让实验成为能力的摇篮

第八章　让实验成为能力的摇篮

“天空为什么是蓝色的？我们脚下的地球是怎么形成的？最早的人是从哪里来的？那些巨大的恐龙为什么会灭绝？”朱清时院士告诉我们“这些问题就是科学所关心的问题，科学就是起因于人类的好奇心和对自然界无尽的追问”。

《科学》是以对科学本质的认识为基础、以提高学生科学素养为宗旨的一门综合性的课程。它涵盖了初中物理、化学、生物课程的基本内容以及地理课程中的自然地理部分，呈现各学科领域知识的相互渗透和联系，统筹科学探究的过程和方法，体现科学探究的精神，关注科学、技术、社会、环境之间的关系。可以帮助学生“从纷繁复杂的生活世界走进简单有序的科学世界，对周围的世界也将会有一个全新的认识”，从而深化对科学的理解，有利于科学素养的养成，为认识和适应未来不断变化的世界做好准备。

遗憾的是，长期以来人们对科学教育的认识不够全面，常常把科学教育理解为“系统的科学基本知识、基本技能和科学思维方法的教育”，这已经是一个不全面的理解，而在实际的课堂教学、学业评价中，科学思维方法的教育往往被忽视，科学教育被缩减成为科学知识的教育，认为科学教育的目标就是让学生掌握知识和基本技能，所以，科学课堂教学陷入了这样一种状态：教者“以本为本”，习惯于从既定的教案出发，用一连串的发问来“牵着”学生，使学生就范；学生只能跟在教师后面，被动接受。这样的课也许结构严谨，层次分明，但学生成为接受知识的“容器”。结果我们的学生在课本上学到的东西，无法应用到生活中，除了对付考试外很少有其他用处，因此这样的教育肯定不是真正的科学教育。

那么什么是真正的科学教育？事实上，人们早已把科学分为相互关联的四个层次：科学知识，科学方法，科学态度和科学精神。科学教育无疑应该包含这相互关联的四个层次的教育。在中学基础阶段的科学教育是提高学生的科学素质和创新能力的系统教育，应该包括传授科学知识、倡导科学方法、传播科学思想和弘扬科学精神四个层次的内容。所以，真正的科学教育应该面向大多数，重要的不在于科学知识的传授，而是接触、体验科学的乐趣。应努力创造一种宽松的、快乐的、平等参与讨论的学习氛围，让身在其中的学生初步学习和领悟什么是科学的思想方法，什么是科学的精神，以及科学的实践和创新能力的培养。要引导学生真正认识现有科学知识的有限性，真理的相对性和学习探索的无限性，启发学生敢于提出问题，树立勇于探索的精神。

孩子们又需要怎么样的科学课堂呢？孩子心目中理想的科学课堂是怎样的呢？带着这些问题，借助于学校刚立项的课题——《按照孩子的想象构建现代学校》，我们科学组在集团下辖三所学校的七、八、九三个年级抽样进行了学生关于理想的科学课堂的征集。对抽样结果我们进行了总结和分析，我们发现学生对理想的科学课堂提出许多的要求，比较集中的有：（1）对“课堂气氛”的要求，孩子们普遍要求课堂应该“安静”、“大家积极投入”、“能踊跃发言”，此外，还有很多认为：“课堂的氛围不要过于轻松，也不要过于沉闷。”从中可以看出孩子们渴望的是活而有序的课堂，期望老师多提供一些自由发展的空间。（2）对“师生互动”的要求：很多学生“觉得上课需要师生互动，不但需要老师的讲解，还需要我们参与进去”，孩子们希望课堂不是老师讲讲学生听听就完，“老师能和我们一起研究，我们有问题可以随时提出来一起讨论”，“跟同学之间可以交流”。可见，孩子的主体意识多么强烈，他们渴望平等对话的师生关系和自主学习的课堂。（3）对“科学实验”的要求：很多孩子抱怨“坐在后面，看不清实验现象”，因而“希望老师演示时能走到我们中间”，孩子们希望“每节课都有实验带来的惊喜”，“我们体会到了亲手进行实验的乐趣和自己思考并且进行研究的新鲜感”。希望老师多提供一些“自己动手实验，探究问题”的机会。可见，学生们对观察实验、动手实验、体验探究的期盼。（4）对“课堂成就”的要求：“应该让同学们多做一些练习，使同学们对新的知识能当堂消化”，“允许同学有错误”，“允许同学充分表达自己的观点”。足见孩子们学习的欲望和对知识的渴求。

然而，现实和理想之间总是存在着距离。尽管自2002年起，在集团领导的指导下，科学组全体老师满怀热情的投入到第一轮课程改革的实验。随着课程改革的不断深入，科学的课堂教学发生了巨大的变化。新课程改革带来的全新教育教学理论，使教师的教育观念、教学方式、学生的学习方式及教学评价内容和方式都发生了可喜的变化，取得了一定的成效。我们的课堂“活”起来了，学生“动”起来了，学生的科学素养和能力也在不断地提高。但是，只要你仔细观察，你会发现热闹的科学课堂掩盖着一些不和谐的现象。比如：“以生为本”理念凸显不足，“科学探究”流于形式，“课堂评价”缺少魅力，“实验教学”误入怪圈等。

为了离真正地科学课堂近一些，按孩子的想象构建我们的科学课堂，在特级教师汪建红的带领下，我们科学组开始了又一轮的课程改革，通过不断学习、研究、探索、实践和反思，摸索出了一些行之有效的方法，形成了我们科学组的特色教学。

一、课堂转型——让课堂成为学生的舞台

新课程提倡以人为本，以学生为中心，以学生的全面发展为本。倡导教师在课堂教学中要以生为本，将学生作为教与学的主体，把课堂真正的还给学生。但由于中考指挥棒——以笔试分数论英雄的这种考试评价制度的存在，很多老师总是不放心去放手、没耐心去等待、没胆量去尝试。结果导致教学依旧是“穿着新鞋走老路”，学生还是没有成为课堂的主人。

为了真正实现这一教学理念，我们集团科学组致力于课堂模式的改革，立足于学生的生活经验和学习能力，灵活运用多种教学方式，借助各种教育资源，创设民主和谐的课堂情境，让学生积极参与到课堂教学中来，试图使课堂成为师生、生生互动的乐园、师生共赢的舞台。经过一段时间的探索，取得了一定的效果。

其中，在由高级教师赵艳云老师的引领下初步建立的“导学—互助—运用”的课堂教学模式是比较成功地模式之一，这种模式实现了科学课堂的华丽转型，为我们集团的科学课堂教学敞开了一扇新的大门。

“导学—互助—运用”课堂教学模式立足于学生，把学生的认知发展放在第一位。采取一系列的措施让学生有效预习，从而减少学生自学的困惑；其次，让学生在课堂中学会合作互助和展示，真正让学生融入课堂、引领课堂；然后再通过课后知识运用，使学生对新知识形成完整的、规律性的理解和认知。

其基本流程为：

“导学—互助—运用”课堂教学的特点：

1.学案的使用。“学案”是“导学”的载体。我们使用的学案是课前学案，是根据学生实际情况和课程特点，基于问题和任务，旨在指导学生自主学习、自主探究和自主创新而设计的课前预学的材料。不同学情、不同内容、不同课型有不同的特点，学案内容不需要有固定的模式，但必须内容体现出教材的知识体系、学生预学的环节和方法，可以帮助学生在预学过程中了解新课的知识内容，用有效的学习方法初步建立知识框架体系，并带着新的困惑和问题走向课堂。

“学案”根据需要提前下发，要求学生回去依据学案预学新课并完成学案，课前回收，进行查阅，深入了解学生预学情况、预学所达到的程度以及学生不能解决的共性问题和具有普遍意义的疑点，进行有针对性的二次备课，以便把握上课的方向和重点。

2.课堂的合作。通过预学，学生们可以了解并掌握教材中的一些基础知识内容，初步建立知识框架体系，解决一些简单的问题，但对于教材的重、难点知识以及预学中暴露的一些共性问题则是在教师的引导、点拨下通过“小组式”的团队合作来展开研究。

“小组式”的团队合作学习的主要特征是多元、双向的对话关系，开放、民主的人文关系，和谐、促进的合作关系，平等、互助的团队学习，追求的是真实和高效，而科学的分组和“小组捆绑式”评价为“小组式”的团队合作学习的有效开展奠定了基础。通过这样的合作学习，可以让学生获得更多的学习机会，学会自主合作学习，提高单位时间内的学习效率，逐步缩小学生学习差异，大面积提高学业成就；也可以增进学生之间的交流，使学生学会合作交往，对学生胆量、口才是一种锻炼，同时也能提高社会能力。这样的课堂，学生的天性被保护、潜能被挖掘、智力被开发、兴趣被激发，是一个学生展示能力、表现自我的舞台。

二、实验变革——让实验成为能力的摇篮

许多科学知识是在观察和实验的基础上，认真总结和思考得来的。实验始终是引导学生学习《科学》的支撑点，实验教学不仅可以培养学生操作、观察、分析等多种能力，还可以训练学生科学地思维以及动手操作与动脑思考相结合的科学方法和严谨、求实的科学态度，所以实验教学是科学教学中一个必不可少，而且相当重要的环节。然而在实际的实验教学过程中，往往是学生演示时“看热闹”、分组中“瞎忙乎”、考试前“背实验”。为了有效体现和发挥实验教学的科学教育价值，自2008年起，在原集团副校长周华松老师和教导主任边小妹老师的带领下，我们科学组进行了科学实验的变革，努力让科学实验成为学生能力培养的摇篮。

1.实验创新——激活思维。科学是一门实验科学，实验作为教学中的一种主要的教学方法，比任何其他的教学方法的效果都要明显得多。中学阶段的各类科学实验活动，对学生极具诱惑力，成功的演示实验，常常能激发学生对科学学习的兴趣，对培养学生的创新意识和创造能力，培养学生科技意识，提高学生科学文化素养，促进青少年学生全面发展极具价值，也为教师的发展提供了很大的空间。

但目前教材中有些演示实验，由于仪器要求高，操作难度大，以致在教师演示过程中，受到条件的限制，既费时又费力，并且得到的实验结果仍不理想。有些实验往往因后面的学生看不清而深感遗憾，有些不得不让学生课后逐个观看而消耗了许多精力。为此，我校科学组进行了初中科学创新小实验的应用研究，并取得了较好的效果，利用现有的简单装置和易得的实验用品，把教材中那些复杂、不易操作、现象不明显的演示实验进行改进，增设一些易于操作、效果明显、具有普遍性的演示实验，让学生亲手操作，以增强他们的感性认识，培养他们的动手能力，激发他们成功欲望。

案例

神奇的吸管——“吸管”在科学课堂上的应用

赵艳云

吸管是我们日常生活中常用到的一种物品，它的廉价和种类繁多，为我们提供了良好的创造素材。根据吸管的特点，我们很容易将它按照我们的意图进行重新造型，关键是要有独特的创意，在结合一些简单的工具和物品，这样普通的吸管在科学课堂中就有了它特有的造型和意义，下面就是我利用吸管在科学教学中的应用。

（一）有趣的吸管乐器（第二册第一章2—3节课内增加实验）

实验目的：借助吸管，增加学生对气体振动发声原理的理解。

实验原理：气体振动发声以及振动发声的频率与音调的关系。

实验材料：吸管。

制作方法：用手将吸管的一头压扁，在被压扁的一头，把吸管的两侧斜着剪两刀，再将露出来的尖尖的部分也剪下去，以保证安全。再将剪好的这头压压扁，吸管乐器就完成了。将压扁的这头含在嘴里，用力吹就能发出很大的声音。吸管长短不同，空气柱振动频率不同，音调也不同。

（二）吸管与压强的实验

（1）吸管顶球（第三册第二章3节改进实验）

实验目的：简化和替代教材中的实验仪器，使学生人人动手参与，增加课堂的兴趣。利用简单的吸管和乒乓球，吸管替代教材中的吹风机，简单，而且由演示实验可以变成学生活动。

实验原理：气体流动越快，气体压强越小。

实验材料：吸管和乒乓球。

实验过程：把乒乓球放在吸管的顶端，在吸管下用力吹气，乒乓球只是转动，而不掉下来，原因是，管口气体流动快，管口附近的压强小，小球在大气压的作用下，不掉下来。

（2）吸管移球（气流与压强关系课内增加实验）

实验原理：气体流动越快，气体压强越小

实验过程：利用气体流动和压强关系，如果用吸管在球的上方吹气，球上方气体流速快，压强小，球在大气压的作用下，从一个容器被吹到另一个容器，也可以把吸管对着球吸气，吸管里气体压强小，就可以把球从一个容器移到另一个容器中。

（3）空吸式喷雾器（气流与压强关系课内增加实验）

实验目的：为了进一步说明气体流动与压强关系，借助水，增加演示气体流动和压强的关系。

实验原理：气体流动越快，气体压强越小。

实验材料：吸管、烧杯。

实验过程：将吸管离一端某处剪开，但不要剪断，在断口处将吸管弯成直角，并将短的一端放入装满水的杯中，向吸管吹气，杯中的水将沿竖直管上升并被喷成雾状。这就是一个空吸式喷雾器。在实验中，由于吹气时竖直管上端的管口处气体流速大，压强减小，杯中的水在大气压的作用下沿竖直塑料管上升并被喷成雾状。

（三）虹吸杯（大气压课外增加实验）

实验的目的：拓展对连通器的理解

实验的原理：连通器和大气压的作用。

实验材料：吸管和塑料杯。

实验过程：U形管和水杯构成了连通器。在向水杯到水的过程中管内水面和杯内水面同步升高，当水杯中水面超过C时，水就在大气压的作用下经过BCA排出。构成一个虹吸管，既可以放水，直到水面内下降到B时停止放水。

（四）试制酒精温度计（第一册第一章4节课外增加实验）

实验目的：

1.通过液体在吸管中上升，让学生体会液体受热膨胀，体积变大的现象。

2.借助粗细不同的两个吸管制成的酒精温度计演示，使学生知道内径越细，温度计灵敏度越高。

实验原理：利用液体的热胀冷缩性质。

实验材料：吸管2根、带盖的瓶子2只、酒精、热水1杯。

实验过程：

1.在瓶盖上穿孔，插进吸管。在瓶子中倒满酒精，然后拧紧瓶盖，温度计就做成了。

2.度温度计放到杯里的热水中。注意观察吸管中的酒精。酒精在吸管中慢慢升高，而且吸管越细，升高的越快。

吸管是生活中常用到的一种普通的物品，它的“神奇”源自赵老师创造性的开发和使用。可以想象，当一根根吸管在学生手中成为了一个个实验的器材，并用它成功地完成了一个个实验，带给学生的不仅仅是惊喜，更多的是思考和探究，这根吸管带给学生的“财富”远远超过了吸管本身，这就是“科学”的力量。

2.实验包——提升能力。针对目前实验教学方法单一，受时空限制，学生动手实验机会少，效果差等现象，我们学校采用了“实验包”辅助科学教学的方法——“实验包”活动：以小组合作形式开展课内外科学实验、探究、调查等活动。

所谓实验包狭义上指的是一个放有相应的实验仪器的塑料储物箱，按照不同年级课标要求，用教材的基础实验、师生开发的拓展实验和课外实验中所需要的实验仪器来配备实验包。广义的实验包则包括了“实验包的组装、科学的分组、学生实验技能培训、实验包活动过程的管理和监控以及评价反馈体系”等一整套教学组织实施体系。

“实验包”辅助科学教学的方法，能充分挖掘并利用学校实验室资源，将科学实验教学进行时间和空间上的延伸：使学生做实验不受场地、时间和数量的限制，自主实验、想做就做；让学生做实验变得便捷、轻松、愉悦，从而使看似遥远和深奥的科学真理，真真切切地走进了学生们的心中。使学生的实验设计能力、操作能力得到培养和发展。更重要的是实验包使学生与科学实验“亲密接触”，让学生能够有更多的时间和机会自主地进行科学探究活动，去体验科学探究的过程，培养了实事求是、不怕困难、敢于质疑和勇于创新的科学态度和精神，这对于学生科学素养的培养和终生发展都是弥足珍贵的！

如：在八年级上第四章《电路探秘》教学过程中，我们组装了“电路探秘实验包”，将教材中所有演示实验、分组实验和探究活动所需电学元器件，如干电池、导线、安培表、伏特表、开关、电阻、滑动变阻器等器材有序地安放在储物箱中，并结合学生实际和课标要求设计了一系列的学生能够自主完成的基础实验和合作完成的拓展实验、探究实验等作为实验包活动任务单，同时还为学生准备了许多相关电学元器件的设计原理、使用注意事项、操作规范等有关方面的资料。

课前，学生们除了可以将实验包内的电学元器件逐一“把玩”外，还可以在在预学的基础上，借助实验包活动任务单，对教材中的实验活动进行初步尝试和探索。在体验中熟悉电学元器件的结构、原理，形成初步的知识结构，生成新的问题，从而带着问题走向课堂。课中，“实验包”为充分进行学生分组实验教学提供了许多便捷。因为拥有了实验包，能近距离地触摸实验器材，分组实验不再是稀缺难得的机会，学生们能以平常心对待课堂中的分组实验。教学中，我们将许多电学的演示实验设计成学生的分组实验，通过分组实验增加学生的感性体验和巩固实验技能，再引导学生通过实验现象或实验中暴露的问题进行理性的分析，实现知识重构和顿悟。课后，学生们除了利用实验包解决学习、练习中的问题以外，还可以进行课外实验活动，诸如科学小制作、创新小实验和实验改进等活动。比如：在电路图与实物图转化练习中遇到困难时，很多学生会想到了利用实验包中的器材通过实验来解决；有学生在学习了串并联电路特点后，利用实验包中的器材设计并组装了一个抢答器电路。这对知识的理解和巩固、实验能力的提升起到促进作用。

“实验包”活动，实现了课内教学和课外教学的和谐统一，给了学生更大的空间、更广的领域，不仅丰富学生的经验、活化了知识，而且发挥特长，培养创新意识和提高实践能力，真正让科学实验成为学生能力发展的摇篮。

诚然，我们还在摸索，我们的实践还刚刚起步，或许我们的有些方法还有待改进，但毕竟我们的这些做法是受学生欢迎的。现实中没有真正的理想课堂，但是理想的课堂永远是我们追求的目标。我们科学组教师将继续努力，始终围绕提高学生科学素养的宗旨，积极探索、勇于创新，使我们的科学课堂离孩子们心目中的理想课堂近一些，更近一些。