的主體地位.教師可以在課前讓學生直接參與實驗計劃制定和流程安排.明確實驗目的后，請同學們集思廣益，提出設計方案，老師將其呈現于黑板，其他同學就可能出現的問題多角度設疑，不斷完善設計方案.在全面地了解實驗活動的環節后，學生對實驗過程有了深刻的把握和理解，體驗過程更高效，也有利于發展學生邏輯推理能力.

綜上，科學現象蘊藏科學本質，實驗教學將現象重現，實驗說理將本質表達.在實驗教學中多關注問題的導向，現象的剖析，設計的精準，反思的多元.只要我們能不斷思考，不斷嘗試，緊緊圍繞教學主線，就一定能讓我們的實驗教學更加“有理”，“有據”，“有用”.