王紅

摘 要 課程標(biāo)準(zhǔn)指出：科學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力，創(chuàng)設(shè)條件使所有的學(xué)生有機(jī)會(huì)參與探究活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)和交流實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。本文通過(guò)對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)完成現(xiàn)象的調(diào)查，從增強(qiáng)小組合作性、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康男浴⑼怀鰧?shí)驗(yàn)探究性、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)規(guī)范性和關(guān)注實(shí)驗(yàn)綠色化等不同層面入手，采取一系列的優(yōu)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的對(duì)策，并通過(guò)SPSS等數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)教學(xué)效果做了粗淺的分析。

關(guān)鍵詞 初中科學(xué) 科學(xué)實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)反思

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

On the Optimization and Practice of Scientific

Experiments Instructional Design

WANG Hong

（Zhejiang Hangzhou Jingfang Middle School， Hangzhou， Zhejiang 310016）

Abstract Curriculum standards stated： Science is a discipline based on experiments， students focus on science experiments to explore the ability create conditions so that all students have the opportunity to participate in exploration activities to stimulate students' interest in science， to guide students to observe experiments and exchange experiments improve students' scientific inquiry skills. based on the phenomenon of scientific experiments completed surveys from enhanced team collaboration， clarity experimental purposes， highlighting experimental inquiry， and strengthen the normative and concerns experimental experiments starting at different levels， such as green， take a series of scientific experiments to optimize the design of teaching strategies， and through the SPSS statistical analysis and other mathematical methods of teaching effectiveness were superficial analysis.

Key words junior science； science experiment； design； experimental reflection

科學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力，創(chuàng)設(shè)條件使所有的學(xué)生有機(jī)會(huì)參與探究活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)和交流實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

1 初中科學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的現(xiàn)象

為了完成科學(xué)課本上的活動(dòng)和探究，出現(xiàn)了有的老師在教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中只重視實(shí)驗(yàn)結(jié)論，不重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程；有的老師在教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中參與度明顯不強(qiáng)，喜歡從網(wǎng)上下載視頻，使學(xué)生缺少親身體會(huì)的過(guò)程；有的老師在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中很少進(jìn)行反思，以至于課后沒(méi)有任何印象，對(duì)來(lái)年的教學(xué)設(shè)計(jì)沒(méi)有起到促進(jìn)作用。對(duì)于這種現(xiàn)狀，科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)成為科學(xué)教學(xué)的“瓶頸”。尋找有效教學(xué)策略，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和實(shí)踐，成為目前科學(xué)教學(xué)亟待解決的問(wèn)題。

2 優(yōu)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的對(duì)策

根據(jù)現(xiàn)狀，從增強(qiáng)小組合作性、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康男浴⑼怀鰧?shí)驗(yàn)探究性、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)規(guī)范性和關(guān)注實(shí)驗(yàn)綠色化等不同層面入手，對(duì)優(yōu)化科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)采取一系列的對(duì)策：

2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)中增強(qiáng)小組合作性，培養(yǎng)學(xué)生交流合作能力

由于每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)手能力參差不齊，我對(duì)任教班級(jí)的學(xué)生按照自己的意愿自由組合成6個(gè)小組，推選一名組長(zhǎng)，幫助組里能力稍微弱的同學(xué)一起完成實(shí)驗(yàn)。每個(gè)組長(zhǎng)負(fù)責(zé)協(xié)助老師開(kāi)展探究活動(dòng)，帶領(lǐng)本組成員根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求改進(jìn)與組合、對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)完畢后及時(shí)進(jìn)行交流自己的意見(jiàn)， 對(duì)實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行評(píng)價(jià) ，完成科學(xué)探究的任務(wù)。在進(jìn)行測(cè)定土壤酸堿性的實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，同一個(gè)小組的每個(gè)成員分別在操場(chǎng)上不同的地方進(jìn)行實(shí)地取樣，配制待測(cè)液，運(yùn)用PH試紙來(lái)測(cè)定土壤的酸堿性，然后取平均值。通過(guò)小組合作使學(xué)生充分明白多次實(shí)驗(yàn)可以避免實(shí)驗(yàn)的偶然性，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。因?yàn)橛械膶W(xué)生的基礎(chǔ)較差，不能掌握實(shí)驗(yàn)的技巧，甚至有的同學(xué)直接把土壤放在PH試紙上進(jìn)行測(cè)定， 這時(shí)組里的“小老師”們就出馬了，通過(guò)他們的交流使學(xué)生能夠正確地掌握實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)和日常生活結(jié)合比較密切，還需要課內(nèi)和課外相結(jié)合、實(shí)驗(yàn)探究和資料的查詢整理相結(jié)合，充分發(fā)揮組內(nèi)每個(gè)成員的能力，通過(guò)學(xué)習(xí)來(lái)了解土壤的酸堿性對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響。在我們的宗旨是激發(fā)學(xué)生的探究欲望、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)的熱忱。

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)中明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康男?，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

設(shè)計(jì)任何一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，都要有它的目的性，究竟是讓學(xué)生掌握科學(xué)知識(shí)，要學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)操作技能，要學(xué)生學(xué)會(huì)記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，還是讓學(xué)生學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等等。

在復(fù)習(xí)《二氧化碳制取》時(shí)，也可以通過(guò)將二氧化碳實(shí)驗(yàn)室制法的方程式呈現(xiàn)來(lái)讓學(xué)生思考給他們一個(gè)提問(wèn)的策略：為什么用碳酸鈣？為什么用稀鹽酸？怎樣探究生成物是氯化鈣（學(xué)生會(huì)通過(guò)已有的知識(shí)把它化整為零來(lái)驗(yàn)證氯離子和鈣離子的存在）、二氧化碳、水？隨著這種問(wèn)題意識(shí)的產(chǎn)生，以后學(xué)生碰到類似的問(wèn)題就會(huì)很踴躍地提出問(wèn)題。

對(duì)于為什么用碳酸鈣，如果從正面來(lái)分析，學(xué)生很難回答為什么不用碳酸鈉和碳酸鉀？學(xué)生就會(huì)迎刃而解了，會(huì)從價(jià)格的角度、取材方便的角度、反應(yīng)的速度和反應(yīng)的量來(lái)分析解決。為什么用粉末狀的大理石？（因?yàn)楹芏鄷r(shí)候老師都是取塊狀的大理石把它敲碎），學(xué)生如果從大理石的狀態(tài)來(lái)思考就比較容易了（此處可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的觀察）。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中不小心錯(cuò)用了硫酸和大理石制取二氧化碳會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象，許多學(xué)生都能熟練的回答出并且把現(xiàn)象描述得非常清楚，也能想到隨著反應(yīng)的進(jìn)行，二氧化碳的產(chǎn)生量卻慢慢減少，可是裝置中碳酸鈣和硫酸卻還有很多，老師如果在此時(shí)提出不打開(kāi)裝置，能不能加一種物質(zhì)把硫酸鈣除去，或者能不能想辦法把硫酸除去，學(xué)生會(huì)從不同的角度來(lái)回答問(wèn)題，有的學(xué)生甚至?xí)岢隽税蜒b置稍微振蕩一下，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)以及培養(yǎng)學(xué)生考慮問(wèn)題的思路，雖然解決問(wèn)題的方法有很多種，但是主要是采用簡(jiǎn)單、方便的方法來(lái)解決問(wèn)題，還可以把所學(xué)的酸堿鹽的物理和化學(xué)性質(zhì)融會(huì)貫通，深層次的思維含量增加。

2.3 在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中突出實(shí)驗(yàn)探究性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)具有科學(xué)的探究性，對(duì)于激發(fā)學(xué)生的求知欲望、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和促進(jìn)學(xué)習(xí)的積極性都是有效的措施。我們科學(xué)教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，要有意識(shí)地多設(shè)計(jì)一些探究性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

在初二的課本中涉及到電解水的知識(shí)，實(shí)驗(yàn)提出能使帶火星的木條復(fù)燃的是氧氣，能被點(diǎn)燃并且產(chǎn)生藍(lán)色火焰的是氫氣，后來(lái)通過(guò)初三的學(xué)習(xí)后學(xué)生發(fā)現(xiàn)一氧化碳和甲烷燃燒也產(chǎn)生藍(lán)色的火焰，這時(shí)學(xué)生非常積極地設(shè)計(jì)一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明產(chǎn)生的氣體是氫氣，此時(shí)學(xué)生表現(xiàn)出非常有成就感，能夠用學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)審視課本實(shí)驗(yàn)的不足之處。

還有一個(gè)實(shí)驗(yàn)關(guān)于驗(yàn)證光合作用需要二氧化碳，課本上用澄清石灰水和水讓學(xué)生去分析哪里設(shè)計(jì)得不合理 ，其實(shí)當(dāng)時(shí)學(xué)生的知識(shí)背景還不夠，不能馬上解決這個(gè)問(wèn)題，而通過(guò)初三的學(xué)習(xí)，為什么不用澄清的石灰水而用氫氧化鈉溶液，水是對(duì)照組。如果繼續(xù)拓展為二氧化碳的濃度是否會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，怎樣來(lái)改變二氧化碳的濃度呢？方法有很多種，增加三個(gè)實(shí)驗(yàn)組，一個(gè)增加二氧化碳濃度的，一個(gè)減小二氧化碳濃度的，一個(gè)常態(tài)下二氧化碳濃度，這樣實(shí)驗(yàn)比原來(lái)更加豐富了。當(dāng)然實(shí)驗(yàn)的探究是無(wú)止境的，上面我們是從定性的角度進(jìn)行粗略的探究實(shí)驗(yàn)，如果我們從定量的角度精確地來(lái)探究，就更能優(yōu)化科學(xué)探究，使學(xué)生有一種可以挑戰(zhàn)權(quán)威的感覺(jué)。

2.4 在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)規(guī)范性，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣

每個(gè)探究實(shí)驗(yàn)都要有規(guī)范性，精心設(shè)計(jì)好對(duì)照組，滲透控制變量的思想。在關(guān)于綠豆種子萌發(fā)的實(shí)驗(yàn)，曾經(jīng)有學(xué)生設(shè)計(jì)了氣溫、水、空氣三個(gè)因素，可是在種子的數(shù)量安排卻是水上、水面、水里各一顆種子，為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？因?yàn)閷W(xué)生在潛意識(shí)中認(rèn)為種子的萌發(fā)實(shí)驗(yàn)只需一顆綠豆就可以，忽視了實(shí)驗(yàn)的偶然性，而實(shí)際上應(yīng)該要有足夠多的種子來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)然種子的數(shù)量越多，成本越高，實(shí)驗(yàn)越準(zhǔn)確，這是和平時(shí)我們所說(shuō)的低成本的實(shí)驗(yàn)相矛盾的，因此在取材方面學(xué)生要尋找一個(gè)矛盾的結(jié)合點(diǎn) ，學(xué)會(huì)怎么取材。分組方面，學(xué)生潛意識(shí)中都會(huì)分組，特別是在考試卷中表現(xiàn)得非常棒 ，但是在操作過(guò)程中卻亂七八糟、丟三落四，無(wú)法區(qū)分實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，主要原因是學(xué)生對(duì)分組的知識(shí)掌握得比較好，對(duì)分組的能力和實(shí)踐缺乏。

在探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，需要控制變量，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)怎樣控制變量呢？在控制變量的過(guò)程中不僅因素要相同，而且要符合，例如2013年杭州中考題第10題在探究硝酸鉀的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)，許多學(xué)生都選擇了D，忽略了C。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)于觀察現(xiàn)象的記錄往往停留在定性、粗略、片面的觀察，于是我特別強(qiáng)學(xué)生盡可能做到定量、精確、全面觀察。當(dāng)然，好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣養(yǎng)成不是一蹴而就的，而是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，需要老師在平時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中慢慢地滲透和培養(yǎng)形成。

2.5 在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)注實(shí)驗(yàn)綠色化，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)

隨著霧霾逐步侵?jǐn)_我們的生活，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注和環(huán)境污染有關(guān)的問(wèn)題，使學(xué)生逐步形成可持續(xù)發(fā)展的理念，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成環(huán)保意識(shí)。

關(guān)于白磷自燃的實(shí)驗(yàn)，課本中的實(shí)驗(yàn)（如圖1所示）存在的問(wèn)題：對(duì)教室中的空氣污染比較嚴(yán)重，很多學(xué)生出現(xiàn)咳嗽的癥狀。主要原因是磷燃燒的產(chǎn)物不但對(duì)于呼吸系統(tǒng)有很強(qiáng)的刺激性，而且還會(huì)與空氣中的水蒸汽反應(yīng)生成有毒物質(zhì)，污染環(huán)境。于是在教學(xué)設(shè)計(jì)中改進(jìn)試驗(yàn)。

圖1 圖2

如圖2：將分別放有質(zhì)量相等的白磷（濾紙吸去表面上的水）和紅磷的兩個(gè)金屬瓶蓋放于培養(yǎng)皿中，倒扣在一個(gè)大燒杯中，往培養(yǎng)皿內(nèi)倒入60℃熱水，金屬瓶蓋漂浮。差不多30秒后，白磷自燃，同時(shí)產(chǎn)生濃厚的白煙，紅磷沒(méi)有燃燒。60秒后白煙消失，生成的五氧化二磷與水反應(yīng)生成磷酸，實(shí)驗(yàn)完畢后向培養(yǎng)皿中加入弱堿性溶液來(lái)中和磷酸。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的有毒物質(zhì)沒(méi)有散發(fā)到教室中避免了污染，實(shí)驗(yàn)環(huán)境得到極大的改善，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣也得到提高，使學(xué)生意識(shí)到環(huán)保問(wèn)題已經(jīng)深入到我們的學(xué)習(xí)和生活中。

2.6 在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中注重選材的多樣性，激發(fā)學(xué)生探究的興趣

科學(xué)課本的實(shí)驗(yàn)只是單純依靠老師來(lái)進(jìn)行演示，學(xué)生的印象不是很深刻。如果在教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，尋找各種材料，可達(dá)到事半功倍的效果。例如“日晷”，學(xué)生非常難以理解，可以用酸奶盒、白紙、刻度尺等材料，在光線充足的室內(nèi)根據(jù)太陽(yáng)光的直射點(diǎn)不同，來(lái)畫(huà)出不同時(shí)間太陽(yáng)光行走的痕跡；做氫氣爆炸實(shí)驗(yàn)，可先在娃哈哈AD鈣奶的空飲料瓶的瓶底戳一個(gè)小洞，然后用纏著棉花的火柴梗塞住，倒扣在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，收集半瓶氫氣，點(diǎn)燃。諸如此類的材料垂手可得，有的實(shí)驗(yàn)學(xué)生甚至可自己在家里完成（例如雞蛋在醋酸中跳舞），使學(xué)生學(xué)會(huì)用生活中的材料來(lái)進(jìn)行科學(xué)探究的習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的興趣。

3 科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化的成效

本次研究采用問(wèn)卷調(diào)查的方法，將今年收集的相關(guān)數(shù)據(jù)與去年進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果看到依賴在教師引導(dǎo)下能完成探究實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比率明顯減少，經(jīng)過(guò)Z統(tǒng)計(jì)表明 Z=3.263>2.85差異極顯著 ，學(xué)生能自己動(dòng)手獨(dú)立完成的探究實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比率有所上升，經(jīng)過(guò)Z統(tǒng)計(jì)表明Z=2.355>1.96 差異顯著，愿意自己動(dòng)手并用課外時(shí)間完成與課本內(nèi)容有關(guān)且與生活實(shí)際相結(jié)合的家庭小實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比率雖然有所上升，但經(jīng)過(guò)Z統(tǒng)計(jì)表明Z=1.666<1.96 增長(zhǎng)不顯著。

下面通過(guò)卡方檢驗(yàn)判別學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ欠竦玫斤@著改善，樣本數(shù)據(jù)的自由度為V=（31）祝？1）=2，我們選擇顯著水平 =0.05，查表可以確定卡方分布的臨界值為5.99。進(jìn)行卡方統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，通過(guò)卡方分析=10.768>=5.99，2013年學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況得到顯著改善。經(jīng)過(guò)一年的時(shí)間，對(duì)我校部分學(xué)生進(jìn)行隨機(jī)問(wèn)卷調(diào)查，學(xué)生通過(guò)小組合作、認(rèn)真觀察、細(xì)心分析，逐漸實(shí)現(xiàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿興趣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)成功體驗(yàn)的愉悅感，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生想學(xué)、愛(ài)學(xué)、樂(lè)學(xué)。

當(dāng)然，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化這個(gè)永恒的話題，應(yīng)該滲透到教學(xué)模式、智力情感、意志品質(zhì)等各個(gè)領(lǐng)域，學(xué)生實(shí)驗(yàn)優(yōu)化有很大的發(fā)展空間，并不是上述的舉措都是萬(wàn)能的，都能達(dá)到預(yù)期的效果，每個(gè)舉措都要有細(xì)化的要求，例如小組合作的效果沒(méi)辦法來(lái)監(jiān)控，實(shí)驗(yàn)探究的目的性效果在本文中也沒(méi)有涉及。愿意自己動(dòng)手并用課外時(shí)間完成與課本內(nèi)容有關(guān)且與生活實(shí)際相結(jié)合的家庭小實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比率雖然有所增長(zhǎng)，但是效果并不明顯，因?yàn)樽黾彝バ?shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)還是有一定的困難的，例如時(shí)間的安排、家里的實(shí)驗(yàn)器材、試劑，雖然有的家庭小實(shí)驗(yàn)不需要正規(guī)的器材和試劑，但畢竟和我們實(shí)際有些差異，學(xué)生操作起來(lái)比較困難。眾所周知，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的探究需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，不是一朝一夕可以完成的，這與我們平時(shí)的教學(xué)任務(wù)比較緊張是相沖突的。中考雖然強(qiáng)化突出探究，但是學(xué)生并沒(méi)有完全領(lǐng)會(huì)探究的精神實(shí)質(zhì)，更多地根據(jù)應(yīng)試要求來(lái)進(jìn)行探究，把探究題作為題目來(lái)完成，不能使探究能力得到充分的發(fā)展，沒(méi)有養(yǎng)成探究的思維習(xí)慣，體現(xiàn)探究的真諦。

參考文獻(xiàn)

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