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提高初中科学实验教学有效性的思考的效果分析

作者:第一论文网 更新时间:2015年10月26日 21:04:51

 科学课程的基本理念是立足学生发展,体现科学探究的精神,引导学生逐步认识科学本质。学生并不是记住科学概念和结论就能解决问题,不是靠死记硬背,也不能靠教师满堂讲。实验教学是课堂教学非常重要的一部分,如何利用实验优化课堂教学,突出科学学科特色,下面结合教学实践谈谈几点想法。
  一、实验设计过程让学生亲身参与
  科学学习应该是发生在一定社会和文化背景下意义建构的过程。当代科学本质观下的教师教学行为注重知识产生过程,以及学生对于知识获得过程的反思[1]。让学生重演知识的发生过程,才是科学教学的真谛。让学生参与实验的设计过程,亲历问题的解决过程,价值在于引导和锻炼学生的思维活动,还原知识形成和发展过程中的本来面目,掌握获得知识的程序和手段。科学课程中的演示实验,我们应当尽量再现实验设计过程,让学生多想想:应该怎样做?为什么这样做?换其他方法能不能做?
  例如植物制造淀粉的实验,一般的做法是先介绍实验步骤:暗处理→叶片部分遮光后光照→酒精脱色→清水漂洗→滴加碘液清水冲洗→观察现象。然后按步骤完成实验并得出结论,最后提出几个问题并解答。这样的教学看起来思路清晰,结论清楚,但由于是简单讲述,学生知道但难以理解,记忆保留的时间短。实验结束之后学生还有疑问:实验为什么这样设计?步骤为什么这样操作?究其原因是教师和学生只是循着课本做动作,没有让学生参与实验设计过程,没有与学生的思维活动结合起来。教学只有把结论变成过程,才能把知识变成智慧,改进后设计如下。
  师:淀粉遇碘液变蓝,但是叶肉细胞中有叶绿体,叶绿体中含有叶绿素,呈绿色。有叶绿素的干扰?怎么办?
  生:叶绿素不溶于水,但溶于酒精。用酒精将叶绿素溶解掉。
  师:但是酒精加热易挥发,同时易着火燃烧,怎么办?
  生:水浴加热,小烧杯受热均匀,温度控制在100℃以内。
  师:水浴加热后,叶绿素已溶于酒精,但经处理过的叶片表面还有酒精,怎么办?
  生:在清水中漂洗干净。
  师:叶中的淀粉是原来就存在的还是后来光合作用合成的?如何排除其它因素影响?
  生:放置在黑暗的地方一昼夜,进行饥饿处理,将叶内原有的淀粉运走或消耗掉,最后再滴加碘液,检验淀粉的存在。
  教师基于学生的认知脉络设计问题,通过一系列问题引导,步步推进,师生交流讨论实验设计过程,从结论到过程,力求促进学生思考,注重“动脑”与“动手”的结合,在交流对话中解决问题。
  二、实验原理让学生深入领会
  在教学中,教师困惑的是:学生好像都听懂了,可做作业错误连连,题目换种提法就没有办法。原因之一是学生还没有弄懂学科知识的原理,要利用联系的观点与其它相关内容进行比较,认识实验的本质原理。如学生已经学习电压表、电流表,知道电压表要并联在用电器两端,电流表要串联在电路中,但如果将电压表和电流表串联后接在电源上到底有没有读数,有些同学就无法理解。从单一结构水平到多元结构水平,只有举一反三,把握问题本质,把两表看做是阻值不同的电阻,才能解决多元结构的问题。
  普通装置的气密性检查,学生比较熟悉,很容易说清楚,如图1,整个气密性检查分为三个步骤[2][3]。
  但当学生碰到其他不太熟悉的装置,进行气密性检查,往往模棱两可,无从下手。其实这正是教师教学造成的结果,平时往往关注气密性检查的步骤,锻炼思维的过程与环节被老师忽略或代劳了。检查气密性背后的原理是怎样的,为什么要这样做,学生没有真正搞清楚,碰到相应的问题会一错再错,知其然而不知其所以然。
  其实可以先分析上述气密性检查三步做法,归纳出这样做的目的:封闭部分气体,根据改变气体压强后产生的现象来来判断是否漏气。然后由目的来讨论分析图2中检查气密性的原理和具体操作方法,如表1,并用相应的实验装置来证明,经过这样分析整理、实验再去解决其他气密性问题肯定是迎刃而解。
  在教学过程中,教师不可能把所有的知识和结论全部教给学生,学生要利用有限的知识、实验原理来解决新情境新问题。只有通过教师引导,引导学生分析科学现象,逐步深入分析现象的本质特征,完善学生的认知过程,运用原理来解决新问题将得心应手。
  三、实验现象引发学生疑问
  科学不是看懂和听懂的,而是想清楚和做明白的,需要通过探究和实验来深入理解概念、规律的来龙去脉。亚里士多德曾说思维自惊奇和疑问开始,要使学生处于一种“心求通而未达,口欲言而未能”的不平衡状态,引起学生的探索欲望,促使其积极主动地参与学习,只有经过思考的才会属于学生自己。但简单的实验教师往往直接讲甚至忽略,这样留给学生的实验就少得可怜,通过实验探究想让学生体验鲜活的知识与技能也就成了无源之水。为什么作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在不同的物体上?可以用两只弹簧称称钩相接,一只弹簧称拉,另一只不动或互拉、竖直拉、水平拉来证明总是相等。简单的实验蕴含的道理深刻,我们要让学生从简单的实验中挖掘科学道理。如研究物体沉浮条件的实验,可以这样设计。
  师:如果把小钢球和乒乓球放入水面以下,如果松手小钢球和乒乓球会怎么样呢?
  生:小钢球会下沉,最后沉到烧杯底部;乒乓球会上浮,最后会漂在水面。
  (教师演示。)
  师:为什么小钢球下沉而乒乓球会上浮?
  分析:根据阿基米德原理,浮力的大小与ρ液和V排有关,ρ液即为水的密度,是相同的,但乒乓球排开水的体积大于小钢球排开水的体积,也就是乒乓球受到的浮力大于小钢球受到的浮力。
 师:如果把小钢球换成猕猴桃,放入水中松手,猕猴桃会怎么样呢?
  (学生猜想,教师演示。)
  师设问:猕猴桃为什么下沉,根据阿基米德原理,把小钢球换成了猕猴桃,排开水的体积变大,浮力也变大,应该比乒乓球上浮的更快,为什么浮力大反而下沉呢?
  (思维碰撞,引起学生思考。)
  分析:原来乒乓球受到浮力的作用上浮,而现在猕猴桃受到了浮力作用反而下沉,物体运动的方向改变了,即运动状态改变了,肯定是受到的力的作用,因为力能改变物体的运动状态。物体在空气中下落是因为受到了重力作用,在水中下沉也受到了竖直向下的重力作用。
  学起于思,思起于疑,实验是极好的引起学生“疑”的途径。科学最有味道的就是实验,真正好的实验能够打动人,使人印象深刻,甚至使心灵受到触动。
  四、实验数据分析处理建立模型,渗透方法
  在科学概念和规律教学中存在这样的问题:教材中的介绍常常比较简略,教师对概念形成过程不够重视,在学生没有足够的感性认识,尚未建立初步的概念时,将概念和规律硬塞给学生[5],把形成概念和规律过程变成了“知识要点加注意事项”。部分同学只是记忆没有理解本质,最后利用大量习题强化,长期以往的结果是学生失去学习兴趣。概念和规律教学要让学生真正体验概念的形成过程,通过同化和顺应建立属于自己的认知结构。
  如磁感线是描述磁体周围的磁场的,磁感线看不见、摸不着,要使学生理解和掌握抽象的概念,教学的关键在于让学生参与概念的建构过程。磁感线的教学可以从磁场的性质入手,在条形磁体周围不同位置放小磁针,现象是不同位置小磁针北极指向不同,说明磁场是有方向的,而且不同的位置磁场方向不同。教师指出科学上规定的磁场方向,要求学生在小磁针旁用箭头表示磁场方向(图3a)。这样做很直观,但不可能把磁体周围所有点的方向都标出来。那怎么来表示整个平面的磁场情况?学生不难想到办法,用比小磁针更小的铁屑进行实验,学生观察铁屑分布的规律,并用示意图表示(图3b)。具体磁场方向的判断用小磁针放在弧线上几点,观察并标出小磁针指向(图3c)。教师引入磁感线模型,完成条形磁体周围的磁感线分布情况后(图3d),然后教师展示立体结构的磁板模型。最后拓展到蹄形、同名磁极和异名磁极磁感线分布情况。
  磁感线的概念教学从点到面最后形成立体的结构,整个过程让学生观察、作图,渗透科学思想和模型法、转化等科学方法。形成概念的思路是从生动直观的实验到抽象思维,从抽象思维到实践。抽象的科学概念教学要提供给学生丰富的表象素材和感官刺激,增加直观感受,支撑学生的抽象思维,掌握知识的本质属性,软化突破难点。
  学生对科学方法不断积累和掌握,形成借助科学方法获取知识、提高能力的心理定势。这样学生就会产生对问题的敏感性,能够用科学方法迅速地抓住问题的关键,找出解决问题的途径[6]。教学过程本身就是科学方法的示范,科学方法的真正掌握,要求学生必须亲身经历运用科学方法探索过程,最终提高学生用科学方法解决具体问题的能力。
  五、实验验证发散成果
  课堂上教师想提供给学生思考的机会,但实际往往把时间留给上课,给学生真正思考的时间并不多;有的学生虽然看起来知道,但讲不出所以然,可意会不可言传。要把课堂的主动权还给学生,减少知识灌输,发展学生求异和发散思维,同时教师应该给学生更多表达机会以完善思维品质。当学生看到自己的想法转化成为现实版的实验装置,自然有一种亲切感,想去弄明白他们的想法能否实现,自然主动性会大大增强。学生头脑中的思维活动与实验互相结合促进学生的发展。如证明电流产生热量多少的方法如下。
  问题:电流产生热量的多少如何体现?学生讨论。
  方案1:白磷从未燃烧到开始燃烧需要的时间。
  方案2:发热导线切割石蜡速度或粘有石蜡的火柴棒受热后,看火柴棒掉下的快慢。
  方案3:五水硫酸铜失水变白程度。
  方案4:烧瓶中气体热胀冷缩,直观,时间很短效果明显。
  方案5:烧瓶中液体热胀冷缩,用温度计能准确地测出液体温度变化,便于定量研究。
  师生共同分析并用实验验证方案2和方案5。
  师:与之类似,用吸引大头针的数量显示磁体磁性强弱,用握住刻度尺的长度显示人的反应快慢,像这样将难以测量的科学问题变成了可观察、可测量的具体问题,称为转化法。
  建构主义认为:学习是学生自己构建知识的过程。整个过程从提出问题到学生的发散思维,最后收敛小结、实验验证,解决问题成为开放的过程,思维的单向变为多向,如简易温度计的改进也可以采用类似方法。从教师的教转变为学生的学,从关注课堂形式到学生习得水平及问题解决水平的转化,分析学生现有认知基础,及时捕捉课堂意外,强调生成多种可能的假设、解决问题的方法或形成新观点。学生只有经过多样化的思维过程和认知方式,多种观点的碰撞、论争和比较,才能获得结论,真正理解和巩固[7]。
  有一则广告语这样说:人生就像一场旅行,不必在乎目的地,在乎的,是沿途的风景,以及看风景的心情。从三维目标的角度来说,目的地就是知识与技能目标;沿途的风景是过程与方法目标;看风景的心情就是情感态度价值观目标。要达成三维目标,提高学生的科学素养,需要实验和课堂教学紧密融合,需要教师精心设计才能实现。目标是唤起学生自主学习的兴趣和动机,最终培养出让我们钦佩的学生。
  参考文献
  [1] 陈志伟,陈秉初主编. 中学科学教学论[M]. 杭州:浙江教育出版社,2007:107
  [2] 郑永燕. 实验装置气密性检查的复习教学 [J]. 中学教学参考,2009,(5):100-102
  [3][4]陈永平,徐凯里. “化学实验中的气压差”教学设计[J]. 中学化学教学参考,2013,(1-2):23-25
  [5] 吴军. 中学物理概念教学的现状分析及对策[EB/OL].http://www.pep.com.cn/gzwl/jszx/jxyj/jfxf/201008/t20100827
  _789176.htm.2008-10-07
  [6] 曹焕京,李红净. 探新课程核心课标──“科学方法”教育的渗透[EB/OL].http://www.pep.com.cn/gzwl/jszx/ztts/2011hybd/1z/201201/t20120112_1096555.htm.2012-01-12