李學海

（杭州外國語學校 浙江 杭州 310023）

科學課程的基本理念是立足學生發(fā)展，體現(xiàn)科學探究的精神，引導學生逐步認識科學本質(zhì)。 學生并不是記住科學概念和結(jié)論就能解決問題，不是靠死記硬背，也不能靠教師滿堂講。 實驗教學是課堂教學非常重要的一部分，如何利用實驗優(yōu)化課堂教學，突出科學學科特色，下面結(jié)合教學實踐談談幾點想法。

一、實驗設計過程讓學生親身參與

科學學習應該是發(fā)生在一定社會和文化背景下意義建構(gòu)的過程。 當代科學本質(zhì)觀下的教師教學行為注重知識產(chǎn)生過程，以及學生對于知識獲得過程的反思［1］。讓學生重演知識的發(fā)生過程，才是科學教學的真諦。 讓學生參與實驗的設計過程，親歷問題的解決過程，價值在于引導和鍛煉學生的思維活動，還原知識形成和發(fā)展過程中的本來面目，掌握獲得知識的程序和手段。 科學課程中的演示實驗，我們應當盡量再現(xiàn)實驗設計過程，讓學生多想想：應該怎樣做？ 為什么這樣做？ 換其他方法能不能做？

例如植物制造淀粉的實驗，一般的做法是先介紹實驗步驟： 暗處理→葉片部分遮光后光照→酒精脫色→清水漂洗→滴加碘液清水沖洗→觀察現(xiàn)象。 然后按步驟完成實驗并得出結(jié)論，最后提出幾個問題并解答。 這樣的教學看起來思路清晰，結(jié)論清楚，但由于是簡單講述，學生知道但難以理解，記憶保留的時間短。實驗結(jié)束之后學生還有疑問： 實驗為什么這樣設計？步驟為什么這樣操作？ 究其原因是教師和學生只是循著課本做動作，沒有讓學生參與實驗設計過程，沒有與學生的思維活動結(jié)合起來。 教學只有把結(jié)論變成過程，才能把知識變成智慧，改進后設計如下。

師：淀粉遇碘液變藍，但是葉肉細胞中有葉綠體，葉綠體中含有葉綠素，呈綠色。有葉綠素的干擾？怎么辦？

生：葉綠素不溶于水，但溶于酒精。 用酒精將葉綠素溶解掉。

師：但是酒精加熱易揮發(fā)，同時易著火燃燒，怎么辦？

生： 水浴加熱， 小燒杯受熱均勻， 溫度控制在100℃以內(nèi)。

師：水浴加熱后，葉綠素已溶于酒精，但經(jīng)處理過的葉片表面還有酒精，怎么辦？

生：在清水中漂洗干凈。

師：葉中的淀粉是原來就存在的還是后來光合作用合成的？ 如何排除其它因素影響？

生：放置在黑暗的地方一晝夜，進行饑餓處理，將葉內(nèi)原有的淀粉運走或消耗掉， 最后再滴加碘液，檢驗淀粉的存在。

教師基于學生的認知脈絡設計問題，通過一系列問題引導，步步推進，師生交流討論實驗設計過程，從結(jié)論到過程，力求促進學生思考，注重“動腦”與“動手”的結(jié)合，在交流對話中解決問題。

二、實驗原理讓學生深入領會

在教學中，教師困惑的是：學生好像都聽懂了，可做作業(yè)錯誤連連，題目換種提法就沒有辦法。 原因之一是學生還沒有弄懂學科知識的原理，要利用聯(lián)系的觀點與其它相關內(nèi)容進行比較， 認識實驗的本質(zhì)原理。 如學生已經(jīng)學習電壓表、電流表，知道電壓表要并聯(lián)在用電器兩端，電流表要串聯(lián)在電路中，但如果將電壓表和電流表串聯(lián)后接在電源上到底有沒有讀數(shù)，有些同學就無法理解。 從單一結(jié)構(gòu)水平到多元結(jié)構(gòu)水平，只有舉一反三，把握問題本質(zhì)，把兩表看做是阻值不同的電阻，才能解決多元結(jié)構(gòu)的問題。

普通裝置的氣密性檢查，學生比較熟悉，很容易說清楚，如圖1，整個氣密性檢查分為三個步驟［2］［3］。

圖1

但當學生碰到其他不太熟悉的裝置，進行氣密性檢查，往往模棱兩可，無從下手。 其實這正是教師教學造成的結(jié)果，平時往往關注氣密性檢查的步驟，鍛煉思維的過程與環(huán)節(jié)被老師忽略或代勞了。 檢查氣密性背后的原理是怎樣的，為什么要這樣做，學生沒有真正搞清楚，碰到相應的問題會一錯再錯，知其然而不知其所以然。

其實可以先分析上述氣密性檢查三步做法，歸納出這樣做的目的：封閉部分氣體，根據(jù)改變氣體壓強后產(chǎn)生的現(xiàn)象來來判斷是否漏氣。 然后由目的來討論分析圖2 中檢查氣密性的原理和具體操作方法，如表1，并用相應的實驗裝置來證明，經(jīng)過這樣分析整理、實驗再去解決其他氣密性問題肯定是迎刃而解。

圖2

?

在教學過程中，教師不可能把所有的知識和結(jié)論全部教給學生，學生要利用有限的知識、實驗原理來解決新情境新問題。 只有通過教師引導，引導學生分析科學現(xiàn)象，逐步深入分析現(xiàn)象的本質(zhì)特征，完善學生的認知過程，運用原理來解決新問題將得心應手。

三、實驗現(xiàn)象引發(fā)學生疑問

科學不是看懂和聽懂的， 而是想清楚和做明白的，需要通過探究和實驗來深入理解概念、規(guī)律的來龍去脈。 亞里士多德曾說思維自驚奇和疑問開始，要使學生處于一種“心求通而未達，口欲言而未能”的不平衡狀態(tài)，引起學生的探索欲望，促使其積極主動地參與學習，只有經(jīng)過思考的才會屬于學生自己。 但簡單的實驗教師往往直接講甚至忽略，這樣留給學生的實驗就少得可憐，通過實驗探究想讓學生體驗鮮活的知識與技能也就成了無源之水。 為什么作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在不同的物體上？可以用兩只彈簧稱稱鉤相接，一只彈簧稱拉，另一只不動或互拉、豎直拉、水平拉來證明總是相等。 簡單的實驗蘊含的道理深刻，我們要讓學生從簡單的實驗中挖掘科學道理。 如研究物體沉浮條件的實驗，可以這樣設計。

師：如果把小鋼球和乒乓球放入水面以下，如果松手小鋼球和乒乓球會怎么樣呢？

生：小鋼球會下沉，最后沉到燒杯底部；乒乓球會上浮，最后會漂在水面。

（教師演示。 ）

師：為什么小鋼球下沉而乒乓球會上?。?/p>

分析：根據(jù)阿基米德原理，浮力的大小與ρ 液和V 排有關，ρ 液即為水的密度，是相同的，但乒乓球排開水的體積大于小鋼球排開水的體積，也就是乒乓球受到的浮力大于小鋼球受到的浮力。

師：如果把小鋼球換成獼猴桃，放入水中松手，獼猴桃會怎么樣呢？

（學生猜想，教師演示。 ）

師設問：獼猴桃為什么下沉，根據(jù)阿基米德原理，把小鋼球換成了獼猴桃，排開水的體積變大，浮力也變大，應該比乒乓球上浮的更快，為什么浮力大反而下沉呢？

（思維碰撞，引起學生思考。 ）

分析：原來乒乓球受到浮力的作用上浮，而現(xiàn)在獼猴桃受到了浮力作用反而下沉，物體運動的方向改變了，即運動狀態(tài)改變了，肯定是受到的力的作用，因為力能改變物體的運動狀態(tài)。 物體在空氣中下落是因為受到了重力作用，在水中下沉也受到了豎直向下的重力作用。

學起于思， 思起于疑， 實驗是極好的引起學生“疑”的途徑。 科學最有味道的就是實驗，真正好的實驗能夠打動人，使人印象深刻，甚至使心靈受到觸動。

四、實驗數(shù)據(jù)分析處理建立模型，滲透方法

在科學概念和規(guī)律教學中存在這樣的問題：教材中的介紹常常比較簡略，教師對概念形成過程不夠重視，在學生沒有足夠的感性認識，尚未建立初步的概念時，將概念和規(guī)律硬塞給學生［5］，把形成概念和規(guī)律過程變成了“知識要點加注意事項”。 部分同學只是記憶沒有理解本質(zhì)，最后利用大量習題強化，長期以往的結(jié)果是學生失去學習興趣。 概念和規(guī)律教學要讓學生真正體驗概念的形成過程，通過同化和順應建立屬于自己的認知結(jié)構(gòu)。

如磁感線是描述磁體周圍的磁場的，磁感線看不見、摸不著，要使學生理解和掌握抽象的概念，教學的關鍵在于讓學生參與概念的建構(gòu)過程。 磁感線的教學可以從磁場的性質(zhì)入手，在條形磁體周圍不同位置放小磁針，現(xiàn)象是不同位置小磁針北極指向不同，說明磁場是有方向的，而且不同的位置磁場方向不同。 教師指出科學上規(guī)定的磁場方向，要求學生在小磁針旁用箭頭表示磁場方向（圖3a）。 這樣做很直觀，但不可能把磁體周圍所有點的方向都標出來。 那怎么來表示整個平面的磁場情況？ 學生不難想到辦法，用比小磁針更小的鐵屑進行實驗， 學生觀察鐵屑分布的規(guī)律，并用示意圖表示（圖3b）。具體磁場方向的判斷用小磁針放在弧線上幾點，觀察并標出小磁針指向（圖3c）。教師引入磁感線模型，完成條形磁體周圍的磁感線分布情況后（圖3d）， 然后教師展示立體結(jié)構(gòu)的磁板模型。 最后拓展到蹄形、同名磁極和異名磁極磁感線分布情況。

圖3

磁感線的概念教學從點到面最后形成立體的結(jié)構(gòu)，整個過程讓學生觀察、作圖，滲透科學思想和模型法、轉(zhuǎn)化等科學方法。 形成概念的思路是從生動直觀的實驗到抽象思維，從抽象思維到實踐。 抽象的科學概念教學要提供給學生豐富的表象素材和感官刺激，增加直觀感受，支撐學生的抽象思維，掌握知識的本質(zhì)屬性，軟化突破難點。

學生對科學方法不斷積累和掌握，形成借助科學方法獲取知識、提高能力的心理定勢。 這樣學生就會產(chǎn)生對問題的敏感性，能夠用科學方法迅速地抓住問題的關鍵，找出解決問題的途徑［6］。教學過程本身就是科學方法的示范，科學方法的真正掌握，要求學生必須親身經(jīng)歷運用科學方法探索過程，最終提高學生用科學方法解決具體問題的能力。

五、實驗驗證發(fā)散成果

課堂上教師想提供給學生思考的機會，但實際往往把時間留給上課，給學生真正思考的時間并不多；有的學生雖然看起來知道，但講不出所以然，可意會不可言傳。要把課堂的主動權(quán)還給學生，減少知識灌輸，發(fā)展學生求異和發(fā)散思維，同時教師應該給學生更多表達機會以完善思維品質(zhì)。 當學生看到自己的想法轉(zhuǎn)化成為現(xiàn)實版的實驗裝置， 自然有一種親切感，想去弄明白他們的想法能否實現(xiàn)，自然主動性會大大增強。 學生頭腦中的思維活動與實驗互相結(jié)合促進學生的發(fā)展。 如證明電流產(chǎn)生熱量多少的方法如下。

問題：電流產(chǎn)生熱量的多少如何體現(xiàn)？ 學生討論。

方案1：白磷從未燃燒到開始燃燒需要的時間。

方案2： 發(fā)熱導線切割石蠟速度或粘有石蠟的火柴棒受熱后，看火柴棒掉下的快慢。

方案3：五水硫酸銅失水變白程度。

方案4：燒瓶中氣體熱脹冷縮，直觀，時間很短效果明顯。

方案5：燒瓶中液體熱脹冷縮，用溫度計能準確地測出液體溫度變化，便于定量研究。

師生共同分析并用實驗驗證方案2 和方案5。

師：與之類似，用吸引大頭針的數(shù)量顯示磁體磁性強弱， 用握住刻度尺的長度顯示人的反應快慢，像這樣將難以測量的科學問題變成了可觀察、可測量的具體問題，稱為轉(zhuǎn)化法。

建構(gòu)主義認為： 學習是學生自己構(gòu)建知識的過程。整個過程從提出問題到學生的發(fā)散思維，最后收斂小結(jié)、實驗驗證，解決問題成為開放的過程，思維的單向變?yōu)槎嘞颍?如簡易溫度計的改進也可以采用類似方法。從教師的教轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生的學，從關注課堂形式到學生習得水平及問題解決水平的轉(zhuǎn)化， 分析學生現(xiàn)有認知基礎，及時捕捉課堂意外，強調(diào)生成多種可能的假設、解決問題的方法或形成新觀點。學生只有經(jīng)過多樣化的思維過程和認知方式， 多種觀點的碰撞、論爭和比較，才能獲得結(jié)論，真正理解和鞏固［7］。

有一則廣告語這樣說：人生就像一場旅行，不必在乎目的地，在乎的，是沿途的風景，以及看風景的心情。從三維目標的角度來說，目的地就是知識與技能目標；沿途的風景是過程與方法目標； 看風景的心情就是情感態(tài)度價值觀目標。 要達成三維目標，提高學生的科學素養(yǎng)，需要實驗和課堂教學緊密融合，需要教師精心設計才能實現(xiàn)。 目標是喚起學生自主學習的興趣和動機，最終培養(yǎng)出讓我們欽佩的學生。

［1］ 陳志偉，陳秉初主編. 中學科學教學論［M］. 杭州：浙江教育出版社，2007：107

［2］ 鄭永燕. 實驗裝置氣密性檢查的復習教學［J］. 中學教學參考，2009，（5）：100-102

［3］［4］陳永平，徐凱里. “化學實驗中的氣壓差”教學設計［J］.中學化學教學參考，2013，（1-2）：23-25

［5］ 吳軍. 中學物理概念教學的現(xiàn)狀分析及對策［EB/OL］.http：//www.pep.com.cn/gzwl/jszx/jxyj/jfxf/201008/t20100827＿789176.htm.2008-10-07

［6］ 曹煥京，李紅凈. 探新課程核心課標——“科學方法”教育的 滲 透 ［EB/OL］.http：//www.pep.com.cn/gzwl/jszx/ztts/2011hybd/1z/201201/t20120112＿1096555.htm.2012-01-12

［7］ 余文森. 論自主、 合作、 探究學習 ［J］. 教育研究，2004，（11）：27-30