科學(xué)教學(xué)中培養學(xué)生實(shí)驗設計能力的嘗試論文
摘要：本文結合筆者的教學(xué)實(shí)踐論述了培養學(xué)生實(shí)驗設計能力的一些體會(huì )。
關(guān)鍵詞：科學(xué)教學(xué)；實(shí)驗設計能力；培養
科學(xué)探究按七個(gè)要素來(lái)劃分：“提出問(wèn)題”、“猜想與假設”、“制定計劃與設計實(shí)驗”、“進(jìn)行實(shí)驗與收集證據”、“分析與論證”、“評估”、“交流與合作”。它是為了方便學(xué)生了解和學(xué)習，但實(shí)際的科學(xué)探究，特別是初中科學(xué)教學(xué)中的探究更多的則是涉及這七個(gè)要素的某個(gè)或某幾個(gè)，以下是筆者平時(shí)培養學(xué)生實(shí)驗設計能力教學(xué)的一點(diǎn)體會(huì )：
一、取材生活化來(lái)培養學(xué)生實(shí)驗設計能力
實(shí)驗教學(xué)活動(dòng)要求開(kāi)發(fā)靈活多樣、多種形式的實(shí)驗資源來(lái)支持學(xué)生隨堂的實(shí)驗探究和課外的動(dòng)手實(shí)驗。將身邊隨手可得的日常生活用品，包括玩具、學(xué)習用品等來(lái)代替儀器，創(chuàng )設寬松有趣的實(shí)驗環(huán)境，消除學(xué)生的畏難情緒及對科學(xué)的神秘感，拉近科學(xué)與生活的距離，讓學(xué)生深切地感受到科學(xué)的真實(shí)性，感受到科學(xué)和社會(huì )、科學(xué)和日常生活的關(guān)系。提高學(xué)習的興趣和效率，培養學(xué)生的創(chuàng )新能力，從而培養學(xué)生的實(shí)驗設計能力。
比如給每一位學(xué)生一個(gè)礦泉水瓶，讓他們設計一些科學(xué)探究實(shí)驗(越多越好)。學(xué)生四人一組邊做邊討論。收集到的一些設計如下：
1.用手壓瓶，瓶變形，說(shuō)明力能改變物體的形狀。
2.把它放在水平地面上，用力使它滾動(dòng)，它會(huì )逐漸慢下來(lái)，直到停止，說(shuō)明力能改變物體的運動(dòng)狀態(tài)(用空瓶做，然后用裝滿(mǎn)水的瓶做，你還能得出慣性和質(zhì)量有關(guān))。
3.裝部分的水，放在水平桌面上，突然推它，水會(huì )向后方傾斜，這是由于水的慣性引起。
4.裝滿(mǎn)水，放在陽(yáng)光下，做光的折射實(shí)驗。
5.把瓶蓋旋下來(lái)，放在燒杯的水面上，這是由于浮力引起的，說(shuō)明浮力。
6.把瓶子中的水用力潑出去，水在空中能“飛行”說(shuō)明水有慣性。
7.在瓶子中裝適量的水，用瓶蓋敲擊燒杯；燒杯被敲響，同時(shí)水中有波浪；聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的。
8.在瓶子壁上從上到下順次扎三個(gè)眼，在瓶中注滿(mǎn)水；三個(gè)孔都有水柱涌出，最下面的最長(cháng)，越往上越短；壓強的大小與水的深度有關(guān)。
學(xué)生的設計還有很多很多。這樣一來(lái)學(xué)生感覺(jué)到科學(xué)實(shí)驗的設計并不是高不可攀的，生活中處處有科學(xué)。
二、創(chuàng )設足夠的科學(xué)情景培養學(xué)生實(shí)驗設計能力
在學(xué)生充分感受和體驗的基礎上，或者是在引導學(xué)生復習已經(jīng)學(xué)習過(guò)的知識的基礎上，提出問(wèn)題讓學(xué)生進(jìn)行猜想或設計實(shí)驗。只有“讓學(xué)生只需跳一跳就能摘下蘋(píng)果”的教學(xué)過(guò)程，才能提高學(xué)生的興趣，否則，學(xué)生就會(huì )產(chǎn)生畏難情緒。
在進(jìn)行《平面鏡成像特點(diǎn)》教學(xué)時(shí)，可以這樣設計和實(shí)施教學(xué)過(guò)程的：觀(guān)察平面鏡的像——→利用反射規律作圖做出平面鏡的像(平面鏡成像原理)——→提出問(wèn)題(像與物有什么關(guān)系)——→學(xué)生猜想——→設計實(shí)驗(利用平面鏡)——→評估(利用平面鏡不能完成實(shí)驗)——→再設計實(shí)驗(要利用平板玻璃)——→進(jìn)行實(shí)驗——→分析實(shí)驗數據得出結論。
在進(jìn)行《電動(dòng)機》教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)過(guò)程可以這樣進(jìn)行：提出問(wèn)題(給學(xué)生發(fā)放小電動(dòng)機，讓其觀(guān)察，提出問(wèn)題)——→磁場(chǎng)對通電導線(xiàn)的作用(要學(xué)生利用桌上的實(shí)驗器材讓導線(xiàn)動(dòng)起來(lái))——→探究通電導線(xiàn)在磁場(chǎng)中的受力方向與什么因素有關(guān)——→通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中的轉動(dòng)——→小結。教師與學(xué)生在探究完通電導線(xiàn)在磁場(chǎng)中的受力方向與磁場(chǎng)方向和電流方向的關(guān)系后，就說(shuō)，通電導線(xiàn)在磁場(chǎng)中受力會(huì )運動(dòng)，若用導線(xiàn)繞成線(xiàn)圈，置于磁場(chǎng)中，給它通電會(huì )怎樣呢？然后演示通電線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中的轉動(dòng)。從直導線(xiàn)到線(xiàn)圈是學(xué)生認識過(guò)程的一個(gè)飛躍，教師在教學(xué)過(guò)程中要循循漸進(jìn)地進(jìn)行引導(處于磁場(chǎng)中的直導線(xiàn)—→只能一個(gè)方向運動(dòng)—→磁鐵不能做得很大—→在有限的磁場(chǎng)區域內—→導線(xiàn)運動(dòng)過(guò)去又運動(dòng)回來(lái)——→線(xiàn)圈)。
在進(jìn)行《組裝電路》教學(xué)時(shí)，先復習上一節課學(xué)習最簡(jiǎn)單電路的基礎上，再提出本節課要探究的問(wèn)題。一、二組設計一個(gè)電路，要求是一個(gè)開(kāi)關(guān)控制兩個(gè)燈泡，把其中一個(gè)燈泡取下后，另一個(gè)燈泡熄滅；三、四組設計一個(gè)電路，要求是一個(gè)開(kāi)關(guān)控制兩個(gè)燈泡，把其中一個(gè)燈泡取下后，另一個(gè)燈泡不熄滅。
三、延遲評價(jià)培養學(xué)生實(shí)驗設計能力
教學(xué)評價(jià)是教學(xué)的重要組成部分，對實(shí)驗設計的及時(shí)、有效的評價(jià)可以是學(xué)生自評、學(xué)生互評、教師評定，特別是有計劃地評價(jià)不同的組，發(fā)現并表?yè)P能起示范作用的小組或個(gè)人，不僅有教育意義，而且對以后的探究活動(dòng)的進(jìn)行有良好的影響。
但是有時(shí)卻要采用延遲評價(jià)。例如在學(xué)生進(jìn)行各種實(shí)驗設想的過(guò)程中，暫時(shí)不對設想進(jìn)行評價(jià)，以便使參加討論的人能在緩和自由的氣氛中暢所欲言，相互啟發(fā)。在有限的時(shí)間內提出數量眾多的創(chuàng )造性設想。因為學(xué)生在設計實(shí)驗時(shí)，特別是新穎獨特的設計的過(guò)程是思維的過(guò)程。就像機器啟動(dòng)一樣，從“靜”到“動(dòng)”是有一個(gè)過(guò)程，新穎獨特的設計在這個(gè)思維中過(guò)程的后半段。在學(xué)生思維啟動(dòng)的過(guò)程中，教師過(guò)早評價(jià)，往往會(huì )成為思維展開(kāi)的抑制因素。因此，教師在課堂上要有耐心，不要過(guò)早的表達，即延遲評價(jià)。在這種情況下，學(xué)生會(huì )有一種“安全感”、“自由感”，針對問(wèn)題展開(kāi)積極的思維活動(dòng)和言語(yǔ)活動(dòng)，既能啟發(fā)他人，也受別人啟發(fā)，營(yíng)造一種智力激勵環(huán)境。 例如：在講了“摩擦力”后，要求學(xué)生談?wù)劇叭绾螠p少摩擦力？”一開(kāi)始有的學(xué)生說(shuō)：“把接觸面磨光滑些�！庇械恼f(shuō)“在接觸面加潤滑油”……一位同學(xué)說(shuō)：“在實(shí)際中還可以在物體上加上輪子”后，全班同學(xué)似乎陷入了沉默。幾分鐘后一位學(xué)生突然冒出一句“可以讓上面的東西浮起來(lái)�！苯酉聛�(lái)的時(shí)間，學(xué)生還想到了磁懸浮列車(chē)的模型。最后，筆者對學(xué)生的這些想法給予了充分的肯定和積極的評價(jià)。但是，如果在學(xué)生講了前面的想法后就過(guò)早地做出評價(jià)，后面這些具有創(chuàng )新意義的想法便很難出現。
四、展示和創(chuàng )新實(shí)驗設計培養學(xué)生的實(shí)驗設計能力
如在做“壓縮氣體，氣體內能增加”的實(shí)驗中，筒內易燃物產(chǎn)生明亮的火花給了學(xué)生鮮明深刻的印象。然而，實(shí)驗研究的對象是什么？為什么筒內放易燃物？為什么要迅速壓下活塞？這一系列的問(wèn)題，在火花閃過(guò)之后學(xué)生腦子里仍不清楚，不明確，若教學(xué)中改變教材中一舉成功的做法而是在實(shí)驗時(shí)，筒內先不放易燃物壓縮筒內空氣，要求學(xué)生仔細觀(guān)察空氣的內能是否增加，這時(shí)學(xué)生就會(huì )感到困惑，空氣內能增加與否看得見(jiàn)嗎？此時(shí)自然引出實(shí)驗設計的問(wèn)題情景：怎樣變“不可見(jiàn)”為“可見(jiàn)”？順著(zhù)這樣的思路展開(kāi)實(shí)驗教學(xué)過(guò)程。由于實(shí)驗是學(xué)生主動(dòng)參與設計的`，設計目的明確，學(xué)生無(wú)論是對實(shí)驗所揭示的結論還是實(shí)驗設計思想均能產(chǎn)生深刻的認識和理解。
如“冰和酒精混合演示分子間有間隙”的實(shí)驗，按課本上用普通量筒來(lái)做實(shí)驗，體積變化不明顯，據此得出的結論是否可信呢？如此微小的體積變化，有沒(méi)有可能是因液體從一個(gè)容器倒入另一個(gè)容器時(shí)，沒(méi)有完全倒出(容器壁上吸附殘留)所致？這些疑惑不解決，學(xué)生就不能確信實(shí)驗的結論。理解的知識也是似是而非的。這時(shí)，教師要因勢利導，讓學(xué)生設計改進(jìn)該實(shí)驗，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )造性，也是一個(gè)極好的時(shí)機。
兩種液體混合后液面下降越多，實(shí)驗的可見(jiàn)度就越高，要提示實(shí)驗的可觀(guān)度由△h=△V/S得出，適當減小玻璃管的直徑或增加混合的兩種液體的量都能達到這個(gè)目的。當相應混合的兩種液體的量一定時(shí)，減少玻璃管的直徑就可以達到目的，但管徑太細，則需增加管子長(cháng)度，給實(shí)驗帶來(lái)不便。若保持玻璃管長(cháng)度不變而減少玻璃管的直徑，勢必造成混合液體的量的減少，達不到增加可見(jiàn)度的目的。能否把兩者統一起來(lái)？通過(guò)以上這些設計思想的展示和分析，有的同學(xué)設計了相應的實(shí)驗裝置，這種實(shí)驗裝置既不增加長(cháng)度，又可容納較多的液體，管子下部的體積越大，則混合后液面下降越多，效果越明顯，此時(shí)學(xué)生的創(chuàng )新性得到了充分的發(fā)揮，這種鍛煉和培養，能讓學(xué)生受益終生。
五、設計多樣化培養學(xué)生的實(shí)驗設計能力
例如，在“做功和內能的改變”和“熱傳遞和內能的改變，熱量”兩節的教學(xué)時(shí)，向學(xué)生發(fā)問(wèn)：“我們可以用哪些方法使鐵絲溫度升高？想得越多越好�！睂W(xué)生經(jīng)過(guò)開(kāi)動(dòng)腦筋提出了許多方法：放在火上烤，用太陽(yáng)曬，放在開(kāi)水里，用石頭磨，用砂紙擦，用鐵錘反復敲打，用鉗子反復扭折等。在發(fā)散思維的基礎上，總結出了改變內能的兩種方法：做功和熱傳遞。這種訓練方法是：首先由教師提出要解決的問(wèn)題和要求，然后讓學(xué)生各自發(fā)揮聰明才智，探索各種合理的方法，設計各種可行的方案，最后殊途同歸。
例如，在學(xué)習了伏安法測電阻的實(shí)驗設計以后，要測量導體的電阻，若給你一組電池，一只電鍵，若干根導線(xiàn)，還需要哪些儀器？
解法1：電流表和電壓表各一只。
解法2：2只電壓表，一只定值電阻。
解法3：2只電流表，一只定值電阻。
解法4：一只電流表，一只電阻箱。
還有其他解法，僅從以上4種解法可以看到，這種處理方法對擴展學(xué)生視野、活躍學(xué)生思維、獲得成功體驗是很有益的。
以上這些方法的教學(xué)符合學(xué)生認識事物的規律，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，有利學(xué)生的長(cháng)遠發(fā)展。因為教學(xué)注重了學(xué)生的經(jīng)歷和體驗，充分調動(dòng)了學(xué)生的思維活動(dòng)，學(xué)生主動(dòng)參與猜想與發(fā)散性實(shí)驗設計過(guò)程，從而培養了學(xué)生的創(chuàng )新思維能力和實(shí)踐能力。
參考文獻：
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