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探究性实验课程资源开发的新视野

陈凌斐

摘要:探究性实验设计课程资源的开发主要侧重于和实验设计、科学探究相关的知识、技能和活动方式,主要途径为课本资源、有关课堂和生活题材的自制仪器、实验室、实验教师等。

关键词:探究性实验设计;课程资源;开发

初中科学教育是学生通过科学实验来探究知识,提高探究能力,养成科学习惯。但是简单的“照方抓药”式的验证性实验,或科学实验探究只靠老师讲解,实验装置只靠老师画图,实验设计只靠学生想象和在考卷上答题,是难以引发学生兴趣的。有教师怕麻烦不实施实验探究,或认为教材中探究性实验资源十分有限而难以实施探究。为了能进一步体现科学学科的实验特色,开发和利用探究性实验资源就显得刻不容缓。

一、充分挖掘课本实验资源

随着新课程改革的逐步深入,各个学科的教材都有了改变。比较现行使用的浙教版《科学》(第一册)和之前使用的《自然科学》(第一册),可以看到新教材中的实验具有以下特点:

1.实验内容增多。新教材全书共有71个实验,平均每节2.5个,还有21个“思考”和35个“讨论”,更注重对知识获取过程的探究。这样可使科学教学充分发挥实验优势,可为学生提供更多的观察实验和动手实践的机会,有利于学生从实验中学习知识、掌握方法、培养探究能力。

2.实验形式多样化。新教材在演示实验、学生实验的基础上,又增加思考、讨论和研究性课题。特别是每节的活动内容是学生在课堂上进行探究性实验设计的主要途径。这种多样化的实验形式,给学生提供了主动探究的空间,有利于学生主动学习、合作学习和探究学习,也有利于教师进行情景教学、趣味教学、探究教学,增强了探究中双边活动,体现了现代教育新理念。

3.实验设置科学化。新教材注重实验的主体性:学生只有成为实验的主体,才能谈得上提高探究能力,发展科学素质。增设的趣味性学生实验、家庭小实验和研究性课题,也体现了新教材注重实验的趣味性和探究性。

例:七年级《科学》中“观察蜗牛”的实验,不仅每个学生都能亲自动手,探究过程中观察到的现象非常有趣,真正体现了玩中学;又如,在讲“化合物之间的相互转化”内容时,让学生回家先做探究“鸡蛋放入白醋”的实验。他们发现鸡蛋外壳上附着了许多气泡,并缓慢地上浮,接着又下沉,再现以前所学浮力的知识;同时他们又发现鸡蛋外壳变软了,这样,学生很想知道蛋壳为什么会变软?它的成份是什么?它们之间又发生了什么?从而带着一个个疑问走进课堂。因此充分挖掘课本中实验资源,找出探究点,设计出探究性的实验,是探究性实验设计课程资源开发的根本保证。

二、开发和利用自制实验仪器

设计探究性实验方案进行实验操作时要因陋就简,就地取材。

案例1.在学习了氢气的实验室制法后,回家就可以用带橡皮塞的青霉素针药瓶代替大试管和集气瓶,用废圆珠笔芯做导管,在青霉素瓶的橡皮盖中心穿个孔,将圆珠笔芯插进去,做成一只小巧玲珑的简易制氢装置。药品怎么办呢?废电池的外片就是锌做的,到化工商店买来盐酸,这样,制取氢气的小实验就可以做起来了。寻找器材、药品时,多动脑筋,想一些“土”办法,不要用到瓶塞就非去找橡皮塞、用到集气瓶就非去找和它现状一模一样的瓶子不可。如果着重从仪器的性能上考虑,器材和药品的来源就广了。例如:用软木塞做瓶塞,用竹筷作搅拌棒,用药瓶作集气瓶,用脸盆作水槽等等。药品呢?做馒头的碱面就是碳酸钠,小苏打就是碳酸氢钠,食盐就是氯化钠,养花用的黑矾就是硫酸亚铁,食醋里含的醋酸等等。另外,明矾、石灰石、生石灰、铝箔、蛋壳、酒精等生活用品,都可以用作实验药品。

案例2.探究酒精与水混合用的实验器

⑴(如图1)这个仪器的制作并不复杂,学生可以自己制作,通过教具的制作能使学生学会玻管口加热圆滑和物体间黏合技术,提高了学生的动手能力,还可以培养学生相互协作的探究精神。

⑵也可以选用注射器,方法如下:

a.用注射器依次吸取等体积的酒精和水;

b.密封注射器吸水口,轻轻震荡几下,使所吸液体成分混合;               图1                                             

c.把装有混合液的注射器发给学生轮流观察(其现象开始见到整个注射器内壁布满了许多小气泡而后小气泡又逐渐由小变大);

d.4-5分钟后,用手指轻敲几下注射器壁,让小气泡聚成一个大气泡,其目的是让学生观察到酒精和水混合后总体积比原来缩小的现象。

评价:

a.用注射器作器材可随意移动,有利于学生仔细观察;

b.把实验放置在密封注射器内进行,能让学生观察到实验发生变化的全过程,有利于激发学生学习的兴趣,引导学生进行科学探究;

c.实验改正后操作简单,耗用酒精量少,现象更为明显.

案例3.塑料注射器制作气体安全点燃器(如图2)

将用过的一次性塑料注射器洗净消毒后,作为仪器用于科学实验,实验效果很好。取5毫升注射器一支,抽入适量的水,然后去掉针栓、配上带有导管的橡皮塞,一个气体安全点燃器即做成。使用时,从导管通入可燃气体,稍候即可在针头处点燃。

评价:采用此装置点燃可燃性气体,即使制取装置中气体不纯,也不会发生爆炸事故。由于其具有可加工、组装的特点,一物多用有利于学生探究创新能力的培养,激发学生学习科学的兴趣。

图2

因此,实验室条件不是很好的学校在设计探究性实验时,充分利用日常生活中的廉价器具和制作简单的实验仪器,如胶囊药板可以代替点滴板、注射器可以代替量筒、用废弃小药瓶作反应容器等,用不同容量的输药瓶截断制得不同容器的烧杯,用废灯泡做圆底烧瓶,用铁制瓶盖制作燃烧匙,再如,可用贝壳或蛋壳代替碳酸钙,用食用碱代替碳酸钠,从草木灰中提取碳酸钾、氯化钾和硫酸钾,用废铁刨花或铁屑与硫酸反应制取硫酸亚铁,用植物的花、叶制取酸碱指示剂等。这样既有助于解决实验仪器和药品的短缺问题,弥补实验经费的不足,丰富实验教学资源,又能增强学生节约和环保意识,是探究性实验设计课程资源开发的途径之一。

三、开发生活题材的实验仪器与实验设计

当实验室内的实验设备、仪器不能满足探究性实验设计的需要时,我们必须想方法开发实验室外的课程用来作实验材料。新课标指出使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种实验,可以拉近科学和生活的距离,让学生深入理解科学和生活的关系。

一是购买一些廉价、实验效果好的生活用品、儿童玩具用作实验材料。新课程标准实施以来,我校实验室相继购置了演示大气压用的塑料吸盘挂钩,光学实验用的激光手电筒,简单机械中杠杆类的各种剪刀、开汽水瓶用的启子、镊子、食品夹;研究物体稳定性的不倒翁;演示物体形变会产生弹力的弹弓、橡皮筋、乒乓球等物品用作实验材料,这些物品在实验时不仅效果好,而且由于贴近学生生活实际,用它们呈现科学现象、探究它们的原理,使学生觉得科学知识联系生活紧密,容易激发学生的学习兴趣和认知动机,促进知识和技能的形成。

二是从废旧物品、学习用具、人体和人体局部,以及日常生活用品中开发实验室外的课程资源用作实验材料。例如,可以让学生用废旧物品自制量筒和简易吊盘天平,用来测钥匙、塑料和盐水的密度。在探究压力的作用效果与什么因素有关的实验活动中,先让学生用两手指肚分别接触一支笔的笔尖与笔端,使笔不掉下来即可,再用力夹紧笔,与笔尖接触的手指肚有被刺痛的感觉,或者让学生“金鸡独立”。学生有过体验,就很容易认识压力的作用效果不仅跟压力的大小有关,而且跟压力的作用面积有关。此探究实验还可以使学生初步学习使用控制变量法。在演示惯性现象时,用纸条拖动竖放在上面的粉笔(钢笔、五号电池、长方体小木块),快速拖动纸条时,粉笔向后倒,拖动纸条带粉笔运动一段距离突然停下时,粉笔向前倒,此实验可以模仿汽车启动和刹车时的惯性现象。在探究摩擦力的大小与什么因素有关的实验中,可以在课前让学生准备长约30cm、宽约2cm的纸条和光滑塑料薄膜条。实验时先将纸条夹在课本中间,纸条不能提起课本,再将纸条夹在课本靠装订线处,纸条能提起课本,这说明了摩擦力与压力有关,再换用光滑塑料薄膜条夹在课本间,不能提起课本,说明摩擦力与接触面的粗糙程度有关。一个容器、适量冰块、一支温度计就可以做实验,不需酒精灯、铁架台等器材给冰加热(节能),冰熔化比海波熔点稳定,实验效果好,学生很容易得出晶体熔化时温度保持不变的结论。由于实验中减少了酒精灯、烧杯、试管这些玻璃仪器,教师不必强调学生小心操作、不要损坏仪器等注意事项,这样学生可以全身心操作,在宽松的学习环境中体验科学探究的过程,学习科学探究的方法。

三是根据课程内容,设计难易适度、器材易寻的学生自主探究的实验课题,如在学习了功、功率和机械效率的知识后,让学生设计一个测量自己做功、功率和机械效率的实验(背着书包或提着重物上楼),由学生自己设计实验方案,寻找实验器材,测出有关的物理量。在实验中,学生可以相互合作,也可以独立完成。然后算出自己做的功、功率和机械效率。比一比,谁做的功多?谁的功率大?谁的机械效率高?做功多的是否功率就大?机械效率就高?为什么做功多的,功率大的不一定机械效率高?学习电学部分的知识后,可以让学生观察各种家用电器的铭牌,理解其物理意义,对有些不理解的内容可以查资料或请教相关技术人员。还可以画出家庭照明电路图、计算家中每月消耗的电能以及如节能、节省电费。让学生在解决探究问题的过程中,逐步养成克服困難的信心和決心,体验战胜困难、解决问题时的喜悦,学会与他人交流合作,从而培养学生的科学情感、科学态度和价值观。

评价:上述实验取材简单,实施便捷,操作容易,学生可以人人动手参与探究实验活动,使学生的学习由被动变为主动,消除部分学生,特别是动手能力较差的学生的畏难情绪,使学生在探究实验过程中获得直接经历,加深感受,体念实验成功的愉悦,增强自信心,对今后的学习形成良性循环。也是探究性实验设计课程开发的重要途径之一。

四、开放实验室,充分利用实验室资源

科学探究离不开实验室,开放实验室是探究性实验设计的根本要求,让实验室成为了学生课外活动的基地和环境保护教育的场地。学生如果想通过实验室完成自己的实验探究,只要写出书面探究方案,就可利用实验室开放时间,在教师的指导下去完成探究。此举能极大地调动学生的学习积极性和主动性,让实验室成为学生学习科学的兴趣源泉;也有助于优秀学生脱颖而出,让实验室成为学生科学探究,展示个性的舞台。对探究能力的提高、科学素养的形成都有积极意义,是课堂教学所不能达到的。教师反映:学生参加了开放实验室活动后,对科学的兴趣增强了,课堂上发言积极了,课后提出的问题增多了,在作业中新思维、新解法也屡见不鲜。教学实践证明,开放实验室是开发和利用实验资源的一个切实可行的方法和途径。

五、收集和整理实验资源,建立科学实验资源库

课程资源建设最好的方法就是建立学校课程资源库。实验课程资源开发和利用中,实验资源库建设是最为关键的一环。按教师教学分工的不同,实验资源库的管理应该由实验教师负责。实验资源库可以拓宽实验资源开发和利用成果的分享渠道,提高实验资源的使用效率。在实验资源库之中应包含以下几个方面的内容:

⑴实验仪器、设备,药品的存放位置,拥有和使用情况,也就是使实验室管理现代化。

⑵每个学期各个年级演示实验、学生实验、家庭小实验的完成情况。

⑶实验活动、研究性学习的素材以及活动开展情况记录。

⑷各个年级科学教师在实际教学中开发和利用实验资源的登记表。

⑸教师从图书、音像资料、互联网等途径收集并经过实验教师筛选和整理的实验信息资源。一方面可以方便在教学过程中查找调用、更新和补充实验资源,另一方面在现有实验资源的基础上也可以不断提高实验资源开发和利用的水平,更好地创造和积累实验资源建设的经验,实现实验资源更大范围的交流和分享。

除了以上所谈及的开发和利用课程资源的方法以外,我们还重视学生在课程资源开发中的作用,督促并指导学生成为课程资源的开发者和受益者。引导学生在认真完成课本要求的探究实验外,并积极开发家庭小实验,重视开发替代性实验,积极开展微型实验、绿色实验的开发和研究性实验探究等等。

 

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