培养学生实验探究能力摭谈

【摘 要】有效实施初中科学实验教学是素质教育中不可缺少的环节，是培养创造性人才的有效手段。本文结合初中科学实验教学的实践，探讨了有效实施实验教学培养学生探究能力，提高科学素养的问题。

【关键词】实验教学；探究能力；培养策略

初中科学教学的最终目的是提高学生的科学素养，而科学素养的高低在很大程度上表现为学生科学探究能力的强弱。科学探究能力是在实验探究过程中培养出来的。因此，有效实施初中科学实验教学，能够启迪学生的科学思维，训练学生的科学学习方法，增强学生的学习积极性，使实验真正成为培养学生探究能力的有效载体。

一、创设实验情境，激活学生思维

如果仅仅把实验作为验证原理的工具，则会大大削减了实验的功能。教师如果把实验设计为让学生发现问题、发现奇迹的工具，则可以充分地活跃课堂气氛，增强学生的亲身体验，培养探究能力的效果。例如在进行“大气压强”的教学中，在演示马德堡半球实验时，为了使学生有身临其境的感受和体验大气压强的存在，并且体会大气压强非常大。笔者做了这样的尝试：首先让学生拿两个塑料衣钩模拟这个实验，衣钩很容易就被拉坏了，使学生在兴奋之余惊讶地领悟到大气压的值很大，学生的兴趣被激发起来了。接着，学生自然会思考大气压的值到底有多大？此时向学生提出问题：请你用塑料挂衣钩设计实验测出大气压的值约多大？学生则积极思考、热烈讨论，使课堂在形象、生动的实验情景中展现知识的魅力，感受到知识的趣味，体验成功的喜悦。又如演示在饮料罐口插入带软管的塞子，用嘴对着软管迅速用力吸气，饮料罐便一下子凹进去并伴有响声，说明人体内如没有与大气压均衡的压力，立即会被大气压扁。接着，在一个饮料瓶口套一个气球，气球吊在瓶内，瓶壁开了小孔，一软管，接口处用胶密封，教师于软管处猛烈吸出瓶内气体，这时气球便在瓶中膨胀起来。然后提问：人如果掉进真空中将会有什么后果？妙趣横生的实验，激发了学生潜在的创造欲望，加上巧妙地设计教学问题，促使活泼思维，经过积极思考，学生惊奇地发现这些平时常见的现象竟然包含着深刻的物理规律，不仅激发学生的探究兴趣，而且为进一步的学习打下基础。

二、渗透思维方法，提升实验教学

科学的思维方法是科学素质的核心。“学则须疑”，疑是学习的开端、思维的动力，在实验教学中，根据学生实际水平，进行巧妙的设疑，是启发学生积极思维，培养学生科学思维的重要手段。例如在探究影响电阻大小的因素时，提出探究问题后，先不讨论该问题，探讨另一问题：越野赛时过隧道，隧道满足什么条件才能使学生顺利通过？学生讨论提出：隧道要短、要宽、要平坦，进而引导学生讨论得出：是否顺利通过与隧道的长度，横截面积，隧道本身状况有关。于是回过头来让学生思考原问题，学生思考讨论后，恍然大悟：把原问题类比为隧道问题，将自由电荷比做学生，导体比做隧道。继而学生猜想电阻的大小可能与哪些因素有关？学生讨论后自然形成假设：可能与导体长度、横截面积，导体本身状况（材料）有关。最后学生通过实验验证了猜想。教师顺势点拨：实验探究的成功需要归功于同学的类比和大胆猜想，并且补充有关类比的思想方法：科学研究中，常用已知的现象和过程同未知的现象和过程相比较，找出它们的共同点、相似点或相联系的地方，然后依此为根据推测未知的现象和过程的某些特性和规律的方法就是类比法。教师还要鼓励学生通过联想利用这种类比的方法提出猜想，进行后续探究。

任何科学实验都要按照实验目的、原理和方法控制某些条件不变来研究。例如压力的作用效果既与压力的大小有关，还与受力面积有关，压力与受力面积到底是怎样的决定因素呢？保持压力不变改变受力面积来研究，再保持受力面积不变改变压力来研究。这种在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制，使其中的一些条件按照特定的要求发生变化或不发生变化，最终解决所要研究的问题的方法就是控制变量法。在实验教学中，教师应该适时渗透观察法、联想法、比较法、归类法、转换法、模型法、理想化方法等科学思想方法的教育，培养学生的探究能力。

实验教学还要联系生活，生产实际，启发学生思考问题，养成勤于思考的习惯。因此教师在进行实验前必须合理设计好实验过程中的问题。比如在实验设计时，往往考虑不全面，无法对一些变量进行控制，在实验操作过程中，往往有随意性。这些问题很容易增加误差，甚至会导致探究的失败。在学习测量盐水的密度时，书本上的方案是这样：第一步、称量空烧杯的质量为m1；第二步、把盐水倒入空烧杯，称出总质量m2；第三步、把烧杯中的测液体倒入量筒中测出它的体积为v；第四步、计算出液体的密度ρ=（m2-m1）∕v。我让学生讨论，这个方案中那些环节容易使误差增大，学生经过探讨后，发现第二步到第三步，会使盐水挂在烧杯壁上，从而增大了误差。最后学生一致认为应该将实验步骤略作调整：第一步、把盐水倒入烧杯中，称出总质量为m1；第二步、把烧杯中的部分液体倒入量筒中，测出它的体积为v；第三步、称出烧杯和杯中剩余液体的质量m2；第四步、计算出液体的密度ρ=（m1-m2）∕v。这样，可以进一步培养学生的科学思维方法，提高探究水平。

三、关注偶然现象，引导学生猜想

1.关注偶然现象，培养问题意识

实验中出现偶然现象，必有其内因。寻根究底，追溯起因，有时会得到出人意料的巨大收获。如伦琴在研究阴极射线管放电现象时，偶然发现放在两米远处的荧光屏在闪烁，由此发现X射线。这些科学事实说明，正确地追溯实验中出现的意外现象是人们创新技能、创造发明的重要途径之一。

例如在做“湿法炼铜”实验时，实验的第一步是将稀硫酸加入盛有黑色氧化铜粉末的试管中，震荡试管，但蓝色并不明显。同学们感到奇怪：教材中的化学方程式（）表明，氧化铜在自然条件下可以与稀硫酸反应，生成蓝色的硫酸铜溶液，但为什么没有明显的现象发生？于是有的同学怀疑“是不是药品有问题？”，“是不是此反应在自然条件下不能发生？”，“是不是硫酸浓度不够？”……当所有的猜测得到证实后，学生继续做实验：将盛有氧化铜和稀硫酸的试管加热，液体逐渐变蓝，但也有的同学出现了各种各样的异常现象：蓝色液体中有黑色的粉末，学生估计氧化铜过量或反应不充分，继续滴加稀硫酸，现象有所改观，逐渐看到了平日里的硫酸铜溶液的蓝色。此时同学们放心地将一枚栓了线的铁钉放进上述试管中，但奇异的现象有出现了：铁钉表面有大量气泡出现，红色的物质并没有覆盖在铁钉的表面，而是呈絮状沉到试管底部，也与学生以前观察到的“铁钉表面覆盖一层红色的物质”相矛盾。如此的认知冲突使学生产生了疑问，求知欲促使学生进一步探究产生此种异常现象的原因，进而重新设计实验进行探究。因此，在实验教学中，要注意引导学生深入观察，包括观察主要目标之外的现象，给予学生的实验条件要少一些限制，允许异常现象产生，这样有利于培养学生的探索精神和创新求异能力。

2.引导学生猜想，培养创新意识

猜测和想象是科学智慧中最活跃的成分，是学习科学的重要方法。因此，在课堂教学中，教师应当积极鼓励学生猜想。例如探究关于大陆漂移和板块运动的内容，我先不是把这种学说搬出来，而是让每一个学生用白纸复印并剪下世界地图上的南美洲和非洲，然后试一试，拼一拼。请同学们仔细观察后：发现了什么？对可以拼合这一现象大胆猜想：非洲和南美洲大陆在很久以前是连在一起的。[学生回答]：很久以前可能是一整块大陆……这时学生的猜测跟科学家魏格纳提出的大陆漂移“假说”相差无几。[教师设置质疑情景]：魏格纳的猜想太富有创新意义而又缺少证据？换成我也要怀疑。学生看书后分成了赞成和反对“假说’两部分，分别表达了各自的证据。赞成者说：①地图可以拼合；②海牛、肺鱼、蛇鸟等有亲缘关系……反对者发言：①地图没有完全拼合；②大陆不是漂浮在海洋上的，怎么会漂移呢……这就是探究学习所要达到的目的。在科学知识学习过程中，加入“猜想”这一催化剂，可以促进学生多角度思维，加快大脑中表象形成的速度，从而抓住事物的本质特征，得出结论。这样引出“猜想’的好处在于直接点出探索的课题，明确本节课的主攻方向，滋发学生的定向思维活动，有助于在指导学生进行理论上的论证时有了明确的方向性.便于推导出有关科学规律和公式。在众多引入新课的方法中，“让学生猜想引入”以它独有的魅力，能很快地扣住学生的心弦，使其情绪高涨，思维活跃，产生良好的学习动机，从而步入探究学习的最佳境地。

四、开展实验设计，培养探究能力

制定探究计划或实验方案是培养学生实验探究能力的核心和重要环节。它的妥当与否，将直接影响探究结果的可靠性和科学性。在这一过程中，既要体现科学家进行科学研究的思想和方法，又要使学生做事目的明确，带着问题去研究。教师最初可以提供给学生一个实验设计的框架，内容包括实验设计项目和项目的具体内容，并让学生进行内容的补充完整，然后让学生按照完成实验设计，最后组织学生交流、反思并选出最佳实验方案。在以后的教学中，学生逐步尝试自己设计并完成实验。试举一例：

①实验目的：测定空气中氧气的体积分数。

②实验原理：白磷在密闭空气中燃烧，消耗氧气，产生五氧化二磷固体，空气体积减少，瓶内压强减小，水沿导管进入瓶中，进入水的体积就是氧气的体积。

③实验药品：白磷、空气、水。

④实验仪器：集气瓶、火柴、燃烧匙、玻璃片、导管、烧杯。

⑤实验步骤：将放有燃着白磷的燃烧匙伸进集气瓶，盖上玻璃片，待火焰熄灭后，观察集气瓶中水的体积。

⑥实验结果记录：白磷在空气中燃烧，产生大量的白烟，放出热量；然后熄灭，水沿导管进入瓶中。

⑦实验结论与讨论：没有得到理想的结论：进入瓶中水的体积小于集气瓶体积的1/5，可能的原因有以下几种：白磷的量可能不足，以致瓶中氧气没完全消耗掉；止水夹打开太早，瓶中烟雾没完全冷却，体积膨胀；装置可能密封不好，不断地有空气进入瓶中。

⑧反思与评价：实验不够成功，主要是实验设计得不够完善，在今后的实验中一定要尽可能避免；就以上可能产生的原因，需要进一步做实验来证实，以便于改进实验。

师生共同讨论交流：选用磷做氧气消耗物，避免了实验原理设计的错误。因为磷燃烧的产物是固体的五氧化二磷，冷却后集气瓶内压强减少，理论上进入集气瓶中水的体积就是空气中氧气的体积。其他环节设计也较合理。但美中不足的是小的细节考虑得不很周全，最终导致实验的失败。比如白磷的量是否足以完全消耗瓶中氧气；实验前是否关闭止水夹；若实验前关闭止水夹，磷燃烧后是否等集气瓶完全冷却后才打开止水夹；实验前是否检查装置的气密性，若装置密封不好，不断的有空气进入瓶中，也可能导致进入瓶中水的体积小于集气瓶体积的1/5。难能可贵的是该同学对此进行了反思，大家相信该同学如果能够按照自己的反思或老师的建议再做一次实验，一定会得到理想的结果。

总之，学生科学探究能力的发展不是只要记住有关探究的知识就能解决的，必须在实验探究中不断积累。为此，学生需先经历一些简单的实验探究活动，实验探究活动的组织应符合学生的身心特点，考虑学生的经验和智能基础，由易到难，由浅入深，由部分探究到经历较为完整的探究过程，随着能力的逐步提高，慢慢加大实验探究的难度，使实验探究活动的水平循序渐进。例如探究“声章是怎样产生的”，首先让学生做各种操作，使物体发声，然后让学生观察、思考，总结发声物体的共同特征。这就是一种比较简单的探究活动。在以后的实验探究中逐步提高要求，例如在“凸透镜成像规律”的探究活动设计，比较完整地包含了科学探究的五项要素。在探究串、并联电路中电流的规律时，需要学生完成的探究要素逐渐加强到七个。实验探究过程中学生自主解决的环节越多，教师的指导越少，或指导得越原则，也会导致探究难度越大。因此，教师必须注意分析教材中各个科学探究活动，把握好对学生探究的指导尺度，调节学生循序渐进的节奏，提高实验探究的实效。

【参考文献】

[1]袁运开，蔡铁权.科学课程与教学论[M].浙江教育出版社，2003.

[2]潘国香.重视实验教学 培养学生的探究能力[J].数理化学习，2012，（11）.

[3]王云.开发实验的探究功能，让学生在探究中成长[J].考试周刊，2012，（83）.