初中科学实验教学研究综述

周甜甜

杭州师范大学 浙江 杭州 310000

一、研究方法与思路

(一)文献收集的基本方法。本文依据文献计量学原理,收集并分析了主要来自中国知网和维普网的相关文献。在高级检索中以“初中科学”并“实验教学”为关键词进行检索,检索得到文献共计113篇,其中硕士学位论文12篇,期刊文献111篇。从文献时间来看,检索结果显示最早研究“初中科学”并“实验教学”问题的文献是2005年由陈世军撰写的《初中自然科学实验教学中学生创新能力培养的探索》一文。此后学术界对“初中科学 实验教学”的学术关注度整体呈现增加趋势。

(二)文献分析的基本思路。由于文献数量较多,研究时重点研读相关硕士学位论文、核心期刊及学术界知名作者的文献。主要从实验教学概念的界定、研究的意义、内容及研究中存在的问题等方面进行梳理,重点关注研究中仍存在的、尚未被广泛关注的问题。通过对上述重点文献的研究,梳理了以下几条研究成果:一是关于实验教学的基本认识,包括概念界定和基本内涵的认识。二是实验教学的重要作用。三是实验教学研究的经验。

二、研究的主要内容及观点梳理

(一)关于实验教学的基本认识。目前学术界对实验教学的概念和内涵的探讨并不多,就仅有文献而言,研究发现学者大都认同以下观点:实验教学指学生在教师的指导下,利用仪器设备,通过控制条件等实验操作,引起实验对象的变化,通过观察和分析,验证所学知识并获取新知识的一种实践性教学组织形式[1]。

其基本内涵在于:①实验教学遵从学生主体原则,师生共同参与,但教师仅扮演指导者;②仪器设备是实验教学不可或缺的物质基础;③实验教学要求学生具备实践操作、观察和分析等能力;④实验教学的目的在于帮助学生验证知识并获取新知识。《教育大辞典》对实验的三个时段进行了详细的描述:实验前教师需编写实验指导书,并在课前发给学生预习;实验中教师要巡视,加强个别指导;实验后,认真评阅实验报告,作为成绩考核的主要依据[2]。由此得出实验教学基本内涵的第五点:教师要在实验的每一个环节给予相应指导,最后还要评阅实验报告并给出成绩。

对实验教学概念的界定,以上观点较为科学且深刻。但该观点中的实验教学有明显的学科倾向,即只针对于理科课程。2009年教育部颁发了关于印发《中小学实验室规程》的通知,其中对实验教学的范围做了进一步扩充,由传统的理科课程,扩大为包含通用技术、艺术等多种课程实验[3]。至此,实验教学概念的界定得到了进一步完善。

(二)实验教学的重要作用。从实验教学概念的界定来看,传统实验教学有以下几方面作用。

一是验证理论知识。教师希望学生在学习学科知识时形成一个清晰完整的知识体系,达到这一目的的首要前提是学生对基本概念、规律等有较深的认识。实验教学在辅助学生验证理论知识、促使学生深刻有效地发现和认识规律方面有重要作用[4]。演绎法是从一般到特殊的推理方法,是实验教学中最重要的方法之一。在初中科学中演绎法表现为先将一般原理、原则和结论等传授给学生,再通过实验推导出一般原理用于特定事物的结论,进而验证该理论的正确性。例如研究自由落体规律时,先在课堂上将自由落体公式h=1/2g t2(h:物体下落高度,g:重力加速度,t:下落时间)这一结论教给学生,后在学生动手实验时利用打点计时器记录重物的下落过程,通过计算来验证理论公式的正确性[5]。

二是巩固已学知识。初中科学的一些知识复杂难懂,教师课堂授课后,学生对知识点的接受程度可能不尽如人意。通过实验操作可以调动学生的积极性,对已学知识进行重温和巩固。教材的编者在编写实验教程时,通常会有意识地在一个重点内容之后紧接着一个相关实验;而教师在安排实验课时也会遵循学后巩固的原则。

三是探究实验原理。理论来源于实践,通过实验可以发现并归纳出理论[6]。探究实验原理的实验称为探究性实验,最早由美国教育学家杜威提出。我国“新课改”后发布的《中小学实验室规程》中强调了探究性实验的重要作用[7];《中小学理科实验室装备规范》又在实验室类型中添加了科学探究实验室这一新的实验室类型[8]。

2015年“十二五规划”明确提出并一再强调“育人为本”“德育为先、能力为重”。近年来我国教育明显由应试教育转向素质教育,更侧重能力多元化。由此实验教学在传统功能的基础上延伸出了新时代更高要求的“育人”功能,旨在培养能力多元且均衡发展的学生。

由程素萍和林慧莲主编的《心理学基础》中按照不同的分类标准将能力分为以下三种类型:一般能力和特殊能力,模仿能力和创造能力,认知能力、操作能力和社交能力[9]。美国耶鲁大学心理学家斯腾伯格从信息加工的角度提出三元智力;美国心理学家加德纳在《智能的结构》中提出多元智力理论[10]。前面梳理了实验教学在培养能力方面的积极作用,但值得注意的是实验教学直接培养的是较为基础和简单的能力,如观察力、创造力等。而这些基础能力作为小单元又可以组成复杂而高级的复合型能力。

实验教学对学生能力的培养不是一蹴而就的。学生不可能通过某一次实验就得到能力的大幅度提升,往往需要一个长期的实验教学过程才能形成较为成熟的个体能力。另外,某一门课程的实验教学针对的能力通常只有一种,或说更为侧重某一种能力。物理实验侧重操作的综合能力,化学实验更关注观察和分析能力,生物实验以培养观察能力为主。因此充分把握每一门课程培养的能力类型,为学生提供充足的实验课时,这是实验教学育人功能发挥作用的基础。

(三)实验教学研究的经验。首都师范大学的艾伦教授认为,传统的实验教学侧重“知识本位”,实验教学重新定位后转变为“能力本位”,因此实验教学中应关注教学设计、教学组织、教学评价等方面[11]。

在如何有效提升初中科学实验教学方面,前人的研究已相当成熟,主要有以下两种策略:

应海兵和林文忠等人对细节实验教学策略做了相关研究。细节实验教学策略简单来说就是打破学生对实验内容的机械记忆,教师在实验教学应关注实验细节、将实验内容具体展开[12],让学生学会自主处理实验细节,参与教学,获取知识[13]。该策略有几点要求:①备课环节细节化。如实验前发放预习资料,检测实验仪器设备的可用性等。②实验授课过程细节化。如通过视频和简单演示的形式为学生讲解具体实验步骤。③实验指导细节化。教师要熟悉每一个实验仪器设备的用法和注意事项,指导学生实验的过程中对此划重点。如熄灭酒精灯时直接盖上灯帽,转换显微镜物镜时注意载物台的高度等。④教学反思细节化。教学反思包括学生实验反思和教师自我反思。教师可以指导学生从理论和实验操作方面进行实验反思,在浏览学生反思的过程中教师可以自我反思,以便以后的实验在学生不足的方面加强教学。

另一种是微实验教学策略。对于微实验的探讨有以下两种:夏兆省等人认为微实验是指利用生产和生活中的物品进行的实验[14]。郑莹、高凤霞等人认为微实验是微型实验的简称,通过创设微实验,提高实验教学质量[15]。第一种理解侧重实验的生活化,其特点是从生活中取材且实验操作简单。例如:用玩具激光笔照射杯子里的水,探究光的折射和光在水中的直线传播;探究“小孔成像规律”时,在黑色硬纸上打一个小孔,用一张较厚的白纸作白屏。第二种微实验侧重对教材实验的创新改进或重设计,它能在教学过程中调动学生自主探究的积极性。微实验创设的方式包括改进教材实验器材、设计不同实验探究同一原理和用相同器材探究不同原理[16]。在化学实验中,用吸管代替导管、用塑料碗代替水槽等,既遵循绿色化学理念,又达到改进实验器材的目的[17]。探究压强差时有多种设计:把试管用带导管的软木塞塞紧,导管另一端插入水中,用手捂住试管,将会产生气泡;气球封闭瓶口反装进瓶中,用嘴吹气球不会膨胀,将系统放进冰水中,气球被“吹”起来。相同器材探究不同原理,如一支彩色笔可以做色谱实验、水的折射实验、制作密度计等。

实验教学有效性提升与教师实验教学能力也有着紧密的关系。教师实验教学的能力不同于课堂教学能力,也不同于教师自身的实验能力[18]。实验教学的能力是一种教学设计、教学组织、教学评价及指导学生进行实验等能力有机融合的综合性能力。现代教育对于师范生的综合能力要求很高,但科学教师在校就读时并没有受到理想的“能力本位”实验教学的培训。这是今后应当高度关注、亟待改进的地方。

三、存在的问题及研究发展方向展望

(一)研究的科目局限,研究格局有待改善。初中科学是一门融合多项理科课程的综合性课程。其主要内容包含物理、化学、生物及地理等,但实际上偏向十分明显,尤其在相应的实验教学中极为偏重物理和化学实验,弱化生物、地理实验。目前对初中科学实验教学的研究也大多与物理、化学实验相关,对于物理、化学实验教学的教学策略、教学中存在的问题及应对措施等都有很高的关注度和大量研究。而对生物、地理实验教学的研究极少。这说明目前研究的科目局限在了物理化学领域,研究格局有待改善。

2014年3月教育部印发《关于深化教育改革落实立德树人根本任务的意见》,首次以文件形式提出了“构建学生发展核心素养体系”,随后发布《中国学生发展核心素养》[19]。基于培养学生学科“核心素养”的初中科学实验教学,理应在生物、地理等实验方面有一些开辟式、跨越式的研究。目前初中科学课堂内容的确偏重物理、化学,那么如何在这样的形势下增加对生物、地理实验教学的关注度和相关研究,是研究者们今后应当考虑和关注的方向。

(二)研究的地域针对性不足。目前对于实验教学的研究内容涉及面较广,但都是在教育大背景下的整体视域的研究,少有涉及如何在农村和小城镇更有效地开展实验教学。农村及小城镇是教育教学资源相对短缺的特殊区域,在这样的地区拥有标准化实验室是件难事。但这不意味着农村及小城镇的学生无法接受实验教学。“能力本位”实验教学的最终目的是培养学生均衡发展的、多元的能力。因此教师可以利用有限的教育教学资源和丰富的动植物资源,合理组织学生观察、栽培甚至解剖等,让学生在实践中发展自我。农村及小城镇的实验教学研究当然不止于此。因此今后开展地域针对性的实验教学研究时,可以对国家、教师、学生等多个层面进行剖析。力争把实验教学研究做到完善,真正推动实验教学功能的发挥。