以核心素养为导向的科学实验探究教学模式和策略研究

李金康

摘要：本文研究了在科学教学中如何实施实验探究教学，针对学科自身特点，在教师指导下，如何充分发挥学生的主体作用，如何实验探究，不但加强科学基础知识的教学，更重视对学生进行探究科学知识的过程和方法训练，开发学生思维，培养学生创新能力，提高学生核心素养和教学质量的教学模式及策略。

关键词：实验探究;模式和策略

一、引言

初中科学是一门初步认识自然现象，自然规律，以人和自然关系为中心，以物质结构、性质和运动规律为基本内容，并注意科学、技术与社会的相互渗透，密切联系实际的一门综合性课程。在大力倡导发展学生核心素养，创新精神和实践能力为重点的今天，针对科学的学科的特点和课堂教学特点，在科学的教学中实施实验探究教学十分必要，不但加强科学基础知识的教学，更重视对学生进行探究科学知识的过程和方法的训练，使学生的主动性、创造性得到应有的发挥，彻底改变“应试教育”模式下，“学服从教，教服从考”这种状态，高分低能的后果。

二、实验探究教学模式

1.模式Ⅰ

实验探究教学模式Ⅰ可概括为：问题→实验事实→科学抽象→结论→应用

模式中的实验事实，既包括从实验中获得的直接实验事实，又包括限于科学教学的实际条件，学生无法从实验中获得而只能从书本上或通过多媒体摸拟实验获得的间接或模拟实验事实。模式中的科学抽象既包括表征性抽象，又包括原理性抽象。

示例1盐跟某些金属的反应

（1）提出问题：盐能否跟金属发生化学反应。

（2）观察、实验。

①实验条件控制Ⅰ。在两支盛有硫酸铜溶液的试管里，分别浸入一段洁净的铁丝和铂丝，过一会儿，取出，观察有什么变化。

②实验条件控制Ⅱ，将两根铜丝分别浸入盛有硝酸汞溶液和硫酸锌溶液里，过一会儿，取出，观察有什么变化。

（3）实验事实及其处理

4组实验标号，描述实验现象。

（4）表征性抽象

学生比较分析，4组实验可以分成两类：一类发生了化学反应，另一类没有发生化学反应。

引导学生讨论得出：铁比铜活泼，铜比汞活泼，也就是说，活泼性较强的金属能把活泼性较弱的金属从其盐溶液中置换出来;铂没有铜活泼，铜没有锌活泼，也就是说活泼性较弱的金属不能把活泼性较强的金属从其盐溶液中置换出来。

（5）结论（略）

（6）应用（略）

示例2质量守恒定律

（1）提出问题：参加反应的各物质质量总和跟反应后生成的各物质质量总和是否相等？

（2）观察、实验

①白磷燃烧前后质量的测定。

②氢氧化钠溶液跟硫酸铜溶液反应前后质量测定。

（3）实验事实及其处理

是否发生化学反应，天平两边是否平衡。

（4）表征性抽象

从实验事实归纳出反应前后物质的质量总和没有变化。

（5）原理性抽象

通过多媒体模拟回过化学反应事实，用反应前后原子的种类、数目、质量没有增减，来解释表征性抽象结果。

（6）结论：质量守恒定律。

（7）应用：略

2.模式Ⅱ

实验探究教学模式Ⅱ可概括为：问题→实验事实→假设及其验证→结论→应用

模式中的假设是指根据已知的实验事实和科学理论，对未知的自然现象及其规律所做的一种推理和解释，假说的形成一般要经过提出假说和验证假说两个阶段。假说的提出通常包括两个环节：一是根据为数不多的实验事实和科学理论提出假说;二是在假设的基础上进行推断和判断。假说的验证包括实验检验和理论检验，其中实验检验是最直接、最可靠、最有力的方式。

在科学的教学中，学生对假说方法的运用，是在教师的组织引导下进行的，限于学生的知识水平和能力发展水平，科学的教学中假说一般都是比较浅显，这就为在有限的教学时间里，运用假说方法进行实验探究教学提供了有利条件。

示例3质量守恒定律的内容

（1）提出问题，同示例2

（2）提出假说。反应前后各物质的质量总和可能存在几种情况：

（3）实验验证

①白磷燃烧前后质量测定

②氢氧化钠溶液跟硫酸铜溶液反应前后质量测定

（4）结论（略）

（5）应用（略）

示例4焦耳定律

（1）提出问题：学生在电热丝上放一层薄棉花，接通电源，观察现象后老师设问，实验说明什么问题？思考电流通过导体产生的热量与哪些因素有关？

（2）提出假说：教师引导学生根据日常生活中的现象，猜想电热与哪些因素有关，是否跟电流I，电阻R，通电时间t有关。

（3）实验验证

①控制使电流I，通电时间t相同，研究电热Q与电阻R的关系，为了加强探究，让学生思考如何控制流过研究对象的电流、通过时间相等？如何从实验中看出产生电热的多少？（下类同）

②控制使电阻R，通电时间t相同，研究电热Q与电流强度I的关系。

③使电流强度I，电阻R相同，研究电热Q与通电时间t的關系。

事先发放“实验观察纪录单”，师生边观察、边讨论、边总结。

（4）结论，得出Q与R、I、t关系，焦耳定律，并说明焦耳定律是焦耳在做了大量实验基础上总结出来的。

（5）应用（略）

三、实验探究教学策略

1.增加对比实验，加强实验探究。

如在科学中常见的SO2-4鉴定中，加入BaCl2溶液后产生白色沉淀，学生对为什么要加入稀硝酸理解不够深刻，可设计对比实验，在Na2CO3溶液加入BaCl2溶液，产生现象后再滴加稀硝酸，观察对比现象，学生就比较容易得出科学的抽象，从而得出SO2-4鉴定方法。同样在Cl-鉴定中，我们也可设计对比实验。

2.补充演示实验，使学生养成实验探究习惯。

如在铁的性质教学中，铁和氯气反应生成氯化铁，教材没有实验，学生死记结论，很容易遗忘，该化学方程式经常出现错误。因此，我们设计了铁和氯气反应的演示实验，加热硬质玻璃管内铁丝约1分钟，把注射器中的氯气注入硬质玻璃管，观察到铁丝在氯气中剧烈燃烧，铁丝保持红热，并生成棕色的烟，盛有NaOH溶液双球U形管内出现红褐色沉淀。证明生成的是氯化铁，而不是FeCl2。

3.充分利用教材中的探索性实验。

科学教材中有不少探索性实验，教师在课堂教学中，引导学生从一些基本的事实出发，运用已有知识，抽象归纳整理出原理和规律，以培养学生的探索精神和创新能力。

如，在讲奥斯特实验时，先演示在通电直导线下小磁针指向发生偏转，为学生提供一个可感知的形象信息，再提出问题：把小磁针放在条形磁铁旁会发生什么现象？小磁针放在地面附近为什么会指向南北方向？學生通过探索，很自然地从磁针周围存在着磁场这一已有知识，抽象出“通电导体周围存在着磁场”这一结论。

4.变演示实验为边讲边做实验。

教材中没有危险，相对简单，容易控制的演示实验都可以改为变讲边做实验，如大多数试管实验，平面镜成像特点等等，让学生亲自实验进行探究。

5.改实验的验证性为探索性。

教材中有些验证性实验，在条件允许的前提下，教师尽可能把它设计成探索性实验。如，在讲“阿基米德定律”时教材编排上是验证性实验。我认为如果不进行必要的阐述，说明为什么要这样做，是如何想到的等问题，而是直接进行实验，对学生来说既显得突然又难于顺畅接受。若改为探索性实验，充分发挥学生的主体作用，启发引导学生分析思考，层层深入，效果就不同。

6.引导学生设计实验操作。

引导学生设计实验操作或由学生进行实验设计，不但提高学生实验操作的熟练程度，巩固基础知识，更重要的是亲自参与科学发现的过程，得到了科学方法的启蒙。

如，在学习浓硫酸吸水性时，要求学生利用物理原理设计一个实验以证明浓硫酸具有吸水性。不断引导学生分析：盛放浓硫酸的细口瓶放置一段时间后，瓶内的压强会如何变化？减小，如何证明？学生设计了用内置气球形状的改变和水银柱液面变化方法。

7.重视开展小实验、小创作活动。

在平时实验探究教学中，教师可多向学生介绍有关小实验、小制作的原理、方法，引导学生自行设计、制作并进行操作、观察、记录、分析，教师定期进行反馈、检查，每学期还可对优秀成果进行评比、展览。如在做浓硫酸的稀释放热实验时，是在教师稀释操作完毕后，立即让学生触摸烧杯外壁，来感受温度的变化，以此说明放热反应的发生，但实验的直观性较差，为增强直观效果，我上课时，提示学生乙醚的沸点较低，着火点也较低，能否借助乙醚和必要简单仪器在课余设计一个简单的装置，说明浓硫酸稀释放热现象明显的实验。其方法是取一支试管加入约5毫升乙醚，浸入刚被稀释的硫酸溶液里，乙醚立即受热沸腾，将逸出的乙醚蒸气点燃，只见火焰喷出管口约20cm高，若将试管拿出液面，火焰逐渐减小，甚至看不到，再将试管浸入溶液，火焰又复燃升腾起来，可重复数次，现象明显，操作方便又安全，且趣味性较强。还有彩色喷泉、验电器演示、不倒翁、小孔成像、死灰复燃等等。

四、实验探究教学的效果

我们发现通过实施科学实验探究教学，学生的学习积极性、自觉性、主动性、合作性、创造性、兴趣、观察能力和动手能力等方面都有较大提高;同时教师的教学水平、教学能力也提高明显。因此，笔者感到进行科学实验的探究教学有利于培养学生探究态度和探究方法，有利于激发学习兴趣，动手、动脑，大胆想象，科学推理，不但很好的获取了基础知识，而且更好的掌握了知识产生的过程，开发了学生的思维，培养了学生的创新能力和核心素养。

参考文献

1.王祖浩著《义务教育化学新课程教学问题解决方案》上海教育出版社

2.余自强《综合科学课程研究》【M】杭州：浙江教育出版社，2011

浙江省杭州市萧山区靖江初级中学