提高初中科学实验教学有效性的思考与实践

李学海

（杭州外国语学校 浙江 杭州 310023）

科学课程的基本理念是立足学生发展，体现科学探究的精神，引导学生逐步认识科学本质。 学生并不是记住科学概念和结论就能解决问题，不是靠死记硬背，也不能靠教师满堂讲。 实验教学是课堂教学非常重要的一部分，如何利用实验优化课堂教学，突出科学学科特色，下面结合教学实践谈谈几点想法。

一、实验设计过程让学生亲身参与

科学学习应该是发生在一定社会和文化背景下意义建构的过程。 当代科学本质观下的教师教学行为注重知识产生过程，以及学生对于知识获得过程的反思［1］。让学生重演知识的发生过程，才是科学教学的真谛。 让学生参与实验的设计过程，亲历问题的解决过程，价值在于引导和锻炼学生的思维活动，还原知识形成和发展过程中的本来面目，掌握获得知识的程序和手段。 科学课程中的演示实验，我们应当尽量再现实验设计过程，让学生多想想：应该怎样做？ 为什么这样做？ 换其他方法能不能做？

例如植物制造淀粉的实验，一般的做法是先介绍实验步骤： 暗处理→叶片部分遮光后光照→酒精脱色→清水漂洗→滴加碘液清水冲洗→观察现象。 然后按步骤完成实验并得出结论，最后提出几个问题并解答。 这样的教学看起来思路清晰，结论清楚，但由于是简单讲述，学生知道但难以理解，记忆保留的时间短。实验结束之后学生还有疑问： 实验为什么这样设计？步骤为什么这样操作？ 究其原因是教师和学生只是循着课本做动作，没有让学生参与实验设计过程，没有与学生的思维活动结合起来。 教学只有把结论变成过程，才能把知识变成智慧，改进后设计如下。

师：淀粉遇碘液变蓝，但是叶肉细胞中有叶绿体，叶绿体中含有叶绿素，呈绿色。有叶绿素的干扰？怎么办？

生：叶绿素不溶于水，但溶于酒精。 用酒精将叶绿素溶解掉。

师：但是酒精加热易挥发，同时易着火燃烧，怎么办？

生： 水浴加热， 小烧杯受热均匀， 温度控制在100℃以内。

师：水浴加热后，叶绿素已溶于酒精，但经处理过的叶片表面还有酒精，怎么办？

生：在清水中漂洗干净。

师：叶中的淀粉是原来就存在的还是后来光合作用合成的？ 如何排除其它因素影响？

生：放置在黑暗的地方一昼夜，进行饥饿处理，将叶内原有的淀粉运走或消耗掉， 最后再滴加碘液，检验淀粉的存在。

教师基于学生的认知脉络设计问题，通过一系列问题引导，步步推进，师生交流讨论实验设计过程，从结论到过程，力求促进学生思考，注重“动脑”与“动手”的结合，在交流对话中解决问题。

二、实验原理让学生深入领会

在教学中，教师困惑的是：学生好像都听懂了，可做作业错误连连，题目换种提法就没有办法。 原因之一是学生还没有弄懂学科知识的原理，要利用联系的观点与其它相关内容进行比较， 认识实验的本质原理。 如学生已经学习电压表、电流表，知道电压表要并联在用电器两端，电流表要串联在电路中，但如果将电压表和电流表串联后接在电源上到底有没有读数，有些同学就无法理解。 从单一结构水平到多元结构水平，只有举一反三，把握问题本质，把两表看做是阻值不同的电阻，才能解决多元结构的问题。

普通装置的气密性检查，学生比较熟悉，很容易说清楚，如图1，整个气密性检查分为三个步骤［2］［3］。

图1

但当学生碰到其他不太熟悉的装置，进行气密性检查，往往模棱两可，无从下手。 其实这正是教师教学造成的结果，平时往往关注气密性检查的步骤，锻炼思维的过程与环节被老师忽略或代劳了。 检查气密性背后的原理是怎样的，为什么要这样做，学生没有真正搞清楚，碰到相应的问题会一错再错，知其然而不知其所以然。

其实可以先分析上述气密性检查三步做法，归纳出这样做的目的：封闭部分气体，根据改变气体压强后产生的现象来来判断是否漏气。 然后由目的来讨论分析图2 中检查气密性的原理和具体操作方法，如表1，并用相应的实验装置来证明，经过这样分析整理、实验再去解决其他气密性问题肯定是迎刃而解。

图2

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在教学过程中，教师不可能把所有的知识和结论全部教给学生，学生要利用有限的知识、实验原理来解决新情境新问题。 只有通过教师引导，引导学生分析科学现象，逐步深入分析现象的本质特征，完善学生的认知过程，运用原理来解决新问题将得心应手。

三、实验现象引发学生疑问

科学不是看懂和听懂的， 而是想清楚和做明白的，需要通过探究和实验来深入理解概念、规律的来龙去脉。 亚里士多德曾说思维自惊奇和疑问开始，要使学生处于一种“心求通而未达，口欲言而未能”的不平衡状态，引起学生的探索欲望，促使其积极主动地参与学习，只有经过思考的才会属于学生自己。 但简单的实验教师往往直接讲甚至忽略，这样留给学生的实验就少得可怜，通过实验探究想让学生体验鲜活的知识与技能也就成了无源之水。 为什么作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在不同的物体上？可以用两只弹簧称称钩相接，一只弹簧称拉，另一只不动或互拉、竖直拉、水平拉来证明总是相等。 简单的实验蕴含的道理深刻，我们要让学生从简单的实验中挖掘科学道理。 如研究物体沉浮条件的实验，可以这样设计。

师：如果把小钢球和乒乓球放入水面以下，如果松手小钢球和乒乓球会怎么样呢？

生：小钢球会下沉，最后沉到烧杯底部；乒乓球会上浮，最后会漂在水面。

（教师演示。 ）

师：为什么小钢球下沉而乒乓球会上浮？

分析：根据阿基米德原理，浮力的大小与ρ 液和V 排有关，ρ 液即为水的密度，是相同的，但乒乓球排开水的体积大于小钢球排开水的体积，也就是乒乓球受到的浮力大于小钢球受到的浮力。

师：如果把小钢球换成猕猴桃，放入水中松手，猕猴桃会怎么样呢？

（学生猜想，教师演示。 ）

师设问：猕猴桃为什么下沉，根据阿基米德原理，把小钢球换成了猕猴桃，排开水的体积变大，浮力也变大，应该比乒乓球上浮的更快，为什么浮力大反而下沉呢？

（思维碰撞，引起学生思考。 ）

分析：原来乒乓球受到浮力的作用上浮，而现在猕猴桃受到了浮力作用反而下沉，物体运动的方向改变了，即运动状态改变了，肯定是受到的力的作用，因为力能改变物体的运动状态。 物体在空气中下落是因为受到了重力作用，在水中下沉也受到了竖直向下的重力作用。

学起于思， 思起于疑， 实验是极好的引起学生“疑”的途径。 科学最有味道的就是实验，真正好的实验能够打动人，使人印象深刻，甚至使心灵受到触动。

四、实验数据分析处理建立模型，渗透方法

在科学概念和规律教学中存在这样的问题：教材中的介绍常常比较简略，教师对概念形成过程不够重视，在学生没有足够的感性认识，尚未建立初步的概念时，将概念和规律硬塞给学生［5］，把形成概念和规律过程变成了“知识要点加注意事项”。 部分同学只是记忆没有理解本质，最后利用大量习题强化，长期以往的结果是学生失去学习兴趣。 概念和规律教学要让学生真正体验概念的形成过程，通过同化和顺应建立属于自己的认知结构。

如磁感线是描述磁体周围的磁场的，磁感线看不见、摸不着，要使学生理解和掌握抽象的概念，教学的关键在于让学生参与概念的建构过程。 磁感线的教学可以从磁场的性质入手，在条形磁体周围不同位置放小磁针，现象是不同位置小磁针北极指向不同，说明磁场是有方向的，而且不同的位置磁场方向不同。 教师指出科学上规定的磁场方向，要求学生在小磁针旁用箭头表示磁场方向（图3a）。 这样做很直观，但不可能把磁体周围所有点的方向都标出来。 那怎么来表示整个平面的磁场情况？ 学生不难想到办法，用比小磁针更小的铁屑进行实验， 学生观察铁屑分布的规律，并用示意图表示（图3b）。具体磁场方向的判断用小磁针放在弧线上几点，观察并标出小磁针指向（图3c）。教师引入磁感线模型，完成条形磁体周围的磁感线分布情况后（图3d）， 然后教师展示立体结构的磁板模型。 最后拓展到蹄形、同名磁极和异名磁极磁感线分布情况。

图3

磁感线的概念教学从点到面最后形成立体的结构，整个过程让学生观察、作图，渗透科学思想和模型法、转化等科学方法。 形成概念的思路是从生动直观的实验到抽象思维，从抽象思维到实践。 抽象的科学概念教学要提供给学生丰富的表象素材和感官刺激，增加直观感受，支撑学生的抽象思维，掌握知识的本质属性，软化突破难点。

学生对科学方法不断积累和掌握，形成借助科学方法获取知识、提高能力的心理定势。 这样学生就会产生对问题的敏感性，能够用科学方法迅速地抓住问题的关键，找出解决问题的途径［6］。教学过程本身就是科学方法的示范，科学方法的真正掌握，要求学生必须亲身经历运用科学方法探索过程，最终提高学生用科学方法解决具体问题的能力。

五、实验验证发散成果

课堂上教师想提供给学生思考的机会，但实际往往把时间留给上课，给学生真正思考的时间并不多；有的学生虽然看起来知道，但讲不出所以然，可意会不可言传。要把课堂的主动权还给学生，减少知识灌输，发展学生求异和发散思维，同时教师应该给学生更多表达机会以完善思维品质。 当学生看到自己的想法转化成为现实版的实验装置， 自然有一种亲切感，想去弄明白他们的想法能否实现，自然主动性会大大增强。 学生头脑中的思维活动与实验互相结合促进学生的发展。 如证明电流产生热量多少的方法如下。

问题：电流产生热量的多少如何体现？ 学生讨论。

方案1：白磷从未燃烧到开始燃烧需要的时间。

方案2： 发热导线切割石蜡速度或粘有石蜡的火柴棒受热后，看火柴棒掉下的快慢。

方案3：五水硫酸铜失水变白程度。

方案4：烧瓶中气体热胀冷缩，直观，时间很短效果明显。

方案5：烧瓶中液体热胀冷缩，用温度计能准确地测出液体温度变化，便于定量研究。

师生共同分析并用实验验证方案2 和方案5。

师：与之类似，用吸引大头针的数量显示磁体磁性强弱， 用握住刻度尺的长度显示人的反应快慢，像这样将难以测量的科学问题变成了可观察、可测量的具体问题，称为转化法。

建构主义认为： 学习是学生自己构建知识的过程。整个过程从提出问题到学生的发散思维，最后收敛小结、实验验证，解决问题成为开放的过程，思维的单向变为多向， 如简易温度计的改进也可以采用类似方法。从教师的教转变为学生的学，从关注课堂形式到学生习得水平及问题解决水平的转化， 分析学生现有认知基础，及时捕捉课堂意外，强调生成多种可能的假设、解决问题的方法或形成新观点。学生只有经过多样化的思维过程和认知方式， 多种观点的碰撞、论争和比较，才能获得结论，真正理解和巩固［7］。

有一则广告语这样说：人生就像一场旅行，不必在乎目的地，在乎的，是沿途的风景，以及看风景的心情。从三维目标的角度来说，目的地就是知识与技能目标；沿途的风景是过程与方法目标； 看风景的心情就是情感态度价值观目标。 要达成三维目标，提高学生的科学素养，需要实验和课堂教学紧密融合，需要教师精心设计才能实现。 目标是唤起学生自主学习的兴趣和动机，最终培养出让我们钦佩的学生。

［1］ 陈志伟，陈秉初主编. 中学科学教学论［M］. 杭州：浙江教育出版社，2007：107

［2］ 郑永燕. 实验装置气密性检查的复习教学［J］. 中学教学参考，2009，（5）：100-102

［3］［4］陈永平，徐凯里. “化学实验中的气压差”教学设计［J］.中学化学教学参考，2013，（1-2）：23-25

［5］ 吴军. 中学物理概念教学的现状分析及对策［EB/OL］.http：//www.pep.com.cn/gzwl/jszx/jxyj/jfxf/201008/t20100827＿789176.htm.2008-10-07

［6］ 曹焕京，李红净. 探新课程核心课标——“科学方法”教育的 渗 透 ［EB/OL］.http：//www.pep.com.cn/gzwl/jszx/ztts/2011hybd/1z/201201/t20120112＿1096555.htm.2012-01-12

［7］ 余文森. 论自主、 合作、 探究学习 ［J］. 教育研究，2004，（11）：27-30