利用科学实验培养学生能力

王俊卿

利用科学实验培养学生能力

王俊卿

科学学科涉及的知识面较广，与许多学科息息相关，是一门综合性学科，通过学习科学能拓展学生的视野、丰富学生的科学知识。科学教学是以实验和制作活动为主，特别是实验教学，学生在教师的组织和引导下进行提问、质疑、猜想、设计方案、实验验证、交流展示、得出结论、拓展应用等。在整个实验过程中，需要学生积极动脑思考和勤于动手操作，让学生能够积极、主动参与到探究活动中，从而提高教学效率，培养学生能力。学生具有好奇心强的特点，而科学实验正好符合学生的这一特点，学生通过实验获取知识和掌握技能的同时，也培养了学习兴趣，激发了探索世界和改造世界的欲望。

一、培养学生的观察能力

观察能力是培养学生其他能力的基础。在实验中，通过观察实验现象进行对比、分析和总结。但在实际教学中发现学生的观察能力不强，首先表现在观察的目标不确定，缺乏主动性；其次，观察得不细致、不完整；再次，对观察到的结果表述得不是很好。对于以上情况，实验教学中应采取措施加强对学生观察能力的培养。具体措施有：(1)教师演示实验要给予学生足够的观察时间，教师也可以多演示几遍，让学生观察仔细、全面；(2)先布置任务，让学生有针对性地观察；(3)做实验时，要遵循“实验装置简单、容易操作”的原则，有利于学生集中精力，提高观察的实效；(4)实验前，教师要示范演示，让学生有目的地去做实验，集中精力去观察细微的变化；(5)准确表述实验现象和结果；(6)观察时应注意技巧，要学会统筹方法。

例如，研究“热水的散热规律”时，让学生长时间观察并记录。学生从13:15～13:55，每分钟测量一次，并记录下测量时间与水的温度(如表1和图1所示)。在观察温度计液柱上升时，始终让温度计与水面垂直，且不接触器壁，保持视线与液柱界面在同一水平面上。又在14:00～14:50，每5分钟测量一次(如表2和图2所示)。

表1

图1

表2

图2

图3

为了更直观地观察热水的散热情况，把一组学生实验得来的数据绘成散点图，图1与图2中的点线就是热水温度随时间自然散热的情况，然后将图表汇总，让学生观察并分析(如图3所示)。

由图3可以看出：(1)温度越高，散热越快；第1分钟至第3分钟(即13:15～13:17)，第一个5分钟至第三个5分钟(即14:00～14:15)，这种变化尤其明显。(2)温度越低，散热越慢，第七个5分钟和第八个、第九个5分钟变化曲线较平缓。(3)热水散热整个变化过程不是呈直线下降，而是局部有起伏，第3分钟和第4分钟、第5分钟与第6分钟、第10分钟和第11分钟有明显起伏。学生讨论，从热水自然散热“温度越高，散热越快”与“温度越低，散热越慢”来看，热水自然散热与它周围环境的气温有关，因为当时实验场地室内的气温是23 ℃，90 ℃与23 ℃相差大，所以散热快；29.5 ℃与23 ℃相差小，所以散热慢。由此想到，在热水容器外壁堆放一些冰块，或以冷水在它四周流动，散热效果一定会更好。 从“热水散热整个变化过程不是直线下降，而是局部有起伏”来看，热水在自然散热的过程中，内部也不是平静的，可能存在对流。只有这样持续的观察并做好记录，学生的观察能力才能得到锻炼和提升。

二、培养学生的动手能力

在做科学实验时，学生必须通过实验操作来验证自己猜想的正确与否。在实验中，要为学生提供更多的机会和空间，鼓励学生多动手、敢于动手，养成乐于动手的好习惯。在学生进行实验之前，教师要进行演示实验，示范实验仪器的正确使用方法，讲解实验材料的特性，指出实验涉及的安全问题，并告知学生及时补救的方法，确保学生实验操作的正确性和安全性。另外，学生实验时，教师要巡视指导，以纠正不当的操作行为。在研究液体能否导电时，要求学生用电灯泡的明亮效果来了解物体的导电性能，但无法通过数据来比较，怎样准确地知道它们的导电性能呢？于是建议学生使用测量工具，即选用万用表来测量液体的导电性能，因为万用表灵敏度高，测量准确，然后学生制定实验方案： (1)认真学习万用表的使用方法；(2)用不同液体做实验；(3)查阅国内的物体导电性能研究成果。接着学生自己动手操作：将万用表放在水平桌面上，转换开关到欧姆档，再选择倍率，将两表笔短接，使指针指在欧姆刻度线右边的零位。学生开始做实验：取1号瓶食用醋，将表笔浸入测电阻；将10 g碱放入2号瓶热水中，先将两表笔短接，再将表笔浸入测电阻；将10 g盐放入3号瓶热水中，先将两表笔短接，再将表笔浸入测电阻。在测量中告诉学生：使用万用表进行测量时，要注意人身和仪表设备的安全，测试中不得用手触摸表笔的金属部分，不允许带电切换档位开关，避免发生触电和烧毁仪表等事故。不带电时，先将两表笔短接，用表笔接触三名学生(王强、李伟、张涛)的手指，测量人体电阻。测量结果见表3。

表3 不同液体与人导电情况一览表

测量结果表明：(1)不纯净的水是导体，人体也具有导电性。(2)液体中混入的其他物质越多，该液体越容易导电。(3)在安全电压时，不得用手触摸表笔的金属部分，这是为了确保测量结果的准确性。这样，学生亲自动手使用实验仪器，对规范他们的实验操作有着积极的作用。

三、培养学生的思维能力

在科学实验教学中，培养学生的思维能力是关键，思维能力影响着学生智力的发展。在实验的过程中，学生通过观察现象，然后根据现象进行思考、对比、分析和总结。那么怎样才能培养学生的思维能力呢？这是需要教师长期探索的问题。根据多年的教学经验得出：在整个实验过程中，通过各个教学环节引导学生的思维，并让学生主动思考完成教学任务。实验前，引导和启发学生提出问题。这里包括实验的意义、对提出问题的猜想、应选择哪些实验仪器和材料、实验方法等。实验中，让学生边操作边思考。思考实验时应注意哪些事项？操作不当会出现哪些不良后果？能否得出正确结果？实验后，进行思维的汇报。问问学生得出了什么结果或者发现了什么现象，实验过程中遇到了哪些问题，是怎样克服的，最后引导学生根据实验现象，通过对比、分析得出正确的结论。如果实验结果错误，错误的原因在哪里？你对该实验有何改进建议？该装置是否可以用其他装置来代替？最后就是利用结论解决实际中的问题，到达思维的巅峰，这也是培养学生思维的最终目的。

例如，研究水表面承受的压力时，让学生准备20张精美的圆片、食用醋、碱(小苏打)、盐与玻璃杯等实验材料。首先，把水注入玻璃杯中直到水快溢出，然后轻轻地往杯内水面上放圆片，上一枚重叠在下一枚圆片的上面，当上面放到第十一枚时，最下面的那个圆片像一条美人鱼似的慢悠悠地向水里游去。又在第二个杯内的200 mL水中放入10 g盐，在第三个杯内的200 mL水中放入 10 g碱，仿照上述实验方法，当在盐水中放到第六枚圆片、在碱水中放到第五枚圆片时，最下面的圆片也出现这种现象。水表面承受的压力为什么不一样呢？在教师的帮助下，依照方案测量了圆片的质量和直径，计算出了圆片的面积。通过计算学生知道：水表面每平方厘米所受压力是0.013 855 N，盐水表面每平方厘米所受压力是0.007 530 N，碱水表面每平方厘米所受压力是0.005 542 N，圆片所受的压强见表4。

表4

实心金属在水里会下沉，为什么硬币却能漂在水面上呢？依照方案，同样的方法又测量了硬币的质量和直径，计算了1元、1角、5角硬币圆片的面积，通过计算我们算出硬币所受的压强见表5。

表5

学生把表4与表5对比后可以看出，水中含有其他物质时，水表面可以承受的压力变小，看来主要不是浮力的作用，因为物体在盐水中所受浮力大于物体在水中所受浮力。这时告诉学生，这是水面的张力作用，学生明白了为什么水黾在水面上可以奔跑如飞。由表4与表5可以看出，1枚1元硬币、1枚1角硬币与1枚5角硬币所受压强分别为0.012 653 N/cm2，0.012 143 N/cm2与0.012 739 N/cm2，都小于水表面所能承受的压强0.013 855 N/cm2，所以硬币能漂在水的表面上。水黾的腿部有一种钩状的毛，每一只脚上也有，并这种钩状的毛可以毫不沾水， 水黾脚的这种结构增大了与水表面的接触面积，它每平方厘米上所受压力是不是比水表面每平方厘米可以承受的压力0.013 855 N小呢？今后将继续研究下去。在培养学生动手能力的同时，还要注重拓展学习的空间，挖掘学生的发散性思维，培养学生的综合素质。

四、培养学生的探究能力

实验是科学探究活动的重要形式，提高学生的科学素养是科学学习的核心任务，要完成这一任务，必须依靠科学教学中以探究式为主的教学方式。通过探究式学习，能够培养学生的探究能力，是学生通过学习而具有的一种综合能力，包括观察能力、动手能力、创新能力等。科学教学是以探究性教学为主的教学方式，探究性学习是科学学习的目标，也是学习方式。探究性学习可以通过实验的形式开展，让学生亲身经历探究的过程。科学实验正好符合“让学生亲身经历探究过程”的新课标要求，也满足了学生学习科学的需求。科学实验是学生进行探究学习的一部分，通过实验学习科学知识，符合科学学科的特点和学生的认知水平。通过实验，学生能够获取知识、掌握技能、体验探究乐趣，同时还可以培养自己的探究能力。

例如，探究马铃薯在液体的沉浮时，就经历了一个典型的“观察—发现—推测—验证”的科学探究过程。刚开始，将两个同样大小的马铃薯悬放在两杯液体里，让学生猜，松手后会发生什么现象。有的学生认为会沉，因为从平时的经验得知马铃薯放在水里面是会沉的。接下来，分别把马铃薯放在液体里并松手，学生发现一杯里是沉的，判定是水；另一杯里是浮的。紧接着问学生：“为什么马铃薯放在这一杯液体里面是浮的呢？学生认为，这一杯不是水，是其他的液体(水里面含有其他物质)。我们从外观上能看出这两种液体的区别吗？如果真有食盐溶解在水中，我们有什么办法证明它的存在呢？学生说可以用分离溶质的方法。下面就用加热液体蒸发水分的方法来验证学生的猜测。加热后学生发现，马铃薯可以沉入液体，在金属片上加热，金属片上什么也没有留下，即这种液体是水；但另一种液体在金属片上加热后，金属片上有白色的物质，虽然不能断定这种液体中溶解的白色颗粒就是食盐，但是学生认为，因为水中溶解了这种物质，成为了溶液，马铃薯就浮了起来。接下来，学生分小组进行实验，调制一杯可以使马铃薯浮起来的液体。要求学生取150 mL水，往杯子里一次次加盐，食盐溶解后，放入马铃薯检验是否可以浮起来，并做好记录，直到马铃薯浮起来为止。在这里教师要提醒学生，不要把全部的食盐一次性倒入杯中，而是要观察使马铃薯浮起来最少要用多少克食盐。在汇报交流的时候，大部分小组的数据都是在150 mL的水里面放了24～30 g的食盐，学生用小勺(一次可以放8 g)放了3～4次，细心的学生还认为，当食盐在水中溶解以后再放下一勺，借助玻璃棒或筷子搅拌加快溶解，这样数据就更准确。最后让学生思考：从实验现象和结果分析，怎样的液体才会使马铃薯浮起来？学生认为，只有水中溶解的物质达到足够的量，液体才能改变物体的沉浮。这样学生就完成了探究的任务，懂得了改变液体里的物质就可以改变物体的沉浮，在应用时，学生就能够解释死海不死的原因，达到了学有所用的目的。

五、结束语

在对科学学科进行学习时，学生通过实验去获取知识和掌握技能，科学素养得到提升。由于受学生的年龄和认知能力所限，学生的实验需要在教师的组织和引导下完成，特别是教师的演示实验、讲解实验仪器的使用方法、实验材料的特性以及实验的安全问题强调，都要做到位，以保证学生在完成教学任务的过程中正确使用实验仪器和材料，起到锻炼和培养学生能力的作用。在以探究式学习为主的科学学科中，实验也成为了其中一种形式，学生通过提问、质疑、设计实验、实验验证、交流展示、得出结论、拓展应用等，使自己亲身经历探究活动的整个过程，从而培养了自身的观察能力、动手能力、思维能力和探究能力，促进了自身的全面发展。

2011-11-16

王俊卿，本科，小教一级。

河南省息县第一实验小学。