为科学实验教学说“说理”

李 娟

(浙江省宁波市北仑区灵山书院 315806)

1 一道中考说理题折射出的实验教学问题

科学说理题是基于客观真实的现象为素材，需要学生运用正确的科学知识(原理、规律等)通过运用较多的科学语言(例如文字描述、科学公式、图表等)，联系因果关系，按一定逻辑顺序来阐述、解释某一科学问题或科学现象的综合性试题，它能考查学生所具备的科学知识、科学技能、逻辑思维、语言表达能力，是一类能考查学生综合能力的试题.近几年浙江省各地科学中考及各年段期末考试中都出现了不同类型的说理题，多数用以解释生活现象和实验原理为主，而学生得分普遍不高，尤其是对生活现象和实验原理的认识不全面，表述不透彻，这样的现状对目前科学实验教学提出了新的要求.回顾2020年宁波市中考阅卷经历，答卷中出现的各种典型错误依然让人记忆犹新.

(2020年宁波市中考题第29题)1852年，法拉第经过深入的思考和大量的尝试，建立了“力线”的概念.他认为在磁极周围充满了力线，依靠力线将磁极间的作用联系起来.他还利用细铁屑把这种所谓的“力线”形象地呈现出来.小科进行了如下实验:①在玻璃板上均匀地撒上一层薄薄的细铁屑.②把玻璃板放在条形磁铁上，观察细铁屑的分布情况.③轻敲玻璃板，再观察细铁屑的分布情况.请回答:

图1

(1)如图1所示为实验步骤③得到的细铁屑分布情况.请你在答题卷对应的位置上画出经过A点的磁感线.

(2)实验步骤②中未敲玻璃板,“力线”未能通过细铁屑呈现出来，而步驟③中轻敲玻璃板“力线”能通过细铁屑呈现出来.上述原因分别是什么?

该题以法拉第大量尝试，建立“力线”概念的科学史料为素材，以教材中“力线”概念的建立为出发点，要求学生画出磁感线，然后通过力学知识分析力线呈现的原因.这道题将力学和磁现象有机结合，要求学生运用力学知识和正确的科学语言表述磁现象的形成，对学生建立磁感线概念以及理解磁感线的意义具有积极的作用，精准的说理需要学生具备较缜密的逻辑思维能力，较综合的分析能力.

考生答卷中几种出现频率较多的错误如下：

答1：未轻敲玻璃板前，铁粉撒在磁铁四周，因为磁铁两极磁性大，中间磁性小，不能把铁粉吸过来；轻敲后，铁粉飞了起来，受到的磁性大，所以就被吸过去了，呈现力线.

分析：有些考生面对未曾解释过的陌生的科学实验情景，不能很快找到知识的切入点，不会准确地用科学概念术语来解释.仅仅依据感觉来体会，根据生活经验来推断，解释科学现象时过于口语化，缺乏科学性，严谨性和条理性.

答2：磁铁周围撒铁粉，有的撒在力线上，有的没有，因为惯性，铁粉保持原来的运动状态，所以不表现，但是轻敲后，改变了运动状态，所以呈现出来了.

分析：有些考生在语言表达上虽然明白用力的知识去解释磁现象，但眉毛胡子一把抓，不能抓住关键点，东拉西扯，空话连篇，甚至自相矛盾、漏洞百出.

答3：(1)轻敲玻璃板前，铁粉分布在条形磁铁周围，未做切割磁感线运动，所以不会产生感应电流；轻敲后，铁粉由于惯性保持不动，所以相对于磁铁做切割磁感线运动，表现出力线.

(2)分子之间同时存在引力与斥力，轻敲玻璃板前铁粉与铁粉距离较远，引力较小，不能形成“力线”；轻敲玻璃板后铁粉离磁极较近，引力大于斥力，所以形成“力线”.

分析：有些考生对知识考查点认识不明确，不知道从哪个角度着手，用何种物理知识来解释现象，即不能明确题目中情景到底与哪些科学概念是相关联的，看着问题不知所云.

答4：未敲击玻璃板时铁粉受到重力、摩擦力和引力，因为重力大于引力，所以不能被磁铁吸引；轻敲玻璃板后，摩擦力消失，引力大于重力，所以就被吸过来了.

分析：有些考生理论联系实际的能力较弱，对陌生物体的实际受力分析，运动状态和力关系的逻辑推理不正确，缺乏科学性，基础知识不踏实.

2 实验教学过程引发上述现象可能的原因

2.1 科学实验教学形式误区多

在目前科学实验教学中，不同学校因为教学设施配备和课时安排等差别，不少科学教师认为，进行实验教学需要花费大量的时间，不如直接讲解的效率高，只要学生会解题，就无需再进行专门的实验；另外，部分实验演示确实比较麻烦，可视性不高，也难以达到相应的效果.加上有的学生缺乏实验目的性和耐心，或实验操作不严谨，对自己的要求不高，所以实验课总显得效率低下；另外多媒体应用的普及和简易，有不少实验过程都可以通过视频来展示，师生之间慢慢默认了这种“高效方便”的模式.久而久之，学生的体验性学习得不到实践，基础知识得不到巩固，实验只浮于表面，不能深入本质.在说理题的表述中学生就不容易确切把握知识切入点，对复杂而陌生的现象本质的表达一筹莫展.

2.2 科学实验教学模式单一

目前初中科学实验教学仍然偏重于传统验证性实验，演示实验通常是灌输式的教学模式，教师示范，学生负责观看听讲；课堂分组实验中，老师往往会讲解实验原理，有时甚至把详细的步骤传授给学生，或呈现于实验单上，把学生要的试剂都局限在实验台上，学生只需要按部就班地进行各自的实验，达到目的即可，缺乏足够的探索，甚至有小组出现与预期不同的结论时也没有及时的修正、拓展和创新，学生的“学”都限定在教师的“教”内.这些操作都极不利于学生科学思维能力的发展，让他们根据现象来一一做出解释更是“纸上谈兵”.其实生活中处处有科学，事事讲科学，作为教师，要善于引导学生多发现问题，主动解决问题，不要让科学的理论脱离了生活的实际.

2.3 启发式探究实验教学不深入

新课程标准倡导探究式学习，强调科学与实践，科学与社会生活的联系.因此，实验教学需要多角度的、更深入的进行探究活动.实验探究不仅仅是完成实验而已，更重要的是学生在自觉、主动、积极、手脑并用的基础上，对某个实验过程遇到的问题进行反复猜想、思考、认识提高的过程，之间还贯穿着同学间的合作与沟通，并形成分析、归纳的能力.然而现实实验教学过程中，有些学校新实验活动配套的装置没及时更新，40分钟的实验课很难让学生的想象得以充分发挥，实验仪器有所局限等各种因素，导致启发式探究实验教学不充分，也不能很好调动学生的主动性和积极性，思维得不到很好的提高.

3 实验教学中渗透说理的策略建议

实验教学是提高学生科学素养的重要途经，实际教学中立足教材，把思考、体验、表达有机相结合，实验前学生明确实验目的，鼓励同学生一起设计实验，理解实验步骤和每个步骤的预期达到的结果，实验后及时反馈，自主创新，学会让科学原理渗透到生活的方方面面，这些操作对揭示实验原委都有实际的推动作用.

3.1 关注问题导向，精设实验选题

苏联心理学家维果茨基的研究揭示，设置恰当的教学主题必须通过深入细致的考察，了解学生的“最近发展区”.作为科学实验教学的开端，选择实用有效的实验主题显得尤为重要.为什么要开设这节实验？它与书本哪一些知识点息息相关？采用怎样的方式来开展？可否用最接地气的家庭实验来达到同样的知识再现和应用？这些问题在开设实验之前教师一定要了然于心.将传统的验证性实验逐渐拓展为探究性实验，一方面要从学生实际出发，在常规的实验教学问题的基础上加以拓展，变换教学设计的角度，鼓励学生利用身边物品去演示，达到训练学生科研思维、提升学生创造能力的目的.另一方面加强课本知识与社会实践以及当前热点问题相结合，注重选题的实用价值以及在实际情况下与其它学科知识的交叉渗透，注重选题对学生实践能力的培养.

比如在学习电路连接的实验过程中，传统的验证性教学会给学生现成的电路图，实验仪器和方案，学生只要按照图对应连接，闭合开关后就完成了老师布置的“任务”.这样的过程不仅不符合中学生心理特征，也会让他们在索然无味的机械活动中逐渐失去探究的求知欲.他们需要在操作中体验，在或错或对的结果中寻求未知.于是设计一个“你能否利用桌上的仪器使两盏灯泡同时亮”的实验主题就符合学生的认知特点.学生在探索的过程中，可能有些人正确连对了串联和并联，有的学生可能连出了局部短路，有的学生可能连出了电源短路，各种电路连接情况一一展现，教师再针对性讲解，灵动的实验教学使学生对这些错误的出现和预防印象更深刻.

3.2 具化认知过程，建模实验流程

在新课改的背景要求我们要改变以往传统思想和传统教学模式，把实验教学转变成更为开放、自由的新体验方式，首先要确定学生的主体地位.教师可以在课前让学生直接参与实验计划制定和流程安排.明确实验目的后，请同学们集思广益，提出设计方案，老师将其呈现于黑板，其他同学就可能出现的问题多角度设疑，不断完善设计方案.在全面地了解实验活动的环节后，学生对实验过程有了深刻的把握和理解，体验过程更高效，也有利于发展学生逻辑推理能力.

综上，科学现象蕴藏科学本质，实验教学将现象重现，实验说理将本质表达.在实验教学中多关注问题的导向，现象的剖析，设计的精准，反思的多元.只要我们能不断思考，不断尝试，紧紧围绕教学主线，就一定能让我们的实验教学更加“有理”，“有据”，“有用”.