初中科學(xué)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐

吳仕保

摘 要：隨著新課程改革的逐漸深入，注重創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力培養(yǎng)的STEM教育引起教育界的廣泛關(guān)注，實(shí)驗(yàn)在初中科學(xué)教學(xué)的地位、作用日益凸顯。在初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中，探索科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)開放性已經(jīng)得到越來越多的教育工作者的重視。就傳統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，發(fā)現(xiàn)、剖析問題，不斷改進(jìn)初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，實(shí)施開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，提高學(xué)生動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力、分析和解決問題能力，積極探索教學(xué)質(zhì)量的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效途徑，為初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；開放性；途徑；實(shí)踐

初中科學(xué)是一門通過實(shí)驗(yàn)演示驗(yàn)證知識(shí)原理的學(xué)科。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，能夠鞏固和加深對(duì)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)。初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的是通過實(shí)驗(yàn)演示、動(dòng)手操作和實(shí)驗(yàn)總結(jié)等教學(xué)活動(dòng)來印證科學(xué)基礎(chǔ)原理，幫助學(xué)生理解，鞏固知識(shí)。在探索初中科學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，初中科學(xué)課程開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性不言而喻，因此探索開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對(duì)當(dāng)前初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和參考價(jià)值。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的局限性

在初中科學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為了克服實(shí)驗(yàn)過程系統(tǒng)性和繁瑣性的特點(diǎn)，積極探索和采取新穎、高效的教學(xué)手段是目前發(fā)展的主要趨勢(shì)。在傳統(tǒng)的“封閉式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中必將或多或少地受到教學(xué)條件、教學(xué)觀念和教學(xué)方法的禁錮。

1.傳統(tǒng)“封閉式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)有時(shí)間的局限

受應(yīng)試教育的影響，價(jià)值取向的偏差，為節(jié)省時(shí)間，有些老師自己“講”實(shí)驗(yàn)，或讓學(xué)生“看”實(shí)驗(yàn)。有時(shí)學(xué)生只能在課堂中完成實(shí)驗(yàn)的部分步驟。造成學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)感受不深，儀器操作不會(huì)，問題理解不深入。比如說凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，老師先講實(shí)驗(yàn)過程、注意事項(xiàng)等，留給學(xué)生動(dòng)手操作的時(shí)間大概只有15～20分鐘左右，而學(xué)生在這15～20分鐘內(nèi)根本無法完成凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)的全部內(nèi)容。

2.傳統(tǒng)“封閉式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)有場地的局限

很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)因?yàn)槭艿浇虒W(xué)場地的限制，都在特定的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，限制了學(xué)生自由開放的學(xué)習(xí)個(gè)性。初中生對(duì)事物有著很強(qiáng)的觀察力和好奇心，而傳統(tǒng)“封閉式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法為學(xué)生提供必要的實(shí)驗(yàn)場地。問題長期得不到“解決”就會(huì)讓學(xué)生慢慢失去學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和動(dòng)力。

3.傳統(tǒng)“封閉式”實(shí)驗(yàn)有教法的局限

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)之前教師會(huì)把實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟等內(nèi)容先灌輸給學(xué)生，把實(shí)驗(yàn)儀器的正確使用方法和存放方式講解給學(xué)生。學(xué)生按照教師所提供的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一般來說這種教學(xué)方式下，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程會(huì)比較順利。然而，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的感受不深刻，對(duì)實(shí)驗(yàn)問題的研究和理解不透徹，長此以往，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的重視度也就不夠，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的積極性也就無法發(fā)揮。

二、開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要義與要求

1.開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本要義

（1）實(shí)驗(yàn)過程的開放性

首先，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課題的選擇應(yīng)根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選定；其次是實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等開放性，是指學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)了解之后自己選定實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備；除此之外，實(shí)驗(yàn)步驟制訂、實(shí)驗(yàn)操作過程、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論都應(yīng)當(dāng)具有開放性。

（2）實(shí)驗(yàn)場地的開放性

開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以試圖改變實(shí)驗(yàn)場地的限制，可以理解為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)驗(yàn)的相互結(jié)合，或者校內(nèi)實(shí)驗(yàn)與家庭小實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。實(shí)驗(yàn)場地不僅僅局限于學(xué)校提供的實(shí)驗(yàn)室。

（3）實(shí)驗(yàn)室管理的開放性

設(shè)立開放性實(shí)驗(yàn)室的積極作用主要是能夠在非實(shí)驗(yàn)時(shí)間向?qū)W生開放。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)不再受到教學(xué)時(shí)間的限制。學(xué)生可以利用課余或節(jié)假日時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)儀器的使用率，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)效益。

2.開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求

（1）轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，實(shí)驗(yàn)的主體為學(xué)生

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，不僅要對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察記錄，更需要實(shí)際動(dòng)手操作。如果學(xué)生只是機(jī)械地在一旁觀看，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解就沒法更加深入。教師應(yīng)該通過改變初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生所扮演的身份，從我觀看實(shí)驗(yàn)改變成為觀看我實(shí)驗(yàn)，積極提高學(xué)生的參與度，增強(qiáng)學(xué)生的主體意識(shí)。因此，教師應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中更多地為學(xué)生創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在自己操作實(shí)驗(yàn)過程中，理解實(shí)驗(yàn)流程，體會(huì)實(shí)驗(yàn)的原理，加深知識(shí)印象，積極探索學(xué)習(xí)。

（2）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，突出操作與探究

以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)教師大多用“講實(shí)驗(yàn)”代替“做實(shí)驗(yàn)”或重視只講解和演示，實(shí)驗(yàn)中多數(shù)學(xué)生淪為“沉默的觀眾”，或者小組合作實(shí)驗(yàn)中只是個(gè)別人動(dòng)手操作，其余是看客。而開放性實(shí)驗(yàn)就是要將以往驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生真正在探究中發(fā)現(xiàn)真問題，開展真探究，追求真結(jié)論。

教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過程中可以適當(dāng)設(shè)計(jì)提問，讓學(xué)生邊思考邊實(shí)驗(yàn)，促使學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)原理，探究實(shí)驗(yàn)本質(zhì)。重視初中科學(xué)課程開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性就是要求教師在完成教學(xué)任務(wù)的前提下，從實(shí)際與現(xiàn)實(shí)的角度考慮實(shí)驗(yàn)對(duì)于理論知識(shí)的鞏固作用。教師能夠熟練且準(zhǔn)確地掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)于理論知識(shí)的積極作用，能夠揚(yáng)長避短，促進(jìn)學(xué)生理解基礎(chǔ)知識(shí)。

三、開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐策略

1.實(shí)驗(yàn)過程開放，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

興趣是最好的老師。當(dāng)然科學(xué)學(xué)習(xí)的過程中，興趣也是最重要的，對(duì)于初中生來說，正處于青春萌動(dòng)期，對(duì)一切新鮮事物都有強(qiáng)烈的好奇心。在科學(xué)教學(xué)過程中我們要利用學(xué)生的好奇心，促進(jìn)探索科學(xué)知識(shí)的求知欲?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)探究一般有如下幾個(gè)步驟：

開放性教學(xué)就是改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式，注重鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題。學(xué)生只有具備了發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的能力，才能真正成為學(xué)習(xí)的主人，成為一個(gè)善于思考、獨(dú)具個(gè)性的學(xué)習(xí)者，而不只是知識(shí)的容器和考試的機(jī)器。

比如在滑輪教學(xué)初期，給學(xué)生兩個(gè)滑輪，讓他們?cè)O(shè)計(jì)兩種方法將一物體提升一定高度。學(xué)生在分組討論方案時(shí)，有的小組就設(shè)計(jì)了一個(gè)同學(xué)用手拉著一個(gè)滑輪，另一個(gè)同學(xué)把線穿過滑輪向下拉起物體到一定高度。另一組同學(xué)就設(shè)計(jì)了一個(gè)同學(xué)拉著繩子一端，繩子穿過滑輪向上拉起了物體。實(shí)驗(yàn)完成后，讓他們各組同學(xué)闡述自己設(shè)計(jì)的方案有哪些優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)比兩組實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)可以很好地突破本課的教學(xué)重難點(diǎn)。

本堂課利用開放性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改變了以往沉悶的教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性得到了提高，學(xué)習(xí)的效果也非常好。這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ郊訌?qiáng)了對(duì)學(xué)生的思維能力、探究能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.實(shí)驗(yàn)時(shí)空開放，激發(fā)學(xué)生探究興趣

目前我們科學(xué)教學(xué)主要的主陣地還是在課堂上，這種陣地式的教學(xué)模式在落實(shí)科學(xué)知識(shí)過程中經(jīng)常是被動(dòng)的、機(jī)械式的。科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程應(yīng)該是一個(gè)探究求知的過程，這就要求我們學(xué)會(huì)轉(zhuǎn)換求知的陣地，擴(kuò)充求知的時(shí)空。

比如我們?cè)谶M(jìn)行凸透鏡成像的教學(xué)過程中，我們可以讓學(xué)生在家里用照相機(jī)拍攝遠(yuǎn)近不同的物體，觀察拍攝后物像有何差異，在比較的過程中學(xué)生就會(huì)認(rèn)識(shí)到物像的遠(yuǎn)近影響到成像的大小。通過這種家庭式的小實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生對(duì)新知產(chǎn)生好奇心，激發(fā)在課堂中探究新知的欲望。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開放，滲透STEM理念教學(xué)

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的融合，STEM教育鼓勵(lì)學(xué)生在真實(shí)情境中開展科學(xué)探究，采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)意發(fā)明、手工制作等方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。其中科學(xué)在于認(rèn)識(shí)世界、解釋自然界的客觀規(guī)律?？茖W(xué)問題本就源于自然，同時(shí)科學(xué)知識(shí)又是在不斷進(jìn)步和更新的。這就要求我們?cè)谶M(jìn)行科學(xué)教學(xué)過程中既要注重科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，又要培養(yǎng)學(xué)生探究新知的能力。

現(xiàn)有的科學(xué)教材中只是規(guī)定了對(duì)“凸透鏡成像”的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。但是在我們學(xué)習(xí)了單個(gè)凸透鏡成像的情況后，很少會(huì)有老師在課堂去讓學(xué)生完成兩個(gè)凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)。其實(shí)在我們的日常生活中我們反而會(huì)經(jīng)常接觸到雙鏡頭的物體，比如說顯微鏡、防盜門上的貓眼等，那么我們就可以布置學(xué)生在課后或回家去完成雙鏡頭的實(shí)驗(yàn)。并利用自己所學(xué)知識(shí)解釋顯微鏡、防盜門成像原理。這樣的開放性實(shí)驗(yàn)拓展了學(xué)生的思維深度，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。同時(shí)也讓學(xué)生培養(yǎng)了將科學(xué)知識(shí)應(yīng)用生活的能力，積極深化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和理解。

4.實(shí)驗(yàn)方案開放，提升高學(xué)生思維水平

傳統(tǒng)“封閉性”實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上規(guī)定好的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師在旁邊指導(dǎo)完成，在方案上學(xué)生沒有思考的空間。開放性實(shí)驗(yàn)中方案的設(shè)計(jì)則完全是由學(xué)生自主完成，包括實(shí)驗(yàn)需要的器材、實(shí)驗(yàn)可以出現(xiàn)的異常情況、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)需要查閱的資料等都需要學(xué)生自己去思考討論完成。

例：二氧化碳的制取實(shí)驗(yàn)。教材中采用石灰石和稀鹽酸作為原材料進(jìn)行制備二氧化碳的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)開始之前，為了積極探索實(shí)驗(yàn)的趣味性和互動(dòng)性，教師可以讓學(xué)生完成方案的設(shè)計(jì)：我們制備二氧化碳時(shí)一定要使用石灰石和稀鹽酸嗎？如果不使用這兩種材料制備二氧化碳，還可以使用什么原材料？誰還可以設(shè)計(jì)其他制備二氧化碳的方法？學(xué)生可以根據(jù)前期學(xué)習(xí)完成其他方案：比如用碳燃燒方法。學(xué)生可以相互討論這種方案的弊端：碳的燃燒不方便收集所有的氣體，如果碳的燃燒不充分，則容易生成一氧化碳。再比如用碳酸鈣高溫分解的方法制取二氧化碳。但是用碳酸鈣高溫分解的方法制取二氧化碳對(duì)溫度的要求非常高。在高溫分解過程中，實(shí)驗(yàn)人員不宜靠近實(shí)驗(yàn)設(shè)備。通過對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的逐一分析，進(jìn)行排除。不僅對(duì)所學(xué)習(xí)過的知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固，而且還可以使學(xué)生明白三種方法的區(qū)別和實(shí)驗(yàn)條件，最后才會(huì)理解在當(dāng)前實(shí)驗(yàn)條件下，只有通過石灰石和稀鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)收集二氧化碳，才是最安全最高效的。這個(gè)過程中教師既有提問又有解惑，學(xué)生有參與，有互動(dòng)，有討論，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

綜上所述，在當(dāng)前教育背景下，很多教師對(duì)于應(yīng)試教育殘留的升學(xué)率，仍然懷有執(zhí)著的堅(jiān)持。因此教師對(duì)于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的理解也存在一些誤區(qū)，他們通常輕視了科學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于理論知識(shí)起到的相輔相成作用。因此，在初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師應(yīng)該積極探索開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把握和明白學(xué)生是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，改變教學(xué)方法，調(diào)整教學(xué)方式，端正實(shí)驗(yàn)教學(xué)態(tài)度，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和空間受到最小的束縛，盡情發(fā)揮學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)想和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。在初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中積極探索開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，教師應(yīng)該增強(qiáng)重視開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性的不可替代性。

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編輯 杜元元