王俊卿

利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生能力

王俊卿

科學(xué)學(xué)科涉及的知識(shí)面較廣，與許多學(xué)科息息相關(guān)，是一門綜合性學(xué)科，通過學(xué)習(xí)科學(xué)能拓展學(xué)生的視野、豐富學(xué)生的科學(xué)知識(shí)?？茖W(xué)教學(xué)是以實(shí)驗(yàn)和制作活動(dòng)為主，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生在教師的組織和引導(dǎo)下進(jìn)行提問、質(zhì)疑、猜想、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、交流展示、得出結(jié)論、拓展應(yīng)用等。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，需要學(xué)生積極動(dòng)腦思考和勤于動(dòng)手操作，讓學(xué)生能夠積極、主動(dòng)參與到探究活動(dòng)中，從而提高教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生能力。學(xué)生具有好奇心強(qiáng)的特點(diǎn)，而科學(xué)實(shí)驗(yàn)正好符合學(xué)生的這一特點(diǎn)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)獲取知識(shí)和掌握技能的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了探索世界和改造世界的欲望。

一、培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力

觀察能力是培養(yǎng)學(xué)生其他能力的基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)中，通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比、分析和總結(jié)。但在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的觀察能力不強(qiáng)，首先表現(xiàn)在觀察的目標(biāo)不確定，缺乏主動(dòng)性；其次，觀察得不細(xì)致、不完整；再次，對(duì)觀察到的結(jié)果表述得不是很好。對(duì)于以上情況，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)采取措施加強(qiáng)對(duì)學(xué)生觀察能力的培養(yǎng)。具體措施有：(1)教師演示實(shí)驗(yàn)要給予學(xué)生足夠的觀察時(shí)間，教師也可以多演示幾遍，讓學(xué)生觀察仔細(xì)、全面；(2)先布置任務(wù)，讓學(xué)生有針對(duì)性地觀察；(3)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要遵循“實(shí)驗(yàn)裝置簡單、容易操作”的原則，有利于學(xué)生集中精力，提高觀察的實(shí)效；(4)實(shí)驗(yàn)前，教師要示范演示，讓學(xué)生有目的地去做實(shí)驗(yàn)，集中精力去觀察細(xì)微的變化；(5)準(zhǔn)確表述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果；(6)觀察時(shí)應(yīng)注意技巧，要學(xué)會(huì)統(tǒng)籌方法。

例如，研究“熱水的散熱規(guī)律”時(shí)，讓學(xué)生長時(shí)間觀察并記錄。學(xué)生從13:15～13:55，每分鐘測(cè)量一次，并記錄下測(cè)量時(shí)間與水的溫度(如表1和圖1所示)。在觀察溫度計(jì)液柱上升時(shí)，始終讓溫度計(jì)與水面垂直，且不接觸器壁，保持視線與液柱界面在同一水平面上。又在14:00～14:50，每5分鐘測(cè)量一次(如表2和圖2所示)。

表1

圖1

表2

圖2

圖3

為了更直觀地觀察熱水的散熱情況，把一組學(xué)生實(shí)驗(yàn)得來的數(shù)據(jù)繪成散點(diǎn)圖，圖1與圖2中的點(diǎn)線就是熱水溫度隨時(shí)間自然散熱的情況，然后將圖表匯總，讓學(xué)生觀察并分析(如圖3所示)。

由圖3可以看出：(1)溫度越高，散熱越快；第1分鐘至第3分鐘(即13:15～13:17)，第一個(gè)5分鐘至第三個(gè)5分鐘(即14:00～14:15)，這種變化尤其明顯。(2)溫度越低，散熱越慢，第七個(gè)5分鐘和第八個(gè)、第九個(gè)5分鐘變化曲線較平緩。(3)熱水散熱整個(gè)變化過程不是呈直線下降，而是局部有起伏，第3分鐘和第4分鐘、第5分鐘與第6分鐘、第10分鐘和第11分鐘有明顯起伏。學(xué)生討論，從熱水自然散熱“溫度越高，散熱越快”與“溫度越低，散熱越慢”來看，熱水自然散熱與它周圍環(huán)境的氣溫有關(guān)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)場地室內(nèi)的氣溫是23 ℃，90 ℃與23 ℃相差大，所以散熱快；29.5 ℃與23 ℃相差小，所以散熱慢。由此想到，在熱水容器外壁堆放一些冰塊，或以冷水在它四周流動(dòng)，散熱效果一定會(huì)更好。 從“熱水散熱整個(gè)變化過程不是直線下降，而是局部有起伏”來看，熱水在自然散熱的過程中，內(nèi)部也不是平靜的，可能存在對(duì)流。只有這樣持續(xù)的觀察并做好記錄，學(xué)生的觀察能力才能得到鍛煉和提升。

二、培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力

在做科學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生必須通過實(shí)驗(yàn)操作來驗(yàn)證自己猜想的正確與否。在實(shí)驗(yàn)中，要為學(xué)生提供更多的機(jī)會(huì)和空間，鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手、敢于動(dòng)手，養(yǎng)成樂于動(dòng)手的好習(xí)慣。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，教師要進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，示范實(shí)驗(yàn)儀器的正確使用方法，講解實(shí)驗(yàn)材料的特性，指出實(shí)驗(yàn)涉及的安全問題，并告知學(xué)生及時(shí)補(bǔ)救的方法，確保學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的正確性和安全性。另外，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要巡視指導(dǎo)，以糾正不當(dāng)?shù)牟僮餍袨椤Ｔ谘芯恳后w能否導(dǎo)電時(shí)，要求學(xué)生用電燈泡的明亮效果來了解物體的導(dǎo)電性能，但無法通過數(shù)據(jù)來比較，怎樣準(zhǔn)確地知道它們的導(dǎo)電性能呢？于是建議學(xué)生使用測(cè)量工具，即選用萬用表來測(cè)量液體的導(dǎo)電性能，因?yàn)槿f用表靈敏度高，測(cè)量準(zhǔn)確，然后學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)方案： (1)認(rèn)真學(xué)習(xí)萬用表的使用方法；(2)用不同液體做實(shí)驗(yàn)；(3)查閱國內(nèi)的物體導(dǎo)電性能研究成果。接著學(xué)生自己動(dòng)手操作：將萬用表放在水平桌面上，轉(zhuǎn)換開關(guān)到歐姆檔，再選擇倍率，將兩表筆短接，使指針指在歐姆刻度線右邊的零位。學(xué)生開始做實(shí)驗(yàn)：取1號(hào)瓶食用醋，將表筆浸入測(cè)電阻；將10 g堿放入2號(hào)瓶熱水中，先將兩表筆短接，再將表筆浸入測(cè)電阻；將10 g鹽放入3號(hào)瓶熱水中，先將兩表筆短接，再將表筆浸入測(cè)電阻。在測(cè)量中告訴學(xué)生：使用萬用表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要注意人身和儀表設(shè)備的安全，測(cè)試中不得用手觸摸表筆的金屬部分，不允許帶電切換檔位開關(guān)，避免發(fā)生觸電和燒毀儀表等事故。不帶電時(shí)，先將兩表筆短接，用表筆接觸三名學(xué)生(王強(qiáng)、李偉、張濤)的手指，測(cè)量人體電阻。測(cè)量結(jié)果見表3。

表3 不同液體與人導(dǎo)電情況一覽表

測(cè)量結(jié)果表明：(1)不純凈的水是導(dǎo)體，人體也具有導(dǎo)電性。(2)液體中混入的其他物質(zhì)越多，該液體越容易導(dǎo)電。(3)在安全電壓時(shí)，不得用手觸摸表筆的金屬部分，這是為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。這樣，學(xué)生親自動(dòng)手使用實(shí)驗(yàn)儀器，對(duì)規(guī)范他們的實(shí)驗(yàn)操作有著積極的作用。

三、培養(yǎng)學(xué)生的思維能力

在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力是關(guān)鍵，思維能力影響著學(xué)生智力的發(fā)展。在實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生通過觀察現(xiàn)象，然后根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行思考、對(duì)比、分析和總結(jié)。那么怎樣才能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力呢？這是需要教師長期探索的問題。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)得出：在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，通過各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生的思維，并讓學(xué)生主動(dòng)思考完成教學(xué)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)前，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生提出問題。這里包括實(shí)驗(yàn)的意義、對(duì)提出問題的猜想、應(yīng)選擇哪些實(shí)驗(yàn)儀器和材料、實(shí)驗(yàn)方法等。實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生邊操作邊思考。思考實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？操作不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)哪些不良后果？能否得出正確結(jié)果？實(shí)驗(yàn)后，進(jìn)行思維的匯報(bào)。問問學(xué)生得出了什么結(jié)果或者發(fā)現(xiàn)了什么現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)過程中遇到了哪些問題，是怎樣克服的，最后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過對(duì)比、分析得出正確的結(jié)論。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤，錯(cuò)誤的原因在哪里？你對(duì)該實(shí)驗(yàn)有何改進(jìn)建議？該裝置是否可以用其他裝置來代替？最后就是利用結(jié)論解決實(shí)際中的問題，到達(dá)思維的巔峰，這也是培養(yǎng)學(xué)生思維的最終目的。

例如，研究水表面承受的壓力時(shí)，讓學(xué)生準(zhǔn)備20張精美的圓片、食用醋、堿(小蘇打)、鹽與玻璃杯等實(shí)驗(yàn)材料。首先，把水注入玻璃杯中直到水快溢出，然后輕輕地往杯內(nèi)水面上放圓片，上一枚重疊在下一枚圓片的上面，當(dāng)上面放到第十一枚時(shí)，最下面的那個(gè)圓片像一條美人魚似的慢悠悠地向水里游去。又在第二個(gè)杯內(nèi)的200 mL水中放入10 g鹽，在第三個(gè)杯內(nèi)的200 mL水中放入 10 g堿，仿照上述實(shí)驗(yàn)方法，當(dāng)在鹽水中放到第六枚圓片、在堿水中放到第五枚圓片時(shí)，最下面的圓片也出現(xiàn)這種現(xiàn)象。水表面承受的壓力為什么不一樣呢？在教師的幫助下，依照方案測(cè)量了圓片的質(zhì)量和直徑，計(jì)算出了圓片的面積。通過計(jì)算學(xué)生知道：水表面每平方厘米所受壓力是0.013 855 N，鹽水表面每平方厘米所受壓力是0.007 530 N，堿水表面每平方厘米所受壓力是0.005 542 N，圓片所受的壓強(qiáng)見表4。

表4

實(shí)心金屬在水里會(huì)下沉，為什么硬幣卻能漂在水面上呢？依照方案，同樣的方法又測(cè)量了硬幣的質(zhì)量和直徑，計(jì)算了1元、1角、5角硬幣圓片的面積，通過計(jì)算我們算出硬幣所受的壓強(qiáng)見表5。

表5

學(xué)生把表4與表5對(duì)比后可以看出，水中含有其他物質(zhì)時(shí)，水表面可以承受的壓力變小，看來主要不是浮力的作用，因?yàn)槲矬w在鹽水中所受浮力大于物體在水中所受浮力。這時(shí)告訴學(xué)生，這是水面的張力作用，學(xué)生明白了為什么水黽在水面上可以奔跑如飛。由表4與表5可以看出，1枚1元硬幣、1枚1角硬幣與1枚5角硬幣所受壓強(qiáng)分別為0.012 653 N/cm2，0.012 143 N/cm2與0.012 739 N/cm2，都小于水表面所能承受的壓強(qiáng)0.013 855 N/cm2，所以硬幣能漂在水的表面上。水黽的腿部有一種鉤狀的毛，每一只腳上也有，并這種鉤狀的毛可以毫不沾水， 水黽腳的這種結(jié)構(gòu)增大了與水表面的接觸面積，它每平方厘米上所受壓力是不是比水表面每平方厘米可以承受的壓力0.013 855 N小呢？今后將繼續(xù)研究下去。在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)，還要注重拓展學(xué)習(xí)的空間，挖掘?qū)W生的發(fā)散性思維，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。

四、培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究活動(dòng)的重要形式，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)學(xué)習(xí)的核心任務(wù)，要完成這一任務(wù)，必須依靠科學(xué)教學(xué)中以探究式為主的教學(xué)方式。通過探究式學(xué)習(xí)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，是學(xué)生通過學(xué)習(xí)而具有的一種綜合能力，包括觀察能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力等?？茖W(xué)教學(xué)是以探究性教學(xué)為主的教學(xué)方式，探究性學(xué)習(xí)是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，也是學(xué)習(xí)方式。探究性學(xué)習(xí)可以通過實(shí)驗(yàn)的形式開展，讓學(xué)生親身經(jīng)歷探究的過程。科學(xué)實(shí)驗(yàn)正好符合“讓學(xué)生親身經(jīng)歷探究過程”的新課標(biāo)要求，也滿足了學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的需求?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)的一部分，通過實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，符合科學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知水平。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠獲取知識(shí)、掌握技能、體驗(yàn)探究樂趣，同時(shí)還可以培養(yǎng)自己的探究能力。

例如，探究馬鈴薯在液體的沉浮時(shí)，就經(jīng)歷了一個(gè)典型的“觀察—發(fā)現(xiàn)—推測(cè)—驗(yàn)證”的科學(xué)探究過程。剛開始，將兩個(gè)同樣大小的馬鈴薯懸放在兩杯液體里，讓學(xué)生猜，松手后會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象。有的學(xué)生認(rèn)為會(huì)沉，因?yàn)閺钠綍r(shí)的經(jīng)驗(yàn)得知馬鈴薯放在水里面是會(huì)沉的。接下來，分別把馬鈴薯放在液體里并松手，學(xué)生發(fā)現(xiàn)一杯里是沉的，判定是水；另一杯里是浮的。緊接著問學(xué)生：“為什么馬鈴薯放在這一杯液體里面是浮的呢？學(xué)生認(rèn)為，這一杯不是水，是其他的液體(水里面含有其他物質(zhì))。我們從外觀上能看出這兩種液體的區(qū)別嗎？如果真有食鹽溶解在水中，我們有什么辦法證明它的存在呢？學(xué)生說可以用分離溶質(zhì)的方法。下面就用加熱液體蒸發(fā)水分的方法來驗(yàn)證學(xué)生的猜測(cè)。加熱后學(xué)生發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯可以沉入液體，在金屬片上加熱，金屬片上什么也沒有留下，即這種液體是水；但另一種液體在金屬片上加熱后，金屬片上有白色的物質(zhì)，雖然不能斷定這種液體中溶解的白色顆粒就是食鹽，但是學(xué)生認(rèn)為，因?yàn)樗腥芙饬诉@種物質(zhì)，成為了溶液，馬鈴薯就浮了起來。接下來，學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)制一杯可以使馬鈴薯浮起來的液體。要求學(xué)生取150 mL水，往杯子里一次次加鹽，食鹽溶解后，放入馬鈴薯檢驗(yàn)是否可以浮起來，并做好記錄，直到馬鈴薯浮起來為止。在這里教師要提醒學(xué)生，不要把全部的食鹽一次性倒入杯中，而是要觀察使馬鈴薯浮起來最少要用多少克食鹽。在匯報(bào)交流的時(shí)候，大部分小組的數(shù)據(jù)都是在150 mL的水里面放了24～30 g的食鹽，學(xué)生用小勺(一次可以放8 g)放了3～4次，細(xì)心的學(xué)生還認(rèn)為，當(dāng)食鹽在水中溶解以后再放下一勺，借助玻璃棒或筷子攪拌加快溶解，這樣數(shù)據(jù)就更準(zhǔn)確。最后讓學(xué)生思考：從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果分析，怎樣的液體才會(huì)使馬鈴薯浮起來？學(xué)生認(rèn)為，只有水中溶解的物質(zhì)達(dá)到足夠的量，液體才能改變物體的沉浮。這樣學(xué)生就完成了探究的任務(wù)，懂得了改變液體里的物質(zhì)就可以改變物體的沉浮，在應(yīng)用時(shí)，學(xué)生就能夠解釋死海不死的原因，達(dá)到了學(xué)有所用的目的。

五、結(jié)束語

在對(duì)科學(xué)學(xué)科進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)去獲取知識(shí)和掌握技能，科學(xué)素養(yǎng)得到提升。由于受學(xué)生的年齡和認(rèn)知能力所限，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需要在教師的組織和引導(dǎo)下完成，特別是教師的演示實(shí)驗(yàn)、講解實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法、實(shí)驗(yàn)材料的特性以及實(shí)驗(yàn)的安全問題強(qiáng)調(diào)，都要做到位，以保證學(xué)生在完成教學(xué)任務(wù)的過程中正確使用實(shí)驗(yàn)儀器和材料，起到鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生能力的作用。在以探究式學(xué)習(xí)為主的科學(xué)學(xué)科中，實(shí)驗(yàn)也成為了其中一種形式，學(xué)生通過提問、質(zhì)疑、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、交流展示、得出結(jié)論、拓展應(yīng)用等，使自己親身經(jīng)歷探究活動(dòng)的整個(gè)過程，從而培養(yǎng)了自身的觀察能力、動(dòng)手能力、思維能力和探究能力，促進(jìn)了自身的全面發(fā)展。

2011-11-16

王俊卿，本科，小教一級(jí)。

河南省息縣第一實(shí)驗(yàn)小學(xué)。