科學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力的嘗試論文
摘要：本文結(jié)合筆者的教學(xué)實踐論述了培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力的一些體會。
關(guān)鍵詞：科學(xué)教學(xué)；實驗設(shè)計能力；培養(yǎng)
科學(xué)探究按七個要素來劃分：“提出問題”、“猜想與假設(shè)”、“制定計劃與設(shè)計實驗”、“進(jìn)行實驗與收集證據(jù)”、“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(xí)，但實際的科學(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要素的某個或某幾個，以下是筆者平時培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力教學(xué)的一點體會：
一、取材生活化來培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力
實驗教學(xué)活動要求開發(fā)靈活多樣、多種形式的實驗資源來支持學(xué)生隨堂的實驗探究和課外的動手實驗。將身邊隨手可得的日常生活用品，包括玩具、學(xué)習(xí)用品等來代替儀器，創(chuàng)設(shè)寬松有趣的實驗環(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)的真實性，感受到科學(xué)和社會、科學(xué)和日常生活的關(guān)系。提高學(xué)習(xí)的興趣和效率，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力。
比如給每一位學(xué)生一個礦泉水瓶，讓他們設(shè)計一些科學(xué)探究實驗(越多越好)。學(xué)生四人一組邊做邊討論。收集到的一些設(shè)計如下：
1.用手壓瓶，瓶變形，說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，它會逐漸慢下來，直到停止，說明力能改變物體的運動狀態(tài)(用空瓶做，然后用裝滿水的瓶做，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，水會向后方傾斜，這是由于水的慣性引起。
4.裝滿水，放在陽光下，做光的折射實驗。
5.把瓶蓋旋下來，放在燒杯的水面上，這是由于浮力引起的，說明浮力。
6.把瓶子中的水用力潑出去，水在空中能“飛行”說明水有慣性。
7.在瓶子中裝適量的水，用瓶蓋敲擊燒杯；燒杯被敲響，同時水中有波浪；聲音是由振動產(chǎn)生的。
8.在瓶子壁上從上到下順次扎三個眼，在瓶中注滿水；三個孔都有水柱涌出，最下面的最長，越往上越短；壓強(qiáng)的大小與水的深度有關(guān)。
學(xué)生的設(shè)計還有很多很多。這樣一來學(xué)生感覺到科學(xué)實驗的設(shè)計并不是高不可攀的，生活中處處有科學(xué)。
二、創(chuàng)設(shè)足夠的科學(xué)情景培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力
在學(xué)生充分感受和體驗的基礎(chǔ)上，或者是在引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識的基礎(chǔ)上，提出問題讓學(xué)生進(jìn)行猜想或設(shè)計實驗。只有“讓學(xué)生只需跳一跳就能摘下蘋果”的教學(xué)過程，才能提高學(xué)生的興趣，否則，學(xué)生就會產(chǎn)生畏難情緒。
在進(jìn)行《平面鏡成像特點》教學(xué)時，可以這樣設(shè)計和實施教學(xué)過程的：觀察平面鏡的像——→利用反射規(guī)律作圖做出平面鏡的像(平面鏡成像原理)——→提出問題(像與物有什么關(guān)系)——→學(xué)生猜想——→設(shè)計實驗(利用平面鏡)——→評估(利用平面鏡不能完成實驗)——→再設(shè)計實驗(要利用平板玻璃)——→進(jìn)行實驗——→分析實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論。
在進(jìn)行《電動機(jī)》教學(xué)過程中，教學(xué)過程可以這樣進(jìn)行：提出問題(給學(xué)生發(fā)放小電動機(jī)，讓其觀察，提出問題)——→磁場對通電導(dǎo)線的作用(要學(xué)生利用桌上的實驗器材讓導(dǎo)線動起來)——→探究通電導(dǎo)線在磁場中的受力方向與什么因素有關(guān)——→通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動——→小結(jié)。教師與學(xué)生在探究完通電導(dǎo)線在磁場中的受力方向與磁場方向和電流方向的關(guān)系后，就說，通電導(dǎo)線在磁場中受力會運動，若用導(dǎo)線繞成線圈，置于磁場中，給它通電會怎樣呢？然后演示通電線圈在磁場中的轉(zhuǎn)動。從直導(dǎo)線到線圈是學(xué)生認(rèn)識過程的一個飛躍，教師在教學(xué)過程中要循循漸進(jìn)地進(jìn)行引導(dǎo)(處于磁場中的直導(dǎo)線—→只能一個方向運動—→磁鐵不能做得很大—→在有限的磁場區(qū)域內(nèi)—→導(dǎo)線運動過去又運動回來——→線圈)。
在進(jìn)行《組裝電路》教學(xué)時，先復(fù)習(xí)上一節(jié)課學(xué)習(xí)最簡單電路的基礎(chǔ)上，再提出本節(jié)課要探究的問題。一、二組設(shè)計一個電路，要求是一個開關(guān)控制兩個燈泡，把其中一個燈泡取下后，另一個燈泡熄滅；三、四組設(shè)計一個電路，要求是一個開關(guān)控制兩個燈泡，把其中一個燈泡取下后，另一個燈泡不熄滅。
三、延遲評價培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力
教學(xué)評價是教學(xué)的重要組成部分，對實驗設(shè)計的及時、有效的評價可以是學(xué)生自評、學(xué)生互評、教師評定，特別是有計劃地評價不同的組，發(fā)現(xiàn)并表揚能起示范作用的小組或個人，不僅有教育意義，而且對以后的探究活動的進(jìn)行有良好的影響。
但是有時卻要采用延遲評價。例如在學(xué)生進(jìn)行各種實驗設(shè)想的過程中，暫時不對設(shè)想進(jìn)行評價，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)。在有限的時間內(nèi)提出數(shù)量眾多的創(chuàng)造性設(shè)想。因為學(xué)生在設(shè)計實驗時，特別是新穎獨特的設(shè)計的過程是思維的過程。就像機(jī)器啟動一樣，從“靜”到“動”是有一個過程，新穎獨特的設(shè)計在這個思維中過程的后半段。在學(xué)生思維啟動的過程中，教師過早評價，往往會成為思維展開的抑制因素。因此，教師在課堂上要有耐心，不要過早的表達(dá)，即延遲評價。在這種情況下，學(xué)生會有一種“安全感”、“自由感”，針對問題展開積極的思維活動和言語活動，既能啟發(fā)他人，也受別人啟發(fā)，營造一種智力激勵環(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？”一開始有的學(xué)生說：“把接觸面磨光滑些�！庇械恼f“在接觸面加潤滑油”……一位同學(xué)說：“在實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�！苯酉聛淼臅r間，學(xué)生還想到了磁懸浮列車的模型。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。但是，如果在學(xué)生講了前面的想法后就過早地做出評價，后面這些具有創(chuàng)新意義的想法便很難出現(xiàn)。
四、展示和創(chuàng)新實驗設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力
如在做“壓縮氣體，氣體內(nèi)能增加”的實驗中，筒內(nèi)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，實驗研究的對象是什么？為什么筒內(nèi)放易燃物？為什么要迅速壓下活塞？這一系列的問題，在火花閃過之后學(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驗時，筒內(nèi)先不放易燃物壓縮筒內(nèi)空氣，要求學(xué)生仔細(xì)觀察空氣的內(nèi)能是否增加，這時學(xué)生就會感到困惑，空氣內(nèi)能增加與否看得見嗎？此時自然引出實驗設(shè)計的問題情景：怎樣變“不可見”為“可見”？順著這樣的思路展開實驗教學(xué)過程。由于實驗是學(xué)生主動參與設(shè)計的`，設(shè)計目的明確，學(xué)生無論是對實驗所揭示的結(jié)論還是實驗設(shè)計思想均能產(chǎn)生深刻的認(rèn)識和理解。
如“冰和酒精混合演示分子間有間隙”的實驗，按課本上用普通量筒來做實驗，體積變化不明顯，據(jù)此得出的結(jié)論是否可信呢？如此微小的體積變化，有沒有可能是因液體從一個容器倒入另一個容器時，沒有完全倒出(容器壁上吸附殘留)所致？這些疑惑不解決，學(xué)生就不能確信實驗的結(jié)論。理解的知識也是似是而非的。這時，教師要因勢利導(dǎo)，讓學(xué)生設(shè)計改進(jìn)該實驗，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，也是一個極好的時機(jī)。
兩種液體混合后液面下降越多，實驗的可見度就越高，要提示實驗的可觀度由△h=△V/S得出，適當(dāng)減小玻璃管的直徑或增加混合的兩種液體的量都能達(dá)到這個目的。當(dāng)相應(yīng)混合的兩種液體的量一定時，減少玻璃管的直徑就可以達(dá)到目的，但管徑太細(xì)，則需增加管子長度，給實驗帶來不便。若保持玻璃管長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(dá)不到增加可見度的目的。能否把兩者統(tǒng)一起來？通過以上這些設(shè)計思想的展示和分析，有的同學(xué)設(shè)計了相應(yīng)的實驗裝置，這種實驗裝置既不增加長度，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，此時學(xué)生的創(chuàng)新性得到了充分的發(fā)揮，這種鍛煉和培養(yǎng)，能讓學(xué)生受益終生。
五、設(shè)計多樣化培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力
例如，在“做功和內(nèi)能的改變”和“熱傳遞和內(nèi)能的改變，熱量”兩節(jié)的教學(xué)時，向?qū)W生發(fā)問：“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)過開動腦筋提出了許多方法：放在火上烤，用太陽曬，放在開水里，用石頭磨，用砂紙擦，用鐵錘反復(fù)敲打，用鉗子反復(fù)扭折等。在發(fā)散思維的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了改變內(nèi)能的兩種方法：做功和熱傳遞。這種訓(xùn)練方法是：首先由教師提出要解決的問題和要求，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(shè)計各種可行的方案，最后殊途同歸。
例如，在學(xué)習(xí)了伏安法測電阻的實驗設(shè)計以后，要測量導(dǎo)體的電阻，若給你一組電池，一只電鍵，若干根導(dǎo)線，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(kuò)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(rèn)識事物的規(guī)律，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展。因為教學(xué)注重了學(xué)生的經(jīng)歷和體驗，充分調(diào)動了學(xué)生的思維活動，學(xué)生主動參與猜想與發(fā)散性實驗設(shè)計過程，從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實踐能力。
參考文獻(xiàn)：
[1]姜翠娟.在教學(xué)實踐中培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)實驗設(shè)計能力[J].科學(xué)教育，2005(6).
[2]張薇.培養(yǎng)初中學(xué)生的實驗設(shè)計能力[J].寧夏教育，1992(9).
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