探索科学实验的有效性

摘 要： 科学实验是科学教学的重要载体，能为学生主动参与教学过程创造条件。本文作者结合教学实践，从实施有效科学实验的基本原则和实施有效实验的基本途径和方法等方面探讨了初中科学教学中发挥学生的主体作用，有效实施科学实验的方法。

关键词： 科学实验 有效性 基本原则 基本途径

一、问题缘起

美国心理学家卡尔・罗杰斯认为：“教学的实质就是把学生的经验活动摆在教学过程的核心，主动的学习才是完整的学习。”因此，教学活动是教师的“教”与学生的“学”的双向互动的过程，其中内因是变化的根据，学生是认识的主体。教师对学生的引导、启发、讲解、点拨等，无论其作用有多大，学生都需要通过独立思考、选择与运用，才能内化为智慧和能力。科学实验教学过程中应当以学生的思维活动为主体，以学生的认识过程为主体。传统的科学实验教学的主要目的是为了加深学生对已知的科学概念和理论的认识，大多采用验证性实验，因而往往重知识轻方法，重结果轻过程，重接受轻探究，使学生形成了某种思维定式，限制了学生的发散性思维，在一定程度上阻碍了科学实验教学的深入与提高，这既不利于培养学生的创造才能和开拓精神，又不利于促进学生的可持续发展。因此，继续深化科学实验教学改革，切实提高实验教学的有效性，是初中科学教学需要解决的现实课题。

二、实施有效科学实验的三个基本原则

1.基础知识和实验活动有机结合。

教师在遵循基本科学知识的前提下，要求学生根据实验事实或实验史实，运用实验来探究物质的本质及其变化规律，尽可能地把演示实验和验证性实验改为学生探究性实验，这样不仅能体现“教为主导、学为主体”的新一轮课改的指导思想，而且在教师指导下进行探究，学生能激发求知欲和探究的兴趣，更能培养创造性思维能力。例如在《液体的压强》教学过程中，教师可把演示实验改为探究性实验，以此激发学生学习的兴趣，为学生提供动手动脑的机会。此外，教师要通过问题讨论等方式引导学生积极思维，使学生始终处于研究之中。

需要强调的是，教师设计的探究性实验的难度必须与学生学习的能力相适应。探究的难度过低，学生会失去探究的兴趣；探究的难度过高，学生会产生畏缩情绪，同样也不利于学生的学习，所以实验探究的课题和内容，必须与学生的知识能力相适应。

2.以学生自主探究为重点。

教师在探究性实验时应尽量避免将活动方案或结论知识告知学生，以使学生的学习自主性得到充分的发挥。例如探究“蝗虫”一课，我不是简单地按蝗虫的挂图和模型讲解蝗虫的结构和身体各部分位置功能，而是在课前组织学生在学校周围捕捉蝗虫（每人至少一只），上课时发给学生每人一个放大镜，一张任务记录单，要求学生通过观察蝗虫完成任务单上的任务。课上每个学生都非常努力投入，他们仔细地观察蝗虫身体的每一个细节，并尽可能准确地把观察结果描绘在任务单上。完成观察描绘之后，我组织学生进行小组讨论并交流，对观察记录的不同点进行再观察，形成共识，同时我引导学生注意蝗虫有单眼和复眼，并要求学生通过观察说出单眼和复眼的功能和作用。还引导学生观察蝗虫前足和后足，看看有什么不同，讨论前后足的结构和差异，具有什么功能。有学生观察到蝗虫的腹部两侧各有一排小孔，这是蝗虫的呼吸器官，我问学生蝗虫的呼吸器官为什么不在头部而是在腹部？能用什么方法证明？学生进行讨论和思考提出实验方案：取两只蝗虫，将其中一只头部浸入水中，另一只腹部浸入水中，待五分钟后看哪一只蝗虫先不动了。学生在课堂上一直处于积极自主的探究当中，他们在技能的掌握和能力的形成过程中，逐步形成了科学的学习态度和良好的学习行为习惯。

3.着眼于向学生的自组织开放。

自组织就是指当干扰、问题、混乱出现时，一个系统能自我调节，达到一种新的平衡状态。实验教学向学生的主动探索开放，向学生参与教学的可能性开放，向师生合作共同探索新知识的过程开放，能更好地激发学生的兴趣和探究欲望。比如在实验教学中，我对学生敞开实验用品、用具等，激发学生创新的火花；在平时的教学过程中，我十分重视学生的个性发展，想方设法为学生提供展示自我的机会。

三、实施有效实验的基本途径和方法

1.变客体学习为主体学习――尽可能地改演示实验为“并进实验”。

不少演示实验由于空间、条件的限制往往不利于学生仔细观察，其操作能力也得不到训练，所以我将教学中的演示实验尽量让学生自己动手做，或者边指导边让学生动手做，增加学生的实践机会，以优化实验教学，我将它称为“并进实验”，它能有效促进学生从参与到共同探究的教学氛围。并进实验应符合以下条件：反应条件较易控制，操作较简单，危险性小，不易污染环境的内容。以《氧气的制法》为例，我先进行课堂设问，激发学生兴趣，唤起学生进行探究的欲望，并告诉学生在实验室里常用加热某些含氧化合物的方法来制得氧气，介绍并出示KClO■和MnO■，请学生设想一下实验室制氧气有几种方法。学生讨论后认为有3种：①加热KClO■；②加热MnO■；③加热KClO■和MnO■的混合物。接着我让学生分组 对课本演示实验进行探究实验，组织学生交流实验结果。这样将科学实验作为载体，给学生提供了“动脑想”、“动手做”、“动口说”的机会。然后我播放“MnO■质量在加热KClO■和MnO■的混合物反应前后不变”的实验录像，学生自然得出催化剂的定义，并一致选用加热KClO■和MnO■的混合物的方法来制取氧气。在这样的过程中学生通过看、听、动手、思考，对MnO■是热KClO■分解反应的催化剂有了深刻的认识。

2.变结果教学为过程教学――有选择地改验证实验为探究实验。

当代著名教育心理学家布鲁纳指出：“知识乃是一个过程，不是结果。”因此，变结果教学为过程教学有利于培养学生主动探索问题的动机和思路，发挥学生思维的积极性。教师应在教学中的重点、难点、疑点中选择知识点，组织与指导学生独立地探究知识结论。选择的知识点的难易度要较为适合，处于学生的“最近发展区”内，让学生“跳一跳就能摘到苹果”。例如在《浮力》教学时，我先让学生动手把泡沫塑料、木块、气球、橡皮泥、钩码等一一放在水中，按顺序观察后再回到整体上观察，学生很快辨出哪些材料下沉，哪些材料上浮。接着我引导学生思考：你能提出哪些问题？这样的做法使学生理解了深刻的道理，同时学生也享受到了再创造的喜悦。

探究实验的过程，往往就是获得知识的过程。例如在《二氧化碳的实验室制法》中，我就将验证性实验改为探究性实验。

实验1：探究实验室制CO■的科学反应原理。设计学生实验：首先取4支试管，分别加入少量大理石颗粒，按A■、A■、A■、A■编号，另取4支试管分别加入少量碳酸钙粉末，按B■、B■、B■、B■编号依次排列在试管架上；然后在A组和B组的1―4号试管中分别滴加稀HC1、浓HCI、稀H■SO■、醋酸溶液；最后观察反应现象，分析比较其异同。在学生充分评论的基础上，归纳总结出实验室制取的理想方法应具备：制取CO■方便，操作简单，药品成本低，气体纯度高，产生气体速率适中，易控制等优点，因此理想的制取CO■的科学原理是：CaCO■+2HC1（稀）=CaCl■+H■O+CO■。

实验2：探究设计实验室制CO■的实验装置。设计如下：先提供常用科学实验仪器。围绕实验室制取CO■气体装置，设置问题情景，启发引导出实验室制气体的发生装置和收集装置的选择依据，以此作为思维导入契机，要求学生自己设计一套制取CO■的实验装置（可能出现不同装置并动手制取一瓶CO■）。通过提出问题―讨论、设计―实验探究，学生完成了发现的全过程，训练了思维方法，提高了实验能力，还了解了探究性学习方法。

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3.变常规学习为创新学习――有重点地改“传统模式”实验为设计实验。

教学实践证明：实验能更多地发挥学生的主动积极性，以及他们独立分析问题及解决问题的能力，可以更高层次地发挥学生的智力。因此，教师应该大胆放手，让学生自主设计实验，变常规学习为创新学习。例如在研究“滑动摩擦力大小跟哪些因素有关”时，学生提出滑动摩擦力可能与接触面的粗糙程度、压力、接触面积的大小、物体的运动速度有关等猜想后，我引导学生选择最感兴趣的假设，设计实验方案进行分组探究，然后通过共同交流、分析得出结论。再如学习《阿基米德原理》时，我通过复习浮力产生的原因来进行公式推导，引导学生根据推导结果猜想浮力大小可能跟排开液体的重力有关。学生经过精心筛选器材，最后设计出两组实验方案：

方案一：选用溢水杯、弹簧测力计、石块、细线、小桶、水。用测力计法算出浮力，即F■=G-F■。用小桶接住溢出的水，测出水的重力，即G■，比较F■和G■是否相等。

方案二：选用量筒、弹簧测力计、石块、细线、水。用测力计法算出浮力，即F■=G-F■。用量筒量出排开水的体积，算出排开水的重力，即G■=ρ■gV■。比较F■和G■是否相等。

学生通过自己设计实验验证了猜想和假设，培养了探索精神、探索情趣和探索能力。

4.变课内学习为课外学习――有针对性地把科学实验向广阔生活延伸拓展。

在学生完成探究性实验后，教师可结合某次探究性学习提出一些问题，帮助学生进一步深化探究性学习、教师要努力做到“让学生带着问题走进教室，带着更多的问题走出教室”。例如在完成“测定小灯泡的电功率”的学习后，我提问：若实验中不具备电压表或电流表中的任意一个，而是给出了一个已知阻值的电阻，你们能不能测出小灯泡的电功率？假若已知电源电压，而电压表的量程小于灯泡的额定电压时，怎样测量小灯泡的额定功率呢？这些问题使学生在进行实验探究后将探究性学习进一步深化，加深了思考，激发了探究兴趣，转入实验探究后的再思考，最大限度地调动了学生学习的积极性与主动性、自主性与创造性，达到了陶行知先生所倡导的“迷、悟、爱”的最高宗旨，让学生充分认识到实验探究是实践探究性学习的重要手段。

5.变授之以“鱼”为授之以“渔”――注重方法指导，提高探究实效。

有效科学实验关注的不仅是学生对科学相关知识的理解，更重要的是要让学生在探究的过程中逐步掌握一些科学探究的基本方法，如控制变量法等。这就要求教师在组织探究性教学的过程中重视对学生方法的指导。我们经常可以看到一些“轰轰烈烈”的完全由学生自主探究的场面，但是只要用心观察，就会发现热闹的形式掩盖下的是胡乱的探究，学生往往缺乏行之有效的方法，而导致探究过程失去意义。因此教师要在探究性教学中，帮助学生掌握基本的探究学习的策略和方法，使学生知道怎样进行探究学习，从而学得主动，使探究性学习有效进行。例如在“探究种子萌发”时，先由学生讨论得出，影响种子萌发的因素有：种子的形状、大小、饱满程度、温度、水分、空气等。由于影响种子萌发的变量很多，我引导学生学习应用控制变量法的方法一个一个变量来研究：在研究某一个变量如水对种子萌发的影响时，其它的变量如空气、温度等必须保证不变，只有水这个变量发生变化。只有这样才能得到比较正确的结论。

教师以充分发挥学生主体作用为切入口实施有效的科学实验教学，对培养学生的观察能力、动手能力和分析解决问题的能力，提高学生的实验素质都具有十分重大的意义。因为学生主体地位的确立，能激发起学生的内在学习动机，激起学生的求知欲，有利于学生学习兴趣的培养。学生在教师的指导下，主动参与实验探究活动，“教”和“学”的过程也就变成了“探究”和“发现”的过程，可以有效地培养学生的创新精神和实践能力。

参考文献：

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