提高实验教学有效性的策略研究

提高实验教学有效性的策略研究慈溪阳光实验学校徐良明科学实验教学是初中科学教学的重要组成部分，如何提高实验教学的有效性是每位科学教师都关心的课题。在“百度”上我们能检索到有关“实验教学有效性”的文章相当多，但在这些资料中，绝大多数的研究是针对实验的改进方面来开展的，比如实验原理、实验现象的清晰呈现与有效观察、实验变量的控制、器材及方法的改进等内容。抛开以上实验本身的相关问题，还有哪些因素有可能影响到科学实验的有效教学呢？本文结合个人的教学实践，试着从新的视角来探讨和分析科学实验的有效教学，期望能对当下实验教学带来一些思考和影响。一、关注实验过程中的学生心理，提升实验教学的有效参与科学实验以其生动、直观、新异有趣等特点，对学生有极大的吸引力，能激发学生好奇心而主动参与，但也因安全、严密的分析和推理让学生产生恐惧、畏惧心理，从而阻碍学生参与，实验的参与率与参与度都大打折扣，这些影响到都对实验教学效果带来影响。【案例一】华师版八上《金属的化学活动性顺序》“镁铜金属活动性”比较教学中，笔者设置了镁铜化学性活动比较的一个实验。在进行镁铜燃烧实验时，我先点燃镁条，奇特的现象让学生一片惊呼，可在加热铜的实验中，由于铜的氧化几乎没有现象，学生左看看右看看，实验就在学生的期待中结束了，学生的课堂情绪明显下降。当我再抛出“谁强谁弱，判断依据是什么”这一问题时，学生情绪了了呼应者不多。在另一班级上课时，我将这两个小实验的顺序对调了一下，开始时学生左看右看，没有看见有什么明显的现象，可当我把镁条一点燃，学生的惊呼声响起一片，趁着学生情绪高涨，我抛出同样的问题，学生踊跃参与，几乎是喊出自己的见解，课堂效果特别好。将实验的次序简单地交换一下，产生的教学效果竟截然不同，究其原因却很简单，就是迎合了学生的期望心理，营造了一个可以“爆发”的氛围，这足以说明实验过程中学生的心理活动对实验教学效果是有影响的，这也告诉我们实验教学活动必须遵循感受与认知的心理规律。也正是这次实验教学让我去探寻和关注究竟还有哪些因素会影响到课堂实验教学的有效性。上图是实验过程中心理因素和思维活动的流程。在流程中，我们不难看出，实验材料、仪器设备、教师的行为都会影响学生的心理，而这些心理活动又会对实验教学产生直接的影响，所以我们给出的实验资料要有条理性，操作步骤能用图表说明的尽量用流程图，这都会给学生一个“易学”的心理暗示；实验设计不要因追求“严密”而设计得过于繁杂而让学生产生畏惧情绪；实验器材的选用应尽可能做到简洁明了，不要刻意追求无谓的“完善”而组合不恰当的一大堆器材，这反会弄得学生不明白要研究什么而盲无头绪；教师更是要用行动和语言及耐心来缓解学生的不安全心理、焦虑及畏惧心理；针对实验过程中可能出现的思维疲劳，教师可通过各种手段来进行干扰和调节，让学生维持长久的兴奋。二、关注教材编写意图，找准实验教学的有效点教材中的每一个实验设置都有一定的意图，教材的编写者希望该实验的出现能解决某一个或某些问题，比如课题的引入、证据的获得、规律及结论的得出，所以我们要认真研究教材，领会编写者的意图，找准实验教学的“有效点”。【案例二】华师教材九下《物质的转化和元素的循环》中“酸雨形成的模拟实验”这个实验的设计过程如下：在燃烧匙里放少量硫粉，加热，直到燃烧，把燃着的硫伸入盛有氧气的集气瓶中，燃烧停止后，小心闻一下气味，然后立即向瓶内倒入少量水，振荡，加入几滴石蕊试液测试溶液的酸碱性。笔者按步骤完成实验教学后，有学生提出两点置疑，一是实验操作顺序，他认为，为了防止二氧化硫污染大气，实验前应该先在瓶底放入少量水。二是本实验中用水来吸收二氧化碳不合理，应该用效果更好的碱液如氢氧化钠溶液等。其实，产生这一问题的原因同样是没有找准实验的有效点。本实验的有效点应是模拟酸雨形成的过程，并在过程中感受“S--S02--H2SO3”的转化，当然是先产生二氧化硫，再加入水来模拟雨水的形成，再滴加石蕊来检测。若是将实验的有效点定在如何防止二氧化硫污染大气这一层面，那最好的方法就是预先在瓶中放入一定量的氢氧化钠溶液来作吸收剂。正是实验有效点的错位让学生产生了错误的理解。从以上案例不难看出，只有领会了实验意图，找准了实验的有效点，实验教学才会发挥它应有的效果，所以教师在实施实验教学之前不仅要研究实验本身，更应该好好地研究本节课中该实验所要起到的作用。三、拓展实验内容丰富表象，做好实验教学的有效辐射科学现象的表现形式是多层次的，立体的，但教材为我们提供的实验却往往着眼于单层次的，单侧面的实验内容，存在着局限性，有些实验甚至还会将学生带入思维误区。【案例三】“镁带燃烧”实验“镁带燃烧”实验学生很熟悉，“发出耀眼的白光，有白色物质生成”的实验现象也烂熟于心。在复习这一实验时，笔者让学生观察这样一组比较实验，让同学将镁带分别放在“氧气”瓶和空气瓶中燃烧，比较燃烧产物，同学们发现在氧气中的燃烧产物比空气中的产物要白，这一现象立即引起同学们的思考。该实验很好地补充了学生对镁在空气中燃烧现象的认识，不仅和氧气反应，其实也能和二氧化碳、氮气发生反应。【案例四】《液体对容器侧壁有压强》的压强实验在探究“液体对容器侧壁大小”这一活动中，老师们特别喜欢用下图这个实验来演示。“三条水柱，越靠近下面的水柱水射得越远”的现象让学生获得“液体对侧壁有压强，且随着深度的增加而增大”的亲身体验。但是这个表象下面隐藏着一个陷阱，那就是，“水射得越远，该处的压强越大”是个错误的推论。我们知道：射程的大小取决于两个因素：速度和时间。越深处，水的压强越大，水的初速度也越大，但若当射出去的水在空中运行的时间很短，它运动的水平距离也短，即射程较小，所以射程长短还跟出水处距地面的高度有关。基于这样的认识，笔者给学补做了一个实验：拿掉木垫块，重做这个实验，学生会发现，最下面的孔射出的水并不是最远的。这一实验现象让学生重新思考能否根据射程的远近来判定压强的大小，并据此校正自己的认识。通过上述案例的研究，我们有必要对原有实验教学的内容作适当的补充和拓展，特别是在实验复习教学中，教师要尽可能地创设机会、丰富表象，让学生多层次、全方位地去认识事物的规律，提高实验教学的有效性。四、注重实验的“二次设计”，实现实验教学的有效探究新课程标准强调：学习应当是“接受”和“探究”的和谐统一。那么在实践中如何实现两者的统一呢？在实践教学中，笔者尝试通过“实验教学二次设计”的方法来解决这一问题，收到了很好的效果。所谓的“实验教学二次设计”指的是学生在某个实验教学后，要对该实验各环节进行点评，在此基础上，在不改变实验目标的情况下，再对实验的各环节或是对实验整体进行重新设计。也就是让学生在“接受”实验教学后，让学生对该实验进行再加工、修改和创新，通过“二次设计”可以将“探究教学”落实到具体实处，锻炼探究能力，提升实验素养。教学流程如下：【案例五】华师教材七下学生实验《观察水的沸腾》学生采用如图装置来观察水的沸腾（教材在实验器材中注明实验装置与观察冰熔化的装置相同），并按教材要求一步步开展实验，过程中学生完成水温度变化的记录，绘制了水的沸腾曲线，也记录了沸腾时的现象。但令人不安的是学生的记录五花八门，面对这样的结果，多数教师会给学生标准的曲线，标准的现象描述。笔者在面对这种情况时，开展“二次设计”教学，效果颇佳。在学生完成“一次教学”后，笔者并不是给出标准，而是发动学生对实验进行点评，学生在比较其它小组的成果及结合自己体验后，提出了许多好的问题，归纳如下：石棉网吸热、水初温较低，同时烧杯中的水散热很强，导致烧水时间太长，一节课的时间多数花烧水上；温度计处于悬挂状态，同时容易受气泡冲撞影响，读数有困难。针对这些问题，笔者和学生一起来分析，寻找解决问题的方法。有学生认为要减少时间，可用小烧杯，选择的水量要合引用创新模仿修改二次设计一次教学学生自主点评教师点评指导适，水温要适当；为减少散热，有同学认为可在烧杯上面加纸片，甚至有同学建议不用石棉网。为了便于读数，同学们都认为要固定温度计，于是纷纷设计固定的方法，活动中学生思维非常活跃。经过讨论、当堂检验及教师的指导，学生很快设计出了他们的方案。方案一：减少水的用量，水初温70℃左右，加小纸片减少散热，同时起固定温度计的作用；方案二：把烧杯换成了试管，既减少了水量，又减少了石棉网的隔热效果，多孔塞子起到了固定温度计的作用。经检验两种方法均大大提高了效率，更值得提到的是方案二的改进，能让学生看到沸腾前后气泡和声音的变化，使现象更为丰富。上述案例不难看出，学生在“二次设计”中真正走进了实验过程，“探究”这一学习方式到了有效的落实，当然在实践中如何加强“二次设计”的指导还值得研究。方案一方案二