論文摘要:科學實驗的教學趨勢呈現出注重實驗與理論的有機結合,以探究型實踐活動為主,培養學生的學習能力、動手能力。然而,在現實的課程教學中,實驗教學一直是一個薄弱環節,導致學生重結果、輕過程,實驗動手率低,實驗課教學效率不高。在新課程實驗教學中,教師應采取與之相對應的實施對策,以符合新課標的要求。
隨著基礎教育改革的逐步深入與推廣,實驗教學改革的主要目標是構建“以學生發展為本”,創設有利于引導學生探究性學習的課程實施環境,提高學生自主學習、合作交流、分析和解決問題的能力。科學實驗教學既是實現科學教育目標的基本手段,又是培養學生操作技能,發展非智力因素的主要途徑。本文擬從科學實驗的內容與形式及實際教學中的問題兩個方面,與同行一起探討實驗教學的趨勢與實施對策。
不同時期的科學課程中實驗的主要內容與形式是分層次逐漸提高的。它們分別為學科知識+基本操作—學科知識+基本操作+生活知識—學科知識+基本操作+生活知識+和環境問題。實驗的主要形式為演示實驗+學生實驗—演示實驗+邊講邊實驗+學生實驗+家庭實驗+設計實驗—編號實驗+科學探究+實踐活動+家庭實驗+習題+模塊。
科學實驗的作用和功能需要具體的內容和形式來體現,相應于科學實驗作用和功能的變化,其實驗內容和形式也呈現出顯著的變化。
不言而喻,科學實驗的趣味化可進一步發揮實驗的動機功能,而貼近生活、體現社會熱點問題(如環保)的實驗更有利于科學價值的體現、環保意識和社會責任感的培養,同時也具有激發學生學習興趣的作用。現行浙教版科學教材體系中,實驗內容的趣味化、生活化、綠色化趨勢已非常明顯,但這些實驗還多分布在選做實驗和家庭實驗等課外實驗中,在新課標課程中,這種趨勢已成為教科書實驗改革的重要方面,這類實驗不僅數量上明顯增多,而且內容深度上顯著加大。
在實驗的趣味化上表現出兩個顯著的特點,一是趣味實驗不僅出現在家庭實驗一類的課外實驗中,而且類似“彩色噴泉”這樣緊密配合學科教學內容的趣味課堂實驗也增加了。如“通過氣球體積的變化觀察氣球在水中的沉浮現象”、“用石蕊試液染制的花朵代替試紙檢驗二氧化碳與水反應生成的產物”等。這類實驗在完成其呈現原理、概念等使命的同時,用更引人注意的趣味化方式展現其魅力,融學科教學目標與情感培養目標為一體。二是更多地采用了可激發學生研究趣味活動實驗的創新設計,如研究靜摩擦的“筷子提米實驗”。隨著學生年齡的增長和知識的積累,實驗本身的學科價值和潛能開發功能的作用逐步增強,這正好與學生的心理、生理發展規律相符合。
實驗生活化的體現,一是實驗內容多采用來自平時生活中例子;二是用科學知識、技能探討的也大多是身邊的生活或社會實際問題。如“溶液酸堿度對頭發的影響”、“用塑料瓶,砂石等自制簡易凈水器”。
實驗的綠色化最初是從師生健康角度關注實驗環境的清潔,后來逐步與環境保護聯系起來,不僅教科書的實驗設計體現了綠色化,而且要求學生就實驗的綠色化進行思考、討論,甚至研究、設計。不僅視角更大,力度更強,而且其教學功能大大擴展。
實驗的教學功能不僅與其內容有關,而且與實驗的形式、呈現方式,甚至與實驗在教學中出現的位置均有關系。如課內實驗、課外實驗與家庭實驗,其功能與作用就不盡相同。又如物質性質的實驗,如果安排在相關性質的介紹之后,這個實驗就只是在驗證事實;如果安排在相關性質介紹之前,并配以相應的問題思考,就賦予了這個實驗一定的探索性、啟發性;如果先提出問題,并要求學生通過實驗尋找答案,這個實驗就具有了探究性,而探究程度的高低仍與實驗的具體設計有關。
新課標教科書提倡盡可能由學生動手做實驗,沒有了演示實驗和學生實驗之分。在“科學探究”“實踐活動”和習題中也安排了不少實驗。這些實驗分布于各章節之中,這種編排將實驗由原先的附屬于各章節變成了與各章節平行的獨立內容,顯著提升了實驗在課程中的地位。新課標不僅多用探索性和探究性兩類實驗,而且統籌考慮安排,使實驗的探究程度循序漸進,隨著學習的深入和學生知識、技能積累的增多而逐步提高,使實驗的探究性上了一個新的臺階。
隨著新課標的實施,初中科學實驗在課程中的地位、作用有了很大的變化和提高,但是從整體上看,“實驗課教學效率不高”、“實驗動手率低”、“實驗紙上談兵”、“觀看課件代替真實實驗”等情況還普遍存在。同時教師對新課程中實驗探究的實施也存在著認識不到位、嫌麻煩等問題。究其原因,主要集中在四個方面:一是教學時間緊張,怕實驗時間控制不好而影響教學進度;二是學校的實驗設備跟不上;三是教師還不能擺脫傳統的教學手段;四是沒有相應的評價體系。
因此,新課程改革的一線教師應摒棄傳統的理論講授與實驗教學分開的教學方法,注重實驗與理論的有機結合。教材中的多數實驗屬于開放性、探究型,學生必須經過實驗才能得出結論,而且結論可能不唯一。教師應引導學生用“提出問題”“設計實驗”“分析與結論”和“實際應用”等關鍵詞構建“設計實驗”這個欄目的框架。在每個關鍵詞所涉及的內容中又細化實驗目的。例如,在“分析與結論”這個關鍵詞中要常常強調“進行描述”“制作圖像”“整理數據”“分析數據”“辨認關系”“計算結果”“比較結果”“進行推測”“作出解釋”“檢驗假設”等,用具體的實驗內容來培養學生在這些方面的技能。
所謂實驗方案微型化,就是為了保持原教材的邏輯結構體系,同時又體現課程標準的重點,將實驗方案簡化、精煉,安置在相關的科學概念、原理、定律等內容附近,以欄目“小實驗”的形式出現。雖然實驗方案微型化了,但其教學功能仍定位在培養學生科學探究的基本技能和對科學探究的本質的理解之上。舉例如下。
實驗:聽力測試可以通過一個簡單的實驗測試你的聽力。實驗材料是一角、五角、一元的硬幣。請實驗合作者按照任意順序將它們從同一高度自由落下。你閉眼仔細傾聽,能辨別出不同的硬幣發出的聲音嗎?
學生們通過學習聲音的傳播、音調、響度、音色、分貝等概念、頻率和人的聽覺關系等內容;通過調查研究獲得證據;通過研究聽覺實驗的數據,完成有關的實驗方案。
將科學實驗的教學與學生分小組進行的探究活動、調查、討論、辨別等有機結合,使得實驗過程活動化。這樣設計中學科學實驗可以使課程標準所強調的重點能夠得到貫徹。為了讓學生感受科學與技術的真實世界,實驗過程應包含:活動、實驗、調查、討論、辨論、提出論點和質疑等,使它們相互交織在整個實驗活動中。
活動通常分為五個循環步驟:請你思考、請你做一做、反思與挑戰、科學在前進、拓展練習。在循環步驟二中,一般融入相關的學生實驗或教師的演示實驗。以“家庭用電”為例。
新課標認為,科學不能脫離社會,科學是社會的一部分。然而科學實驗本身是非常具有學科特色的。如何將實驗內容和生活世界結合是體現新課標精神的重要問題,因此實驗設計要表現出“實驗內容生活化”的特點。
教材中提出了許多與生活密切聯系、學生感興趣的、有意義的問題,在這些問題的導引下,學生經歷科學證據的收集、整理過程;學習對科學證據的獲得、解釋和評價的方法;探討科學證據的兩面性,即對人們生活、健康、環境等有利和不利的兩個方面,然后自己主動提出問題,并在基于科學證據而不是個人感覺的基礎上作出相關的、恰當的決策。學生親身參與各種科學探究活動有利于他們逐步理解科學的力量和局限性,理解科學是一個不斷提出問題、收集與整理證據的過程,而不是掌握一系列現成答案的知識體系。從這個意義上來說,教材給予學生的經歷,可以幫助他們獲得如何運用科學知識解決實際問題的能力。
通過實驗過程中的行為表現來評價學生對科學內容的理解是否具備各種探究的技能,是實驗評價的重要特點。行為化的實驗評價也是真實而公平的評價的具體表現。
評價學生的學科學習分為四個方面:檔案袋評價、知識評價、行為評價和技能評價。其中的行為評價主要是針對學生在“設計科學實驗”和“小實驗”中的表現。行為評價主要包括以下內容。
(2)對實驗技能的掌握:觀察、交流、預測、測量、解釋數據、使用數據、制作圖表、控制變量、歸納、推理、推導公式、構建模型、操作性定義等。
(3)對概念和定理的理解:通過實驗現象和實驗過程使學生明確概念、定理建立的依據,掌握其建立的方法,理解概念、定理的內涵,理解相關概念之間的聯系和區別。
(4)分析和總結:在遵循證據法則和運用科學知識的基礎上,分析解釋和總結必須具有邏輯上的內在一致性,通過批判性思考,合理地接受他人的質疑,并進行更改。
(5)情景的應用:思考、討論與現實生活密切相關的問題并發表觀點,評價學生運用科學知識進行、生活和對社會問題的看法的能力。
教師對學生學習的評價分為四個方面,并給出每個方面的比重,其中實驗教學的比重最大,分別為實驗室活動和實驗記錄、實驗報告占40%;知識評價占30%;研究性學習成果的展示占20%;參加班級活動占10%。學生在實驗活動中對圖表、實驗步驟、實驗內容等的語言描述往往比實驗結果更重要,學生參與討論和表現的過程也是教師評價學生的一個方面。
21世紀標志著人類社會進入了一個以信息、智力資源為重要因素的社會經濟文化時代。培養公民的科學素養主要并不在于增加其知識和信息的容量,重要的是培養科學思維的方法,以及獲取知識和信息,并利用它們發現、分析和解決問題的能力。正如著名的科學家愛因斯坦所說:“科學不只是定理的收集和事實的羅列,它更是人類智慧伴隨著各種新思想和新概念的創造和結晶。”
科學發展的趨勢啟示我們應該重新認識和挖掘中學科學的教學功能,并且在新課程標準的指導下,設計與課程的三維目標和科學探究內容有機結合的科學實驗,從而使實驗的設計和課程的實施能夠更好地體現和貫徹新課標的精神。
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