劉洋

面對當(dāng)今的教育教學(xué)，廣大教師要全面深化教育綜合改革，積極進(jìn)行情境式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力。學(xué)科綜合實驗涉及到多學(xué)科內(nèi)容的交叉融合，需要學(xué)生具備運用各學(xué)科知識的綜合能力。在此，將對學(xué)科綜合實驗的目的與意義、發(fā)現(xiàn)與價值等內(nèi)容做初步探討，以期對廣大同仁在深綜改背景下如何培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力提供參考。

一、學(xué)科綜合實驗的目的與意義

隨著教育改革的整體推進(jìn)，無論是大學(xué)還是中小學(xué)，都將面臨前所未有的挑戰(zhàn)。教育部發(fā)布的工作要點指出，要全面深化教育綜合改革，其中特別強(qiáng)調(diào)要增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與綜合實踐能力。新的中高考將出現(xiàn)更多的開放型試題，以及考查學(xué)生創(chuàng)造性思維、開放性思維的試題，以引導(dǎo)學(xué)生綜合運用多學(xué)科知識解決問題的能力。因此，在教學(xué)中，教師應(yīng)更加注重學(xué)科間的交叉部分。

培養(yǎng)、考查學(xué)生的創(chuàng)造性與開放性思維，各學(xué)科實驗將起到重要作用。近年中高考中越來越多的自主實驗設(shè)計題，就是對學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的考察?？梢?，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)進(jìn)一步提高對實驗教學(xué)，以及教材實驗設(shè)計與改進(jìn)的重視程度。目前，教師們雖然已經(jīng)對實驗教學(xué)比較重視，但對實驗中的學(xué)科交叉和需要不同學(xué)科知識綜合運用才能處理的問題與情景，往往有意避諱，相關(guān)研究更是寥寥無幾。

物理作為一門由實驗與創(chuàng)新推動的自然科學(xué)，應(yīng)承擔(dān)起發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新精神與綜合實踐能力的責(zé)任。教師應(yīng)從日常教學(xué)中的實驗入手，從學(xué)科綜合與實驗改進(jìn)的視角重新審視各個實驗的過程與意義。因為從學(xué)科綜合的視角改進(jìn)實驗過程可以讓每一個學(xué)生都參與進(jìn)來，為學(xué)生提供綜合運用不同學(xué)科知識解決實際問題的機(jī)會，并激發(fā)學(xué)生為了解決現(xiàn)實問題而自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，獲得豐富的探究體驗。還可以將整個實驗改進(jìn)過程記錄下來展示給沒有參與實驗的學(xué)生，實現(xiàn)情境化教學(xué)的目的。同時，改進(jìn)后的實驗也可以提高實驗教學(xué)效果。

二、選取特定實驗的原因與目的

中學(xué)物理教材中出現(xiàn)的與其他學(xué)科有交叉部分的實驗非常多，筆者第一次選取的是人教版初中二年級上冊“物態(tài)變化”一章中的“海波的熔化與凝固”實驗。相較于初三以及高中的物理實驗，本實驗的實驗過程相對簡單，對于初次參與實驗改進(jìn)的學(xué)生來說不會造成過多的認(rèn)知負(fù)擔(dān)。本實驗的目的是“探究海波較難重復(fù)利用的原因”，并通過對這一原因的實驗探究最終達(dá)到海波可重復(fù)利用的目的，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實意義。而且本實驗的探究過程，以及與其他學(xué)科的交叉部分，如相關(guān)的化學(xué)知識并不復(fù)雜，很適合學(xué)生探究。

學(xué)科間的綜合部分看似很多，但當(dāng)需要利用它發(fā)揮實際意義時，教師腦海中往往缺乏確定的內(nèi)容。而學(xué)科綜合的相關(guān)實驗就更難找到，因此很多教師不是不想為學(xué)生提供一個培養(yǎng)綜合實踐能力、獲得探究體驗的情景，而是根本找不到。鑒于此，筆者將本次學(xué)科綜合實驗項目的發(fā)現(xiàn)確定過程呈現(xiàn)出來，以供借鑒。本項目在物理情景教學(xué)、實驗教學(xué)，以及教學(xué)耗材的重復(fù)利用等方面意義廣泛。

三、海波重復(fù)實驗的過程與價值

在人教版初中二年級上冊“物態(tài)變化”一章中，學(xué)生們經(jīng)常要觀察“海波熔化和凝固”的實驗。筆者就實驗剩下的海波要怎么處理這一問題，咨詢了許多教師，得到的答案都是直接扔掉。難道實驗剩下的海波不能進(jìn)行重復(fù)利用嗎？能不能把使用過一次的海波進(jìn)行回收利用呢？

在搜集了很多相關(guān)資料后，筆者注意到有的資料中曾提及海波可以重復(fù)利用，但對于具體如何重復(fù)利用、重復(fù)利用率有多大，并未做明確說明。除此之外，還有一個問題引起了筆者的注意：既然海波在熔化凝固實驗中可以重復(fù)利用，為何諸多學(xué)校和教師都直接將其扔掉呢？為此，筆者對海波重復(fù)利用的可行性問題進(jìn)行了探究，并給出了循環(huán)利用的方案。

探究的第一天，筆者做了以下實驗來驗證海波重復(fù)利用的可行性，即當(dāng)對實驗過的海波反復(fù)進(jìn)行熔化凝固時，發(fā)現(xiàn)剩下的海波熔點還是在48℃左右，同時在試管底部還出現(xiàn)了一層白色的物質(zhì)。筆者對這層白色物質(zhì)產(chǎn)生了好奇，于是又做了以下實驗，實驗器材包括40ml小燒杯、2個大燒杯、適量的海波、溫度計、玻璃棒以及50℃左右的熱水。

實驗過程：先在小燒杯中放入適量的海波，在兩個大燒杯中分別放入適量的熱水和涼水，再將小燒杯放在裝有適量熱水的大燒杯中，讓其熔化，熔化完畢之后再放入裝有冷水的大燒杯中讓其迅速凝固。如此反復(fù)實驗若干次，出現(xiàn)了這樣的實驗現(xiàn)象：在小燒杯內(nèi)形成的固體逐漸分層，底層為白色的固體。

經(jīng)過驗證，底層的物質(zhì)為硫酸鈉，原來五水硫代硫酸鈉在熔化和凝固過程中會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，硫代硫酸鈉與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了硫酸鈉和二氧化硫氣體：2Na2S2O3+3O2=2Na2SO4+2SO2。

因此，為了重復(fù)利用海波，就要在熔化過程中減少生成硫酸鈉的化學(xué)反應(yīng)。鑒于中學(xué)實驗成本及操作要求的限制，最可行的辦法就是減少反應(yīng)過程中的氧氣，于是筆者對實驗儀器進(jìn)行了改進(jìn)——在試管口上不增加膠塞。

為了測量海波溫度，筆者在膠塞上打孔以便插入溫度計；為了進(jìn)一步減少反應(yīng)中的氧氣，還將膠塞位置從管口下移至試管中下部接近藥品的位置，以進(jìn)一步減少空氣可能存在的空間，使得藥品在反應(yīng)過程中可接觸到的氧氣進(jìn)一步減少。但在重復(fù)拿取藥品時，由于膠塞在試管中下部，很難操作，經(jīng)常出現(xiàn)膠塞無法取出的情況，于是筆者將其又做了如下改進(jìn)。即改用較短的試管進(jìn)行實驗，解決了減少氧氣量以及藥品放置的問題。最終發(fā)現(xiàn)，利用改進(jìn)后的儀器進(jìn)行海波的熔化凝固實驗可以有效減少反應(yīng)過程中的氧化反應(yīng)，從而提高藥品的重復(fù)使用率。

除此之外，為了進(jìn)一步改善教學(xué)效果，筆者還對相關(guān)實驗進(jìn)行了改進(jìn)，如在選取海波時必須選用新鮮且純凈的海波。同時，實驗過程中水的初始溫度可以適當(dāng)提高到40℃，以縮短實驗時間。另外，通過數(shù)據(jù)分析和對實驗現(xiàn)象的觀察，可適當(dāng)提高加熱海波的水溫，但要注意水溫不能高于海波本身的熔點，具體操作時可以用手接觸水位感覺到微溫即可，否則會出現(xiàn)試管內(nèi)靠近外壁的實驗品過早開始熔化的現(xiàn)象。

本次實驗只是學(xué)科綜合實驗探究性實踐的初探，是教師為了更好地培養(yǎng)學(xué)生綜合實踐能力而進(jìn)行的實驗選擇及探究工作。接下來，將在此基礎(chǔ)上就教師的引導(dǎo)與評價、學(xué)生的探究與體驗等內(nèi)容進(jìn)行具體研究，將學(xué)科綜合實驗引入課堂，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生綜合實踐能力的提高。

（責(zé)任編輯 郭向和）