首页 -> 2008年第5期
提高探究性实验的有效性
作者：王福云
[关键词]科学教育 实验探究 交流共享 有效性 差异性
新课程的一个突出特点就是培养学生的自主探究能力。科学是一门以实验为基础的学科。在科学教学中，实验占有非常重要的地位。通过观察实验现象，可以引导学生发现问题、思考问题、探索解决问题，从而总结出科学规律。由于新教材内容多，涉及面广，在课堂教学时难以面面俱到，教师必须在课前对实验的内容进行详细地研究，进行分层分点处理，尽可能地改演示实验为学生实验。改验证性实验为教师指导下的学生探究实验，让学生把“做实验”融入到学习科学的全过程， 在“做”中切实提高学生的探究能力。
（一）加强实验指导，增强探究有效性
探究性实验的目的是通过引导学生动手参与学习活动，从而透过现象发现其中的科学性质与规律，因此“实验探究”的关键是“探究”及其有效性。
1.巧妙设计， 有效利用教材。教材中的“探究实验”内容是分散穿插在教材中为课堂教学服务的。例如，在讲解“物质在水中的溶解过程中伴随着能量的变化”时，教师设置问题情景，提问：“食盐和蔗糖溶于水后，温度有变化吗？”根据生活经验，学生知道无变化，那么教师在此时要不失时机地提问：“是否所有的物质都是这样呢？”激发学生实验欲望，并在课堂上让学生动手进行实验，根据实验现象，即可得到结论。这样既避免了单独编排学生实验的做法，也消除了学生实验和教师演示实验之间的界限。通过让学生亲自动手实验，大大增强学生探索求知的欲望，也更符合学生的认识规律。
2.指导探究，掌握基本方法。活动与探究特别强调“体验”这一心理过程，让学生在探究中了解到科学探究的一般方法是从问题出发，经过猜想、实验、观察、分析、表达与交流等过程，从而达到认识、解决问题的目的。比如结合“反应前后各物质的质量之和会发生变化吗”这一课题，让学生来掌握探究性学习的一般程序和方法、途径。第一步，提出问题：在一定条件下，反应物之间发生化学变化生成新的物质。那么，反应前后各物质的质量之和会不会发生改变？第二步，让学生根据已有的科学知识和平时积累的经验，对“反应前后各物质的之和会不会发生改变”的问题提出各种假设，学生经过讨论，归纳、总结出三种假设：增加，减少，不变。第三步，引导学生通过不同途径收集证据。途径一，回忆已有知识：在化学变化中，元素和原子的种类不变，数目不变，原子质量不变。途径二，查阅资料： 从波义耳的失误到拉瓦锡质量守恒定律的发现。途径三，实验探究：根据提出假设的依据和已有的知识设计实验方案，分组实施实验，观测并记录实验数据。实验方案由学生以小组为单位自主设计，教师指导学生进行修改定稿。第四步，指导学生整理实验记录。第五步，指导学生总结实验，得出结论。为了使实验探究能够达到预期效果，教师必须提前做好教学设计，调整实验方案。认真筹划教学内容，使实验教学跟探究学习有机融合，充分发挥实验的探究功能。学生在参与科学探究的过程中，探究的兴趣可以得到培养和提高，探索的兴趣和欲望能够得到激发和调动。这样，学生对科学课的兴趣自然越来越浓，学习科学课的主动性越来越高，学习科学课的技术和能力也将越来越强。
3.适度开放，进行自主实验。探究性实验的目标在于：发展学生的能力，包括发现问题的能力、制定计划的能力和解决问题的能力；培养学生的问题意识和创新精神等。基于上述目标，结合初中学生认知的成长历程，探究性实验不能由教师全盘决定，也不能完全放任自由，而应该在适度开放中由学生自主实验。例如探究影响物体所受浮力大小的影响因索：教师让学生亲自体验，利用日常所见的活动作引入，把空瓶压在水里越深，手受到的力越大，让学生通过物体受浮力越来越大的过程，引导学生猜想浮力大小与深度有关。在感受浮力增大的同时，引导学生观察排开的水越来越多，启发学生猜想浮力大小与排开的水之间存在关系。学生探究出浮力与排开液体重力的关系后，再根据猜想引导学生探究浮力与深度的关系。在猜想浮力大小与什么有关时，学生还猜想到浮力的大小与深度可能有关？学生自己做实验进行探究检验，探究深度对浮力的影响。在把物体逐渐浸入水的过程中，有的学生发现弹簧测力计的示数逐渐减少，得出结论：深度越深，物体所受浮力越大。但另一组同学反对，他们发现物体在不同深度，但浮力不变（两组学生并没有注意物体是否浸没的条件）。教师不急于评价两组同学不同的意见，而是说：“谁对谁错？请注意物体在液体中的不同位置去看待两个结论”。在教师的引导下，学生发现分别在不完全浸没与完全浸没的条件下，两个结论都对。
4.引导思考，学会举一反三。在实验探究中，不仅是动动眼睛和其他感官就行，还要开动脑筋去分析和判断，使实验探究真正起到培养学生学习方法和能力的目的。如实验室制氧气时除观察现象外，还要思考：为什么先要检查装置的气密性？加热试管时管口为何要略向下倾斜？导气管为何不能伸入反应试管太长？充满氧气的集气瓶为什么正放在桌面上？等等。教师多问几个为什么，就可以启发学生多思考，从而培养学生的问题意识和解决问题的能力，进一步明确实验的目的。这样，既可以防止学生把做科学实验当成耍魔术、看热闹，又在实验过程中不断培养学生严谨缜密的科学思维。教师在应这方面作重点启发和引导，并在操作前讲明实验的目的和要求，实验后由学生评价和小结，并要求学生查找该实验的后续补充资料。特别需要强调的是，教师不要把实验过程和实验结论过早地告诉学生，而应当运用启发式教学思想，促进学生创新。例如在“叶下表皮”的观察实验中，有的学生完全按照课本的要求去做，而有的学生则将叶背面相对折合，经过搓动后获得较大面积的下表皮再进行观察，效果更好。这一点改进实际上就是学生的创新能力的体现。教师在实验教学中，应该尽量将一些验证性实验改为探索性实验，让学生在实验中多思考、勤分析，通过自己的劳动获取新知识。
（二）关注实验探究活动中学生的差异性
由于学生的个体差异以及学生的自身发展和思维发展具有一定的阶段性，教师需对不同能力的学生要提出不同的要求。例如对蜡烛及其燃烧的探究，虽然是学生十分熟悉的生活现象，但是在实际探究过程中却发现有部分学生很难全面地观察，准确地描述。因此，教师可与学生共同设计具有一定梯度的小问题，引导他们走向成功。同时，对学有余力的学生，可通过增加实验观察的内容，提高实验内容的难度，充分发挥这部分学生的智慧，提高他们的学习能力。教师必须树立“教满足所有学生需求的科学知识”的理念，关注实验探究活动中学生的差异性，使每个学生的学习愿望得到最大的满足，学习能力得到最大的发挥。
班级中大多成立科学兴趣活动小组，小组有相对固定的人员组成、活动时间和课程设置，辅导教师应对科学兴趣活动小组成员作重点培养，可安排小组成员发挥自身优势，检查指导班级中的其他学生的实验探究，以点带面，以强帮弱，实现共同进步。这样，既解决了一名教师在指导全班学生“心有余而力不足”的矛盾，也培养和锻炼了这些尖子生，使他们成为科学学科的骨干和中坚。例如解决以下问题：吊在滑轮下面的重物A的质量为100kg，请画出最省力的滑轮组的绳子绕法，并且组装好的滑轮组需要完成以下几点：①不计动滑轮重、绳重及摩擦，匀速提升重物A时，需要多大拉力；②不计绳重与摩擦，匀速提升重物A时，所用拉力为250N。需要此挂轮匀速提升200N的物体B时，需用多大拉力？前后两种情况下，机械效率分别为多少？③考虑滑轮重及摩擦，把重物A提高1m，此时滑轮组的机械效率为80%，此时滑轮组做的额外功是多大？若动滑轮重为100N。那么滑轮组克服摩擦所做的额外功又是多少？提问前说明只要能画出最省力的滑轮组的绳子，并完成了第一问，即达到基本要求。问题一出现，气氛就活跃起来。第一问大多数学生很快完成；第二问有部分学生出现了错误，再从中等和后进层次的学生中各指派一名学生进行板演，并适当讲解；第三问把大多数学生给难住了，弄不清机械效率的涵义及额外功的计算方法。这时，教师稍加点拨，尖子生立刻领悟并马上写出正确的计算公式。同时，不失时机地安排一名优秀层次的学生板演并作适当讲解，这样全体学生对“小老师”的讲解耳目一新，集中精力思考，把问题弄清楚。在实验探究过程中，通过开展学生与学生、学生与教师、学生与社会之间的交流，可以培养学生的团队精神、刻苦精神和社会责任感等当今社会成员所必需的人文精神。
（三）发挥交流功能，实现有效共享
“交流共享”主要针对学生实验探究中的重点难点内容，以及重要的方法和理念来开展。教师要引导学生通过交流讨论澄清头脑中的错误认识，加深对有关知识的理解，在共享集体思维成果的基础上，形成科学的态度和观念。比如在借助现代教育技术进行探究原子的构成后，教师根据教材提出的“为什么说原子质量几乎全部集中在原子核上”的问题，组织学生进行讨论交流。大多数学生都能明白：原子中由于电子质量太小，可忽略不计，所以原子质量主要由原子核中的质子和中子决定。此时教师可不失时机地启发学生：“所有原子中都有质子和中子吗？”通过深入的交流，学生就能更全面地对讨论的对象作出正确判断。
初中科学学习的目的不只是在于结果，更重要的是在“实验探究”的过程中开阔眼界，拓展思路，关注现实，发展个性，培养能力。重视实验探究“过程”的经历和体会，让初中生在探索研究的过程中体验创造的艰苦和成功的欢乐，逐步形成一种日常学习与生活中喜欢质疑、乐于探究、努力求知的心理倾向。这应该是真正意义上的探究实验的有效性吧。
参考文献：
[1]教育部.全日制义务教育科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2003．
[2]陈菊.初中科学课程理念与实施[M].桂林：广西师范大学出版社，2003．
[3]李召存.探究性学习初探[J].中国教育学刊，2001，（1）．