課堂實驗賦能科學思維的養成

徐菲蕾

摘要：科學思維是核心素養的一個方面，充分利用學生的求知欲以及動手能力，積極在課堂上開展實驗活動，并通過設計引課、問題情境、對比實驗、實驗生活化等不同類型的實驗活動，培養學生探究能力、實踐能力和自主學習能力，賦能學生科學思維的養成，提高學生的科學素養。

關鍵詞：課堂實驗 ? ?賦能 ? 科學思維

一、背景

課程目標明確指出：科學思維主要包括模型建構、推理論證、創新思維等。讓學生在科學實驗活動中獲得科學知識，通過多種途徑尋求證據，不斷發現問題，運用創造性思維和邏輯推理解決問題，并通過評價與交流達成共識，解決科學問題，形成科學探究能力、實踐能力和自主學習能力。那么在教學的過程中，如何利用課堂實驗來激發學生的主動性和創造性，培養學生的科學思維，從而提高學生的科學素養呢？筆者來談談課堂實驗對科學思維養成的賦能作用。

二、備課中的思考

思考（一）：七年級剛入學，學生對實驗的積極性很高，經常跑到辦公室問我，“老師，要做實驗嗎？”“老師，什么時候做實驗？”若看到我拿著實驗器材，好多學生就爭先恐后地圍過來幫忙“老師，我來幫你。”“哇！做實驗嘍！”那種激動的心情無以言表，如何充分利用學生的好奇心，提高學生對科學學習的興趣，是值得思考的問題。

思考（二）：學生在實驗室里非常興奮，但大多數學生的興致主要就集中在一些有趣的現象上，很少有學生能冷靜觀察和注意那些不明顯的現象，能認真思考“這是為什么”的學生則更少了。如何引導學生在實驗時既要去“探索”，還要去“深究”，是迫切需要教師思考和關注的。

思考（三）：在教學實踐中，難免遇到課堂實驗操作失敗的事例，可能是偶發，也可能是教師特別的安排。當遇到類似實驗失敗的情況，學生大多數會選擇重做，而不會深究失敗的緣由，因此也錯失了很多知識積累的機會。那么，教師該如何引導學生尋找錯誤的關鍵所在呢？

思考（四）：有些課堂實驗，在探究活動過程會出現課本描述之外的現象。這些干擾現象會分散學生注意力；同時由于學生自身知識儲備的局限，學生難以對實驗現象做出準確分析，不利于學生形成正確的結論。如何引導學生將注意力集中在重要現象上尤為重要。

思考（五）：教師在課堂上的演示實驗或布置給學生的課后家庭實驗，若所選器材過于復雜，不利于學生實際操作，導致學生對科學實驗的興趣不高。如果能將實驗器材簡單化和生活化，使學生更親近科學，更有利于學生的動手實踐，提高學習科學的動力。那么如何讓科學課堂更貼近生活，也需要教師多加思考。

三、教學片段設計及反思

片段（一）：在“物質的溶解”這節內容的教學中，筆者事先將一小塊松香溶解在酒精中，配制成一杯無色透明的溶液。在新課引入時，將一定量的水倒入上述溶液中，以“如何讓水變牛奶”的魔術形式進行課前導入，神奇的魔術立即激起學生強烈的好奇心，引起學生的探究興趣，這份好奇心始終貫穿整個堂課。最后告訴學生三種物質成分，首尾呼應，很自然解決了“影響物質溶解性的因素”這一重難點知識。

反思：興趣是最好的老師，能促使學生積極探索科學知識。教師設計出好的引課，充分運用各種手段，如魔術、謎語、游戲等，激發學習興趣，進一步活躍課堂學習氛圍，讓學生能自主參與科學知識的學習，同時能激發學生的探究思維，促進科學思維的養成。

片段（二）：實驗室制取氧氣是學生學習的第一個制備氣體的實驗，也是操作裝置最為復雜的一個實驗。教材中只有一幅裝置圖，學生按照裝置圖進行實驗操作時經常手忙腳亂毫無秩序。為此，筆者設計問題如下：1.實驗室制取氧氣的第一步是裝藥品嗎？如果裝了藥品后發現漏氣怎么辦？（提醒學生制備氣體的第一步是檢查裝置的氣密性）2.裝好藥品后是否可以直接加熱？本實驗中高錳酸鉀反應速度如何？如何防止反應太快時氣流帶出固體藥品堵塞導管？（提醒學生在試管口放一團棉花）3.固定好試管后就能加熱嗎？是不是需要考慮需要收集幾瓶氣體，分別用什么方法收集？如果先進行加熱操作，再進行集氣瓶的準備結果會如何？（提醒學生事先準備好集氣瓶再進行加熱）4.反應開始時剛出來的氣體是氧氣嗎？需要立即收集嗎？何時收集更合適呢？（提醒學生開始出來的氣體是空氣，等氣泡連續均勻冒出后再收集）5.收集需要的氣體后要結束實驗，能直接撤離酒精燈嗎？是否該注意水槽中的水會倒吸？（提醒學生要先將水槽中的導管取出，防止水倒吸而導致試管炸裂）

反思：通過設置問題情境，引導學生學習氧氣制取實驗，內化成學生內在的知識，為學生學習其他氣體的制取和收集構建模型。同時進一步激發學生學習的積極性，引導學生學會深度思考，還能培養學生嚴謹的邏輯分析思維，提高學生的實踐應用能力。

片段（三）：在完成用石灰石和稀鹽酸制二氧化碳實驗教學后，筆者給學生布置了“將點燃的蠟燭插在食用堿中，后倒入適量食醋”的實驗。同時布置學生完成以下幾個問題：1.這個實驗和實驗室制二氧化碳有何不同？（原理相似都是碳酸鹽和酸性溶液反應；都得到沒有可燃性不具助燃性的氣體；反應速度不同。）2.實驗室能選用食用堿和食醋這兩種藥品制取二氧化碳行嗎？（學生對比后知道，食用堿和食醋反應速度過快，不易控制，不適宜實驗室制備二氧化碳）3.兩組藥品在形狀上有何差別？如果相同反應時間，石灰石和食用堿哪種產生氣體多？（提醒學生從表面積大小考慮影響反應速率快慢的因素）

反思：設置對比實驗，學生可以通過對結果的比較分析，尋找相同點和不同點，獲得新知。并且通過對比實驗，更有利于培養和提高學生的觀察、分析、推理和論證能力。

片段（四）：在演示鐵絲在氧氣中燃燒的化學實驗時，筆者故意設置兩組實驗，一組鐵絲表面的氧化膜沒有用砂紙打磨干凈，另一組鐵絲表面是打磨光亮的。我和學生各做一組，結果學生實驗失敗了，我重新打磨鐵絲后再次讓學生完成實驗，發現學生很激動，出乎意料的是比前一次實驗時還要激動和興奮。我抓住這次機會，讓學生思考猜想為什么沒有出現預期的反應現象？有學生猜想氧氣不純含雜質氣體太多，火柴燃燒消耗了太多氧氣導致氧氣不足，這些猜想確實有一定的道理，不過通過分析最終一一給予否定，最后引導他們聯系燃燒的條件，從而得出氧化膜對該實驗的影響。在做鋁在氧氣中燃燒的實驗時，學生自然而然能夠先去除氧化膜再進行燃燒實驗。且在以后遇到有關金屬單質與其他物質的反應時（如生銹的鐵釘與稀酸的反應），學生有了這一次深刻的體驗，很容易就聯想到氧化膜附著的問題。

反思：設置實驗探究障礙，有利于激發學生的學習熱情和動機，充分發揮學生的主觀能動性，讓學生享受付出努力后獲得成功的自豪感，保證教學任務的順利完成，同時進一步提高教學質量，促進提高學生的知識遷移能力和知識分析的應用能力。

片段（五）：教材上的演示實驗“被壓縮的氣體對瓶塞做功”，是用打氣筒壓縮吸濾瓶中的氣體，被壓縮的氣體將瓶塞沖出。我將其進行簡化處理：取一個礦泉水瓶，里面裝入少量的清水，蓋上瓶蓋，讓學生用力擠捏瓶身，并注意操作安全，不要將瓶口對著他人，引導學生觀察瓶口發生的現象（瓶塞沖出時在瓶口很明顯能看到有一團白霧產生）并分析對應現象產生的原因（壓縮氣體做功使氣體內能增加，水蒸氣遇冷液化形成白霧）。

反思：改進實驗器材，讓實驗活動和實驗器材生活化，使學生的課堂學習與社會生活實踐緊密結合，整合學生直接經驗與學到的間接經驗，同時發揮學生創造性思維，解決日常生活中遇到的問題，提高學生對知識的分析應用能力。

四、結語

教師通過課前學習課標，鉆研教材，進行有深度的備課。在教學活動中，通過設計并開展相應的實驗活動，打造有深度的實驗教學課堂。通過實驗，讓學生初步形成科學探究意識，促進科學思維的進一步養成，從而提升學生的科學素養。筆者將繼續致力于培養學生科學思維的課堂實驗教學模式的探索。