核心素養(yǎng)理念下初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)化策略研究

蔣建峰

◆摘? 要：隨著廣大教師不斷剖析教學(xué)現(xiàn)狀，探究教學(xué)實(shí)施的各種最優(yōu)化方案，越來(lái)越多的教學(xué)工作者紛紛使教學(xué)主體回歸學(xué)生，教學(xué)過(guò)程注重學(xué)生活動(dòng)，提出一系列以學(xué)生活動(dòng)作為教學(xué)主線的新課堂模式，本文將關(guān)注的焦點(diǎn)置于教師較少關(guān)注的科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)方面，結(jié)合多年實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究心得，從優(yōu)化方面出發(fā)，力求最大限度完善科學(xué)實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的巨大潛能，激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S方式，更好地提升科學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

◆關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn);優(yōu)化

一、研究的背景

1.新課標(biāo)對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的新要求

初中科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，初步認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象，自然規(guī)律，以人和自然的關(guān)系為中心，以物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律為基本內(nèi)容，并注重科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的相互滲透，密切聯(lián)系實(shí)際的一門綜合性課程。

新課標(biāo)下的教學(xué)更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位，而科學(xué)教學(xué)則更突出以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)探索自然、改造自然的科學(xué)方法，通過(guò)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、探究問(wèn)題，了解知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，最后解決問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)技能的學(xué)習(xí)，科學(xué)方法的啟蒙，以及情感、態(tài)度和價(jià)值觀的培養(yǎng)。

在大力倡導(dǎo)德育為核心，創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)內(nèi)容的素質(zhì)教育的今天，針對(duì)科學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，廣大一線教師在課堂教學(xué)改進(jìn)、作業(yè)布置改進(jìn)、作業(yè)批改及評(píng)價(jià)改進(jìn)等方面都已經(jīng)做了許多研究，也取得可喜的研究成果。相比之下，有關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究和改進(jìn)卻因?yàn)榉N種原因，取得的成果遠(yuǎn)比其他方面來(lái)得小。

2.課堂新范式下科學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀分析

作為科學(xué)的基礎(chǔ)——實(shí)驗(yàn)，在初中科學(xué)的教學(xué)中實(shí)驗(yàn)大致可分為三類，演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)。三種類型的實(shí)驗(yàn)相互配合、有機(jī)結(jié)合在科學(xué)教學(xué)中已經(jīng)發(fā)揮了很大的作用，然而因種種原因，科學(xué)實(shí)驗(yàn)也面臨著許多問(wèn)題，限制了其更大功能的發(fā)揮，具體表現(xiàn)如下：

（1）教師在課堂教學(xué)中，為組織學(xué)生觀察、思考而進(jìn)行的演示實(shí)驗(yàn)，能克服許多外在因素的干擾，在較短時(shí)間里很好地演示實(shí)驗(yàn)操作的方法技巧，展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)的能力，并以此為基礎(chǔ)很好的促進(jìn)知識(shí)的傳授。但由于演示實(shí)驗(yàn)自身在設(shè)計(jì)、操作、實(shí)驗(yàn)程序等方面因素的限制，使得其很難充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的功效，實(shí)現(xiàn)新課標(biāo)對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。再加上部分學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備、上課時(shí)間限制等方面的影響，出現(xiàn)了一部分老師以多媒體視頻、動(dòng)畫(huà)代替演示實(shí)驗(yàn)的情況。

（2）學(xué)生實(shí)驗(yàn)往往由老師指明做哪個(gè)實(shí)驗(yàn)，然后規(guī)定怎樣做或按照實(shí)驗(yàn)冊(cè)上的實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，有的時(shí)候甚至是由老師做一步，學(xué)生跟著做一步，更有的時(shí)候甚至是按中考實(shí)驗(yàn)指揮棒來(lái)做串聯(lián)式的復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，這些本來(lái)應(yīng)該是學(xué)生主動(dòng)去做的實(shí)驗(yàn)變成了老師在做實(shí)驗(yàn)而不是學(xué)生在做，或者變成老師叫他去做而去做實(shí)驗(yàn)、還或者是為了知識(shí)的掌握和鞏固做實(shí)驗(yàn)、為了技能的熟練和應(yīng)用做實(shí)驗(yàn)、為了證明某些事實(shí)做實(shí)驗(yàn)，這樣長(zhǎng)此以往就失去了學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的意義。而在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中也存在著許多問(wèn)題。如有的學(xué)生由于實(shí)驗(yàn)操作的不規(guī)范或者不合理造成實(shí)驗(yàn)儀器的損壞;有的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)只是因?yàn)槔蠋熞麄內(nèi)プ?，做?shí)驗(yàn)的積極性不高。

（3）為實(shí)現(xiàn)新課標(biāo)提出的要求，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究的精神以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生的個(gè)性得到張揚(yáng)，培育出具有創(chuàng)造性的人才，廣大一線教師紛紛將探究活動(dòng)作為課堂教學(xué)的重頭戲，然而，如何讓學(xué)生能在課外提出問(wèn)題，利用所學(xué)的知識(shí)分析問(wèn)題，并利用課外實(shí)驗(yàn)探究問(wèn)題，最終得出結(jié)論。有些學(xué)生在進(jìn)行課外實(shí)驗(yàn)時(shí)往往會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)材料缺乏，實(shí)驗(yàn)儀器沒(méi)有而沒(méi)法做，又不知道可以將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后用一些日常生活中常見(jiàn)的物品代替該材料，這樣往往會(huì)使本來(lái)學(xué)習(xí)能力很好的學(xué)生無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而影響學(xué)生科學(xué)教學(xué)目標(biāo)地更好完成，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

二、理論依據(jù)

1.依據(jù)現(xiàn)代教育理論

教師和學(xué)生是教育活動(dòng)中的兩條基本要素，學(xué)生是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體，教師必須以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性為出發(fā)點(diǎn)，使學(xué)生由要我學(xué)變?yōu)槲乙獙W(xué)，促使他們自己去獲取知識(shí)、發(fā)展能力，做到自己能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。而科學(xué)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是尊重學(xué)生的主體性，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，給學(xué)生個(gè)性發(fā)展提供良好的空間，使教師的外因和學(xué)生的內(nèi)因真正得到最佳組合。

2.依據(jù)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)理論

教師不能把學(xué)生教成一個(gè)活動(dòng)的書(shū)櫥，而要去啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)求取知識(shí)，教學(xué)生學(xué)習(xí)如何從求知過(guò)程中去構(gòu)建屬于自己的知識(shí)體系。因此，學(xué)習(xí)是自主性的活動(dòng)歷程。學(xué)生實(shí)驗(yàn)的有效性也是建立在學(xué)生自主參與的基礎(chǔ)上，它為學(xué)生提供更多發(fā)展、探索、創(chuàng)造的時(shí)空，讓每一個(gè)學(xué)生公平地?fù)碛凶畲蟪潭鹊陌l(fā)展空間，激活各科學(xué)習(xí)的知識(shí)儲(chǔ)存，獲得親身參與和探索的積極體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生探究的能力。

三、課題研究遵循的原則

1.創(chuàng)新原則

根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)中新的實(shí)驗(yàn)理念和新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求我們?cè)谶M(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要遵循創(chuàng)新的原則，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、思考問(wèn)題、研究問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)的能力。無(wú)論是對(duì)書(shū)本上已有實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化，還是為探究未知問(wèn)題而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，都更需要廣大教師和學(xué)生充分利用創(chuàng)造性思維，開(kāi)創(chuàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的新局面。

2.生活化原則

新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單化、生活化、趣味化有了更高的要求，這也要求我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)時(shí)，必須要遵循生活化的原則，使科學(xué)實(shí)驗(yàn)變的更接近人類生產(chǎn)生活，更加簡(jiǎn)單易懂，更有趣味性。使實(shí)驗(yàn)真正成為學(xué)生體驗(yàn)生活的渠道，讓學(xué)生從生活中來(lái)到生活中去。

3.人本原則

新課程標(biāo)準(zhǔn)中科學(xué)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)，把科學(xué)實(shí)驗(yàn)與學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合。這就要求學(xué)生能自己提出問(wèn)題，猜想和假設(shè)，制定計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)，解釋與結(jié)論，反思與評(píng)價(jià)，進(jìn)行表達(dá)與交流。把學(xué)生動(dòng)手做放到了第一位，強(qiáng)調(diào)學(xué)生要自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。這就要求我們?cè)谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)時(shí)要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手做，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。

四、概念界定

1.核心素養(yǎng)

學(xué)生核心素養(yǎng)是個(gè)人生活和適應(yīng)社會(huì)所需要的必備品格與關(guān)鍵能力。素養(yǎng)是品格與能力之和，更強(qiáng)調(diào)后天培養(yǎng)的結(jié)果。品格是個(gè)人回應(yīng)人生處境的方式，主要表現(xiàn)在人與人之間、人與團(tuán)隊(duì)之間是否具有良性互動(dòng)。而能力的本質(zhì)是面對(duì)一個(gè)環(huán)境（主體之外的）的個(gè)人適應(yīng)性行為，包括知識(shí)、基本操作等低階能力和計(jì)劃、執(zhí)行、檢查、反饋、調(diào)整等高階能力。

2.實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新優(yōu)化

核心素養(yǎng)理念下的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，區(qū)別于傳統(tǒng)科學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)，不以完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)為唯一目的，而是注重調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，充分挖掘?qū)W生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的潛能，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。而課堂新范式下實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新優(yōu)化則結(jié)合課本原有實(shí)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況、學(xué)校實(shí)驗(yàn)資源現(xiàn)狀、課堂現(xiàn)有條件等因素，最大限度發(fā)揮教師創(chuàng)造性，改進(jìn)完善原有實(shí)驗(yàn)，或者創(chuàng)新性的發(fā)掘日常生活用品和實(shí)驗(yàn)儀器的潛能，設(shè)計(jì)新穎實(shí)驗(yàn)，使之能更簡(jiǎn)潔清晰體現(xiàn)科學(xué)原理。從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)展示科學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、簡(jiǎn)化科學(xué)知識(shí)、再現(xiàn)科學(xué)情景、降低理解難度、提升學(xué)生動(dòng)手能力等目的。

五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新優(yōu)化策略研究

1.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)明扼要突出事物本質(zhì)

《科學(xué)》（浙教版）教材中有部分實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有充分利用實(shí)驗(yàn)室的各種器材，出現(xiàn)個(gè)別實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)中目標(biāo)不明，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程棄簡(jiǎn)從繁，無(wú)法讓學(xué)生在課堂上第一時(shí)間領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)想要闡明的科學(xué)原理。

如第三冊(cè)第一章第5節(jié)，為了證明空氣也能對(duì)浸在其中的物體產(chǎn)生浮力，教材設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，然而在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中卻難取得理想的效果，分析原因有三：①按教材所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，由于杠桿被一根穿過(guò)其中間的螺桿固定，增加了杠桿旋轉(zhuǎn)時(shí)受到的阻力;而氣球充氣后受到的浮力又很小;同時(shí)外在因素風(fēng)等對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象干擾很大。綜上因素，使實(shí)驗(yàn)中杠桿較難有一個(gè)明顯的轉(zhuǎn)動(dòng)，不利于預(yù)期實(shí)驗(yàn)效果清晰地展現(xiàn)給學(xué)生。②對(duì)于初二的學(xué)生，思維推理能力還比較有限，即使實(shí)驗(yàn)效果明顯，本實(shí)驗(yàn)方案也不利于學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)快速想到這是由氣球受到空氣浮力而引起。③在教學(xué)中，由液體能產(chǎn)生浮力進(jìn)而學(xué)生很自然的會(huì)提出問(wèn)題——“空氣是否也能對(duì)浸在其中的物體產(chǎn)生浮力？”作為一個(gè)實(shí)現(xiàn)新課標(biāo)教學(xué)目標(biāo)的絕好機(jī)會(huì)，探究“空氣是否也能對(duì)浸在其中的物體產(chǎn)生浮力？”多年的教學(xué)經(jīng)歷總結(jié)后認(rèn)為，學(xué)生更能想到用氫氣球來(lái)證明空氣也能產(chǎn)生浮力。

優(yōu)化方案：在學(xué)習(xí)“液體能對(duì)浸在其中的物體產(chǎn)生浮力”之后，引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（學(xué)生設(shè)計(jì)出氫氣球上浮實(shí)驗(yàn)后，教師打開(kāi)原先準(zhǔn)備好的紙箱，讓其內(nèi)的氫氣球上?。蕴骄康姆绞綄W(xué)習(xí)氣體產(chǎn)生浮力。如果學(xué)校條件允許，教師可以先在實(shí)驗(yàn)室制備好足量氫氣，然后用一個(gè)大針筒儲(chǔ)存，在學(xué)生設(shè)計(jì)完方案后可以動(dòng)手將針筒中氫氣推入氣球嘗試著感受空氣浮力對(duì)氣球的影響。

之后再循序漸進(jìn)地展現(xiàn)教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)為求實(shí)驗(yàn)效果顯著，將螺桿固定杠桿改為用細(xì)線在中間位置懸掛杠桿，并且往籃球中充入盡可能多的氣體，實(shí)現(xiàn)氣球體積膨脹的最大化，最后再讓學(xué)生分析產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因。

2.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備，力求更好地展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

《科學(xué)》教材中許多實(shí)驗(yàn)在構(gòu)思上很有典型性，如能按教材設(shè)計(jì)取得預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，確實(shí)能非常突出地展示知識(shí)本質(zhì)。然在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)的效果過(guò)于理想化，再加上現(xiàn)實(shí)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)儀器老化等，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)分析，削弱教學(xué)效果。

如第三冊(cè)，第四章，第三節(jié)《物質(zhì)的導(dǎo)電性》中，為驗(yàn)證絕緣體能在一定條件下變?yōu)閷?dǎo)體，設(shè)計(jì)了將玻璃燒紅時(shí)能導(dǎo)電使得二極管發(fā)光。然在實(shí)際課堂上卻較難看到二極管有明顯發(fā)光現(xiàn)象。分析實(shí)驗(yàn)弊端：①在實(shí)驗(yàn)中，玻璃燒紅后雖已經(jīng)由絕緣體變成導(dǎo)體，但這種導(dǎo)體的電阻依然很大，使電流很微弱;②導(dǎo)線和和玻璃之間的連接采用捆綁式，雖在實(shí)驗(yàn)中努力使兩者接觸緊密，但由于材料的關(guān)系，連接處電阻仍較大;③發(fā)光二極管在正常工作時(shí)發(fā)出的光本身就較弱，不易被后排的學(xué)生看到，現(xiàn)在有碰到電路中連接有電阻很大的玻璃，致使電路因電流太小更加影響發(fā)光二極管的發(fā)光效果。綜上原因，玻璃變成導(dǎo)體后，電流有電流的現(xiàn)象較難被學(xué)生輕易觀察到。為此，通過(guò)將實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)從而使玻璃能導(dǎo)電變得更直觀明顯。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)化：為減小電路電阻，用去掉燈絲的白熾燈燈芯代替玻璃，同時(shí)將連接在玻璃上的導(dǎo)線改為焊接到燈芯上;另一方面，適當(dāng)加大學(xué)生電源的電壓。以上兩種途徑能一定程度上增大電路的電流，但總體而言，流過(guò)的電流仍較小，為能更好展現(xiàn)電流的明顯增強(qiáng)，將發(fā)光二極管改為靈敏電流計(jì)。

六、科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新優(yōu)化的效果分析

1.有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中自主發(fā)展

由于科學(xué)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，實(shí)驗(yàn)完全由學(xué)生自己查閱資料，自主準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，老師只是在旁邊協(xié)助，實(shí)驗(yàn)原理即實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也完全由學(xué)生自己來(lái)設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生個(gè)性的發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生的思維能力，以及創(chuàng)新能力和自主能力的提高，使實(shí)驗(yàn)改革真正符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.有利于學(xué)生融入到學(xué)生實(shí)驗(yàn)中

科學(xué)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)變得不是因?yàn)槔蠋熞阕龆プ觯且驗(yàn)閷W(xué)生自己喜歡做實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生自己對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣。學(xué)生可以把自己的思想融入到實(shí)驗(yàn)中去，實(shí)驗(yàn)變成了學(xué)生生活的一部分，使學(xué)生能夠真正融入到實(shí)驗(yàn)中去。

七、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)在科學(xué)教學(xué)中的地位毋庸置疑，其基本要求如下：一要緊扣教材，二要有啟發(fā)性，三要力求明顯、直觀，四要力求簡(jiǎn)單、可靠。然因各種原因無(wú)法做到各個(gè)實(shí)驗(yàn)在課堂新范式中操作和效果的盡善盡美，以上這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新優(yōu)化方案是本人在教學(xué)實(shí)踐中的一些初步探索，運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐中已取得了良好的效果。當(dāng)然，方法無(wú)止境，在我們面前還有更長(zhǎng)的路要走，行動(dòng)起來(lái)，去掌握一些方法、規(guī)律，這無(wú)疑是為我們打開(kāi)了方便之門，對(duì)提高課堂效率，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力應(yīng)該是行之有效的！

參考文獻(xiàn)

[1]盧義剛.重視比較思想 提升思維能力[J].物理教師，2020，41（04）：26-29.