科学课堂实验设计探微

车镒峰

[摘要]科学实验教学离不开实验设计，由于科学课堂实验设计的评价方式没有统一标准，在一定程度上阻碍了实验教学的发展。因此，初中科学课堂实验设计应注意科学性、改进性、发展性、多维性、提高性五方面评价标准，从而在体现实证的科学本质的情况下，发展学生的科学素养，提高学生的思维能力。

[关键词]科学课堂实验设计

[中图分类号]G633.98[文献标识码]A[文章编号]16746058（2015）140120

科学是一门以实验为基础的学科，教师都十分注重对科学实验的教学。科学课堂实验设计评价的多元化影响课堂实验设计的价值趋向。怎样的科学课堂实验设计更有利于新课程背景下的课堂教学呢？《初中科学课程标准》提出了“要对学生科学素养进行全面的评价，科学课程应在科学探究过程、方法和能力，科学知识与技能，科学态度、情感与价值观以及对科学、技术与社会关系的理解四个方面对学生进行全面评价”。在新课程标准下，对照学生的评价体系，结合教学实践，笔者认为科学课堂实验设计主要应注意以下五个方面。

一、应体现实验的科学性，不盲目追求成功

在听课时，总会看到部分科学教师特别关注科学实验的成功，本不可能做成功的实验，非要将它做成功不可。每当在课堂上实验失败时，就会情绪紧张、六神无主，总认为是一节失败的课而影响了后面的教学。原因在于将课堂演示实验的成功作为教学成败的唯一标准。

图1

【案例1】有四位市级骨干教师同上了“自然界中氧和碳的循环”这一节公开课，其中有一位教师在课堂上演示实验时，可以说是面面俱到。实验设计如图1所示，取用相同的蜡烛、相同的钟罩，调节好相同的火焰，同时点燃蜡烛，用相同的光（手电筒代替阳光）照射钟罩，且做到钟罩密封，实验现象是放有绿色植物的蜡烛后熄灭，实验取得了成功。

当时后面听课的教师私下里在评论，都说这个实验设计得好，准备充分，做成功了。实验看上去是成功了，但笔者认为这位教师在设计实验时，没有分清实验成功的偶然性和必然性。实验设计时，要做到调节好相同的火焰是十分困难的，因此很难控制蜡烛在相同时间内消耗相同的氧气量，因此笔者认为这个实验的成功是偶然的，实验成功没有必然性，如果将两支蜡烛对调，可能会出现相反的结果。因此不应该盲目地以追求实验成功作为标准，应体现实验的科学性。

二、应改变传统实验教学模式，体现科学探究思想和方法

现实中，科学实验教学在很大程度上还停留在“应试教育”的模式里。如果一个科学教师平时不注重对科学实验进行探索、不注重自己动手制作教具、不注重对课本实验进行深入的研究，就很难做到对学生进行素质教育。因此在实验设计时，应尽可能地在实验的过程中做文章，在实验操作的整个过程，体现科学探究的思想、运用科学探究的方法。

【案例2】在“变阻器的使用”这一课中，有关滑动变阻器的引入，通常教师进行实验设计时，都是直接拿出滑动变阻器，然后介绍滑动变阻器的构造、使用方法。这种教学模式不利于学生掌握滑动变阻器的原理，笔者认为

有关滑动变阻器的实验教学可作如下改进。

提问1：你有什么办法使图2灯的亮度变亮？ 教师根据学生的设计演示实验，得出图3结论。

提问2：你有什么办法使图3灯的亮度变暗？学生可能会说拿掉一节电池、串联一盏电灯、串联一根电阻丝等，教师应根据学生的回答逐一演示。

提问3：你有什么办法使图3的亮度连续变暗？从而引出图4实验。让学生体会到图4实验的缺陷（电阻线太长，操作起来不方便），让学生重新设计实验引出图5。再让学生上台演示图5变阻器，但是操作起来还不够方便，引出图6实验（安装上滑片），想办法将滑片固定住，从而引出图7实验中的滑动变阻器。这样，实验探究的全过程都是由学生来完成，教师只作适当的引导，使学生的探究能力得到了提升。

图2图3

图4图5

图6图7

三、应不超越学生已有的认知，促进学生的思维发展

教师在设计相关实验时，应该考虑到学生已有的知识结构，从反应物的选择、仪器的组装到实验方法的选用都应该在学生现有知识的基础上展开详细的分析与讨论，以促进学生思维的发展。

图8

【案例3】在八年级下册“空气”的教学中，学生已经对空气中的成分有了初步的了解，并且已经知道用实验的方法证明空气中有氧气。如何用实验的方法探究出空气中氧气的体积分数是本节的重点，也是难点。

许多教师都怕做这个实验，原因是实验很难做成功，即使装置已经密封（如图8），有时还是连一滴水都进不到集气瓶内，测定的氧气体积分数总小于1/5。造成以上结果的原因是教师没有深入分析实验失败的原因。

为此，教师可以结合学生已有知识，从大气压强、液体压强展开全面分析，引导学生寻找失败的原因（其实很大程度上与在实验前导管内是否充满水有直接关系），待学生寻找到失败原因后，重新再做实验，这样更有利于对学生实验技能的培养，促进学生的思维发展。

四、应利于培养学生的创新思维和实践能力

新课标指出，学生创新精神和实践能力是科学精神和科学素养的精华，因此要求课堂实验设计能激发学生提出新想法、新观点的勇气和欲望，使学生有问题意识和合理的质疑精神，进而培养学生的创新精神和实践能力。

【案例4】在“平面镜”一课的课堂引入实验中，点燃演示烧杯中的蜡烛，然后用风吹蜡烛火焰，火焰不灭;再将水倒入烧杯，直到慢慢淹没火焰，火焰仍然不灭，将整个装置水平旋转90°，学生发现烧杯里根本没有蜡烛，更没有火焰，原来刚才看到的蜡烛和火焰只不过是在玻璃板前面的蜡烛和火焰的虚像。在学生的啧啧称奇中，平面镜相关内容的探究，就这样开始了……

魔术般的小实验勾起了学生的“悬念”，在有悖常理的强烈的情境矛盾中，学生科学探究的问题自然引发和产生，这种强烈的好奇心，促使学生积极地思考，使学生产生了问题意识和质疑精神，进而促进学生创新精神和实践能力的培养。

五、应注重学生态度、情感与价值观的培养

对每一位学生来说，科学态度、情感与价值观的表现是复杂多样的，是有一个长期的形成过程的。对于学生科学态度、情感与价值观的评价，新课标要求学生具有热爱自然的情感和对自然界的好奇心，有学习科学课程的兴趣;能积极参与科学探究，能热情关注科学技术的发展，能勇敢地、实事求是地提出或修正自己的见解，能和同学合作交流;形成用科学知识为祖国和人民服务的意识。因此，笔者认为教师在课堂实验设计时应做到以下几个方面。

1.课堂实验设计要有趣味性，力求现象惊奇、明显，富有魅力

图9

【案例5】在“大气的压强”教学引入时，为了使创设的情境更具有趣味性，在引课时，笔者做了如图9的实验：在一只可乐罐内装少量水，先放在酒精灯上加热到沸腾，并快速将其倒扣在水中。本实验的设计有两个明显的特点：可见度大，可乐罐瞬间被压瘪，同时能听到响声;现象惊奇、明显，出乎学生的意料之外，从而激发起学生的学习兴趣和求知欲。

2.课堂实验设计应能激发学生积极参与科学探究的热情

【案例6】在探究“滑动摩擦力大小与哪些因素有关”时，提供给学生一台电动皮带轮、一块木块、一盒砝码、一个弹簧秤。如图10所示，让学生根据教师提供的教学仪器，通过讨论交流制订计划、设计实验。笔者让学生以小组为单位自行探究，并将比赛竞争的意识贯穿其中。很快的，每个小组的小组长进行了有效的分工：有的研究滑动摩擦力与压力的关系，有的研究滑动摩擦力与接触面大小的关系，有的研究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系，有的研究滑动摩擦力与物体运动速度大小的关系，有的负责记录结果，……整个实验过程井井有条，分工合作使得活动效率得到了提高。

图10

由学生自己探索出实验方案、设计实验，虽然学生的实验方案可能很粗糙、不完善，但通过学生间的相互交流补充，教师点拨，最终每一组学生都找到问题的方法，使学生体会到通过自己的努力获取成功后的满足感，从而激发学生积极参与科学探究的热情。

总之，笔者提到的科学课堂实验设计应该考虑的五方面问题，并不全面，还需要在今后的教学实践中加以完善。当然，教师的每一个实验设计都不能全部体现这五个方面，应根据实验本身的特点尽可能地发挥这五个方面的功效，演绎出精彩的科学课堂。

[参考文献]

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[2]孙宏安.新课程教学设计——初中科学[M].北京：首都师范大学出版社， 2004.

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[4]蒋文俊.以设计性实验为载体，培养学生的创造性思维能力[J].中学化学教学参考，2000（12）.

（责任编辑黄春香）