依托“科学实验”,提升学生学力

【摘 要】本文由一堂来自于科学实验的开放课引出对科学实验的思考，通过对“科学实验”的理论及根据学生的特点，在实验中抓住科学探究的共性，突现“固着点”与“增长点”；在实验中结合科学探究的特点，体现学生的心理平衡；在实验中注意内容前后的联系，呈现认识螺旋式上升；在实验中提倡自主发展，发挥学生的创造能力。从而帮助学生经历实践与体验的过程，让他们更好的学习科学、理解科学知识、提高应用能力。

【关键词】科学实验；最近发展区；学力

科学是一门以实验为基础的自然科学，物理、化学和生物科学的形成和发展都离不开实验。科学实验以其生动的魅力、丰富的内涵通过学生亲自经历、实践和探究科学现象和科学规律，以此激发学生的好奇心和求知欲，深化他们对科学本质的了解和认识，使他们学会质疑和探究，在提升学生学习能力和培养学生探究精神方面发挥着独特的功能和作用。

一、来自于一堂“科学实验”开放课

杭州某外国语学校的学生对他们的课程评价很高：很有意思。我一直期望有机会能去听一听。幸运的在一次对外开放课时，我聆听了怀老师执教的初中科学七（上）汽化和液化中的一课时――影响液体蒸发快慢的因素。现摘录教学片段如下：

【教学流程】

导入新课

通过日常生活问题 ， 引出“蒸发”概念

问题1 ： “凉衣服”衣服由湿变干 ？ 水到哪里去了 ？ 水的状态发生了怎样的变化？这样的现象我们称为什么？蒸发概念 ： 物质从液态变为气态的一种现象 （ 汽化的-种形式 ） 。 [ 教师解释汽化含义 ]

提问2：连续的阴雨天，需换双袜子，可洗过的袜子还是湿的，怎样使它干的快些呢？

学生例举出生活中其它常见的蒸发现象

教师阐述 ： 蒸发是日常生活中普遍存在的一种物理现象。在任何温度下 ， 液体表面均会发生这种汽化现象。

提出问题

通过导入部分的日常晾晒衣服问题等进一步提问，深化内容

提问1：同样湿的衣服 ， 夏天为什么会比冬天干得快？

提问2：给你几件湿的衣服，怎样晾晒容易干？为什么？

引出液体蒸发有快慢，并看了几张图片，询问并引导学生说出其原因

问题3：哪些因素会影响液体蒸发快慢？（板书）

建立假设

学生分组讨论：影响液体蒸发快慢的因素有哪些？（4人一小组，注意小组合作分工）

小组代表发言（可能性猜测）

猜测一：液体蒸发快慢可能与液体的温度有关？

猜测二：液体蒸发快慢可能与有风和没风有关？

猜测三：液体蒸发快慢可能与空气流动的速度有关？

猜测四：液体蒸发快慢可能与液体的表面积大小有关？

猜测五：液体蒸发快慢可能与液体的湿度有关？

猜测六：液体蒸发快慢可能与液体的种类有关？

（可能与液体的种类有关这点上老师给出了一定的提示）

把可能性猜测一一板书列出，并进行语句的整理

提出重点探究4个猜测：

假设① 液体蒸发快慢可能与液体的温度有关；

假设② 液体蒸发快慢可能与液体的表面积有关；

假设③ 液体蒸发快慢可能与液体表面空气流动的快慢有关；

假设④ 液体蒸发快慢可能与液体的种类有关

实验设计

教师提供现有的实验器材，要求学生采用控制变量法，让学生制定实验研究计划，由学生自主设计实验，然后教师提供一个参考的设计表格，学生们可以根据自己的设计完成表格，当然，学生也可以用其它的方式进行设计，分组讨论（4人一小组），对其中一个假设进行设计，确定控制的变量。【点评】这节实验课充分体现了“自主、探究、合作的学习方式”的新课程理念，重点突出了学生自主学习的科学探究的过程，具有如下特质：

1.培养学生的实践能力：在课上，学生们能根据生活中的自然现象，在老师的引导下能提出较为符合逻辑的问题，并能根据提出的问题进行假设、并针对假设设计有针对性实验方案、亲自动手实验操作、主动完成实验的观察、现象的记录、总结归纳出实验的结果、得出实验结论。

2.启发学生的思维能力：教师考虑到学生现有知识水平，即学情基点，为了让学生能较完整、有序的完成实验的设计，设计了一个供学生参考的设计思路表格，从而让有些学生有一个更清晰的思路和方向。

3.提升学生的学习能力：通过实验，不仅能使学生加深对影响液体蒸发快慢的因素的认识，而且能培养学生会用科学的方法去观察、分析生活中的科学问题，学会科学的探究方法，从而体现学生的主体地位。教师在科学实验探究中主要起组织、引导作用，而不是知识的传授者。这样的课堂在今后学生的中学学习中起了抛砖引玉的作用，激发了学生学习科学的热情与兴趣。

二、由该“科学实验”课引发的思考

笔者在这次活动中领略到了新生代教师所具有的教学风貌，以及较为扎实的科学基本功的同时，更注意到了执教者让实验在初中科学学科上的真正落实。

这部分知识与生活实际密切联系，从学生接受知识的角度而言， 它来源于生活又指导于生活，容易接受。以往教学过程中往往借口种种原因并没有去操作这些实验而采用让学生接受、理解的学习方式。但是，影响蒸发快慢的因素是多种变量， 怎样用实验来证实其中某个变量在起作用， 显然是牵涉到了控制变量的科学实验思想， 这是不易掌握的， 若学生自己动手实验，探究实验设计的基础上让其体验到控制变量的思辩过程， 感受到合作的愉快， 领悟到学习的乐趣， 学习的效果必然会超越传统的接受性学习。于是，我有了以下思考：

1.实验试题在中考中加大考查的作用在何处？科学探究题是中考的重点和难点，考查的内容更加体现对学生发展思维和创新意识的培养，加大了科学探究方法和实验技能的考查，注重提出问题、合理猜测、实验设计、数据的分析处理能力等。近几年来，杭州市《科学》中考试卷频繁地出现实验探究类试题，借用这类试题考查围绕科学实验探究的提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等几方面对学生进行考查。2013年中考实验分值大幅提升，约占卷面总分50%，且探究性强。如：在二氧化碳的检验、腐蚀性固体药品质量的称量、显微镜操作等实验中考查实验的基本操作；在利用含有铁锈的铁粉制取四氧化三铁，凸透镜成像，压缩气体做功等实验中考查实验原理、分析现象得到结论、仪器的连接；在唾液淀粉酶是否能催化淀粉的分解，海带中碘的测定，SO2气体的吸收，自制家用热水器等的实验中考查实验的综合、方法、设计、评价、改进。这些试题体现出灵活性、创新性和独特性，重视开放型科学试题的训练考查以及学生发散思维及创新能力的培养，也通过中考让我们教师能意识到实验在教学和生活中的重要性。

2.不容乐观的初三学生的实验考查。实验考查中，突显科学探究能力的检测。近几年，笔者作为监考老师去抽测初三学生的实验考查，但实验考查情况不容乐观。究其原因为：

（1）在考查前，任课教师是把要考的几个实验在考查前讲了再讲，演示好几遍，让学生回家背出来，还让学生在考前把这些实验一一做过，更有甚者，连实验结果和数据都给学生了。

（2）在考查中，有很大一部分学生动手能力极差。例如：在制作洋葱表皮的装片的过程中，就出现了这样一些的问题：显微镜不能操作，甚至不会用；洋葱表皮不知道从哪儿去取。洋葱是这样，其它简单动手实践亦如此。

（3）考查后，学生在填写实验结果时，几乎有一半学生的实验结果不是从实验中得到的，而是来源于考查前老师之前做的实验及其数据。填写的结果与实验结果的数据并不一样。这样的现象不值得我们好好反思一下吗？

透过现象往深处考察，造成上述现象的一个重要原因是，我们组织初中科学教学过程中，因受教学课时安排紧张和所教学生的层次差异大等原因，在我们这种农村甚至城镇学校中很多课堂实验都没做到探究就已获得结论，或者干脆让学生象背英语单词一样背科学知识和结果。“学科学都象学英语一样背了，学科学能这样学吗？”

对此，根据学科特点和教学方式，逐渐摸索通过找准学生“最近发展区”，在初中科学教学中尽可能对学生进行实验探究能力的培养，使学生逐步养成运用实验来进行探究、分析、解决问题的习惯，从而促进初中科学的有效学习。

三、“科学实验”的理论及学生特点

1.“最近发展区”的含义。在教学与发展的关系问题上，维果茨基（Vygotsky）强调教学应走在发展的前头，并提出“最近发展区”的思想。他认为必须先确定儿童的两种发展水平：一种为现有的发展水平，学生现有发展水平不是指学生现有水平，而是指学生在现有水平的基础上，依靠自己独立自主的发展所能达到的水平，对于知识教学而言即是指学生凭借过去的学习经验、积累的知识，在没有指导下，通过独立自学所能达到的水平；另一种为可能发展水平，它是指在学生现有发展水平基础上，凭借学生发展潜力和现有教育资源，通过教师的教学、辅导，学生可能达到的发展水平。在这个可能达到的较高发展水平与现有发展水平之间的距离称为“最近发展区（Zone of Proximate Development）”如图1。

2.“科学实验”的说明。实践不仅是重要的科学学习方式，而且也是理论的源泉、检验理论正确与否的唯一标准。科学实验就是自然科学理论的源泉和检验标准，也是探索科学的基本方法。特别是现代自然科学研究中，任何新的发现、新的发明、新的理论的提出都必须以能够重现的实验结果为依据，否则就不能被他人所接受，甚至连发表学术论文的可能性都会被取缔。科学实验是获取新的、第一手科研资料的重要和有力的手段。大量的、新的、精确的和系统的科技信息资料，往往是通过科学试验而获得的。例如，爱迪生在研制电灯的过程中，他连续13个月进行了两千多次实验，试用了1600多种材料，才发现了白金比较合适。但因白金昂贵，不宜普及，于是他又实验了6000多种材料，最后才发现炭化了的竹丝做灯丝效果最好。所以说，科学实验是探索自然界奥秘和创造发明的必由之路，自然界的奥秘是由科学实验不断揭示的，这一过程将永远不会完结。

3.“学生身心”发展特点。按照儿童心理发展年龄阶段的划分，初中生（即少年期）为11～12岁到14～15岁，这个时期的学生，心理发展的基本特点是处于一个半幼稚，半成熟的过渡状态，表现为独立性和依赖性，成熟性和幼稚织而成的各种矛盾，他们的思维形式正处于由具体形象思维为主的快速发展阶段，并且抽象逻辑思维占有相对的优势。但具体形象思维和抽象思维在少年学生整个思维活动中仍有着密切的联系。比如在这一年龄阶段，在掌握复杂的抽象概念时，他们仍需要具体形象的支持，如果没有具体形象作为基础，他们往往就不能正确地领会这些概念。

四、找准“最近发展区”，让学生利用实验在学习中螺旋发展

“最近发展区”客观存在，其理论为课堂教学设计提供了依据，但又以隐性方式存在于每个学生的思维之中，找准每堂课的“最近发展区”就成为此理论开发与运用的关键。

1.在实验中抓住科学探究的共性，突现“固着点”与“增长点”。

从教的方面来说，教学是教师不断创设“最近发展区”的过程（如图2）。因此，教师要不断确定学生的两个发展水平，要确定教学“最近”的知识“固着点”，关注知识的“增长点”。 如在《食物的消化与吸收》第二课时《酶》的教学中，体现学生现有发展水平的知识“固着点”是：一，学生已有的消化系统对三大营养物质的消化与吸收的过程；二，掌握化学反应中催化剂的特点和作用；三，会科学探究的基本过程以及方法―控制变量法。

体现学生可能发展水平的知识“增长点”是：一，确认酶是一种特殊的生物催化剂。二，理解验证酶专一性的实验过程和方法、掌握探究酶催化最适宜条件的实验过程和方法。三，通过图表信息，学会分析实验中相关变量的控制、以及相关实验步骤的目的性分析。如此，整体教学的“最近发展区”也就基本清晰了。“最近发展区”随学生个体认识水平的不同而不同。教学既要重视学生的个体发展又要考虑多数学生的“最近发展区’，教师切勿仅以几个尖子学生的情况代替广大学生的普遍实情。

2.在实验中结合科学探究的特点，体现学生的心理平衡。

教师在界定每节课的“最近发展区”时，得考虑设置的内容是否能在学生心理上产生“满足―不满足―满足”的心理过程。在《物质的密度》的教学中，我体悟到如下的心理过程：

A平衡：一样大小的木棒和铁棒，铁的质量大。不需实验验证由生活经验就能判断。在学生心理上呈现“理所当然”的满足状；

B不平衡：等体积的水和酒精，谁的质量大呢？即等体积的不同种物质质量一样吗？即使通过实验得到验证，学生看来，那么有没有将此特征用一科学的方法进行表示呢？此时在学生心理上呈现“难以想象”的不满足状。

C平衡：结合已学的表示物体运动快慢的表示方法，利用得到的实验数据来描述物质的这一特性。学生在心理上呈现“恍然大悟”的满足状。

此外，通过考试、检测、作业、学生访谈、观察等辅助方式也可在一定程度上更准确地把握学生的“最近发展区”。

3.在实验中注意内容前后的联系，呈现认识螺旋式上升。

例如，八年级浮力教学中浮力测量、阿基米德原理、物体浮沉条件等知识点中，重点和难点都比较集中，需要分散难点，教学层次要逐渐递进，如果浮力测量实验中，做好了内容铺垫，讲过浮力大小随浸入深度变化的图象，这样的基础对后续学习突破难点有重要作用。实验1对实验2的起到一定铺垫作用，而且更形象、生动，不宜弄错；如果没有实验探究的过程，学生今后的此类练习很容易犯错。

我们在教学中一定要注重培养学生自主动手实验的习惯，让其通过实验过程能有个基本了解，并借助于实验进行必要的分析如受力分析，这样就不会出现作业中常见的错误，并且训练学生的学习能力。笔者在教学过程中经常的利用各种资源来进行强化，让学生学习能力得到一定提高。如：在酸碱盐复习的教学中，就结合氢氧化钠是否变质的实验探究，给出盐酸、氢氧化钙溶液、氯化钙溶液等等药品，让学生自主选择药品，设计实验方案，经过各小组学生充分交流讨论，完善实验方案。并完成实验探究过程，观察现象、得出结论。使他们能用所学知识解释现象，提高分析问题解决问题能力。

三、“科学实验”教学的反思

1.“实验教学”设计的新体会

其一、创设实验的启发性，激发学生的探究意识。通过教师有效的启发引导，学生自己进行实验设计、动手实验、观察现象、讨论反思以及学以致用，不仅有助于学生更容易地记住结论，巩固所学的知识，而且有效培养了学生的探究意识。探究意识是使学生进行创新、创造行为的心理动机。教师在实验教学的过程中要鼓励学生去探究事物的本质，还要创设启发性问题，有效的引导学生进行探究。

其二、提高实验的趣味性，激起学生的学习兴趣。趣味实验的设计，可以使学生沉浸在充满趣味的实验现象之中，再转化为探索未知知识的动力，强化学习的动机，增强学习兴趣，达到使学生主动参与、主动探究的目的。例如：在《升华和凝华》教学中，设计了干冰投入水中的实验。学生惊讶于水似乎沸腾般产生大量的气泡，奇怪于水面上形成的白雾。

其三、增强实验的创新性，提高学生的探究能力。教师在实验教学的过程中要保护和支持学生在实验中萌发的创新意识。在现行的教学中，许多实验是验证性实验，学生没有积极、主动地去思考，只是实验的旁观者，结果的接受者。由于部分实验细节无法全面感知，学生的思维被牢牢的束缚。因此，教师要设计创新实验，为学生创造实验探究的机会，引导、组织学生去“猜想”、去“发现”、去“创造”，营造一种大胆质疑，手与动脑相结合，发散思维，主动探究，合作交流的兴趣盎然的学习氛围。

其四、注重实验的延伸性，开拓学生的探究思路。科学源于生活，又作用于生活。“到实验室外做实验，在日常生活中学科学”，就是要注重教学内容在生活中的延伸和拓展，利用学生对新鲜事物的好奇心，结合课堂教学内容设计生活科学实验，家庭小实验等，让每一个学生都能独立思考、独立创新、张扬自我、显示个性，充分释放自己的潜能。

2.科学实验后的反思：

“听过了忘记了，看过了记住了，做过了理解了。” 科学课就是一门强调学生亲身经历探究的课程，但在科学实验的操作过程中要注意以下问题：

其一、在实验的过程中，要培养学生独立分析和解决问题的能力。培养这种能力的前题是学生对每次实验的态度。如果学生在实验时等着老师教，或随随便便操作或者“参考”同学的报告，那实验就失去意义了。因此，在做实验前，一定要将课本上的知识吃透，因为这是做实验的基础，事前确认好将要做的实验的有关资料，如：实验要求、内容、步骤等，最重要的是要记录实验现象等等，从而培养学生的独立解决问题的能力，收集、处理信息的能力，获取新知识的能力，分析和解决问题的能力。

其二、在实验的过程中，要培养学生独立思考和合作交流的能力。学生做实验要有自己的看法和独立思想，不能人云亦云。在实验过程中，我们要认真吃透实验步骤，从而减少操作的盲目性，充分准备实验仪器、添加药品及其他准备，特别是在做实验报告时，本着实事求是的科学精神从事科学实验。让学生在实验中阅读资料，发现问题，独立思考，最终解决问题，从而加深了学生对课本理论知识的理解，达到了“双赢”的效果。

其三，切实解决“最近发展区”问题，培养探究的兴趣和能力。一是要组建学习共同体，开展合作学习；二是要培养实验兴趣，正如恩格斯说“兴趣和爱好是最好的老师”， 提升学生学习能力的方法是多种多样的，科学实验却是激发学生学习兴趣和爱好的最好方法。只要我们教师努力地去探索，认真钻研教材，把握学生的心理特点，充分调动其学习的主动性和积极性，使学生在轻松愉快的学习氛围中，达到激发学生学习兴趣。这就要求教师能充分了解学情，找准“最近发展区”，利用合适教学方法、适时适量地实验教学，调动学生的学习积极性，使他们始终处于积极思维、大胆猜想、主动实验、仔细观察、不断探索的情境中。

在今后的实验教学实践中，还得继续研究和探讨，研究探索出更多、更好、更新、更有利于提高学生素质的科学实验教学，为积极推进素质教育而努力。这样培养出来的学生必将是未来具有开拓精神和创新精神且符合未来需要的人才。

参考文献：

[1]《科学（7～9年级）课程标准》北京师范大学出版社.2001年7月；

[2] 靳希斌，《教育学》中央广播电视大学出版社，2000年7月；

[3]丁伯荣，《走进新课程》江苏教育出版社.2002年4月；

[4]2013杭州中考科学试题难度特点评析 杭州采荷中学教育集团科学特级教师 严国忠。