王紅

摘 要 課程標準指出：科學是一門以實驗為基礎的學科，注重培養(yǎng)學生的科學實驗探究能力，創(chuàng)設條件使所有的學生有機會參與探究活動，激發(fā)學生學習科學的興趣，引導學生觀察實驗和交流實驗，提高學生的科學探究能力。本文通過對科學實驗完成現(xiàn)象的調(diào)查，從增強小組合作性、明確實驗目的性、突出實驗探究性、強化實驗規(guī)范性和關注實驗綠色化等不同層面入手，采取一系列的優(yōu)化科學實驗教學設計的對策，并通過SPSS等數(shù)理統(tǒng)計分析方法，對教學效果做了粗淺的分析。

關鍵詞 初中科學 科學實驗 設計 實驗反思

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

On the Optimization and Practice of Scientific

Experiments Instructional Design

WANG Hong

（Zhejiang Hangzhou Jingfang Middle School， Hangzhou， Zhejiang 310016）

Abstract Curriculum standards stated： Science is a discipline based on experiments， students focus on science experiments to explore the ability create conditions so that all students have the opportunity to participate in exploration activities to stimulate students' interest in science， to guide students to observe experiments and exchange experiments improve students' scientific inquiry skills. based on the phenomenon of scientific experiments completed surveys from enhanced team collaboration， clarity experimental purposes， highlighting experimental inquiry， and strengthen the normative and concerns experimental experiments starting at different levels， such as green， take a series of scientific experiments to optimize the design of teaching strategies， and through the SPSS statistical analysis and other mathematical methods of teaching effectiveness were superficial analysis.

Key words junior science； science experiment； design； experimental reflection

科學是一門以實驗為基礎的學科，注重培養(yǎng)學生的科學實驗探究能力，創(chuàng)設條件使所有的學生有機會參與探究活動，激發(fā)學生學習科學的興趣，引導學生觀察實驗和交流實驗，提高學生的科學探究能力。

1 初中科學教學設計過程中存在的現(xiàn)象

為了完成科學課本上的活動和探究，出現(xiàn)了有的老師在教學設計的過程中只重視實驗結論，不重視實驗過程；有的老師在教學設計的過程中參與度明顯不強，喜歡從網(wǎng)上下載視頻，使學生缺少親身體會的過程；有的老師在教學設計過程中很少進行反思，以至于課后沒有任何印象，對來年的教學設計沒有起到促進作用。對于這種現(xiàn)狀，科學實驗教學已經(jīng)成為科學教學的“瓶頸”。尋找有效教學策略，進行科學實驗教學設計的優(yōu)化和實踐，成為目前科學教學亟待解決的問題。

2 優(yōu)化科學實驗教學設計的對策

根據(jù)現(xiàn)狀，從增強小組合作性、明確實驗目的性、突出實驗探究性、強化實驗規(guī)范性和關注實驗綠色化等不同層面入手，對優(yōu)化科學實驗教學設計采取一系列的對策：

2.1 教學設計中增強小組合作性，培養(yǎng)學生交流合作能力

由于每個學生在實驗過程中的動手能力參差不齊，我對任教班級的學生按照自己的意愿自由組合成6個小組，推選一名組長，幫助組里能力稍微弱的同學一起完成實驗。每個組長負責協(xié)助老師開展探究活動，帶領本組成員根據(jù)實驗目的、要求改進與組合、對實驗過程進行優(yōu)化，實驗完畢后及時進行交流自己的意見， 對實驗效果進行評價 ，完成科學探究的任務。在進行測定土壤酸堿性的實驗的過程中，同一個小組的每個成員分別在操場上不同的地方進行實地取樣，配制待測液，運用PH試紙來測定土壤的酸堿性，然后取平均值。通過小組合作使學生充分明白多次實驗可以避免實驗的偶然性，培養(yǎng)了學生的團隊意識。因為有的學生的基礎較差，不能掌握實驗的技巧，甚至有的同學直接把土壤放在PH試紙上進行測定， 這時組里的“小老師”們就出馬了，通過他們的交流使學生能夠正確地掌握實驗操作的規(guī)范性。 這個實驗和日常生活結合比較密切，還需要課內(nèi)和課外相結合、實驗探究和資料的查詢整理相結合，充分發(fā)揮組內(nèi)每個成員的能力，通過學習來了解土壤的酸堿性對農(nóng)作物生長的影響。在我們的宗旨是激發(fā)學生的探究欲望、發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，從而提高學生的學習興趣和熱情，激發(fā)學生熱愛科學的熱忱。

2.2 教學設計中明確實驗目的性，提高學生的科學素養(yǎng)

設計任何一個科學實驗教學，都要有它的目的性，究竟是讓學生掌握科學知識，要學生掌握實驗操作技能，要學生學會記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，還是讓學生學會評價實驗結果等等。

在復習《二氧化碳制取》時，也可以通過將二氧化碳實驗室制法的方程式呈現(xiàn)來讓學生思考給他們一個提問的策略：為什么用碳酸鈣？為什么用稀鹽酸？怎樣探究生成物是氯化鈣（學生會通過已有的知識把它化整為零來驗證氯離子和鈣離子的存在）、二氧化碳、水？隨著這種問題意識的產(chǎn)生，以后學生碰到類似的問題就會很踴躍地提出問題。

對于為什么用碳酸鈣，如果從正面來分析，學生很難回答為什么不用碳酸鈉和碳酸鉀？學生就會迎刃而解了，會從價格的角度、取材方便的角度、反應的速度和反應的量來分析解決。為什么用粉末狀的大理石？（因為很多時候老師都是取塊狀的大理石把它敲碎），學生如果從大理石的狀態(tài)來思考就比較容易了（此處可以培養(yǎng)學生學會對實驗過程的觀察）。在實驗的過程中不小心錯用了硫酸和大理石制取二氧化碳會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，許多學生都能熟練的回答出并且把現(xiàn)象描述得非常清楚，也能想到隨著反應的進行，二氧化碳的產(chǎn)生量卻慢慢減少，可是裝置中碳酸鈣和硫酸卻還有很多，老師如果在此時提出不打開裝置，能不能加一種物質(zhì)把硫酸鈣除去，或者能不能想辦法把硫酸除去，學生會從不同的角度來回答問題，有的學生甚至會提出了把裝置稍微振蕩一下，這樣可以培養(yǎng)學生的問題意識以及培養(yǎng)學生考慮問題的思路，雖然解決問題的方法有很多種，但是主要是采用簡單、方便的方法來解決問題，還可以把所學的酸堿鹽的物理和化學性質(zhì)融會貫通，深層次的思維含量增加。

2.3 在教學設計過程中突出實驗探究性，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識

科學實驗具有科學的探究性，對于激發(fā)學生的求知欲望、提高學生的學習興趣和促進學習的積極性都是有效的措施。我們科學教師在進行實驗教學設計時，要有意識地多設計一些探究性實驗，培養(yǎng)學生的探究能力。

在初二的課本中涉及到電解水的知識，實驗提出能使帶火星的木條復燃的是氧氣，能被點燃并且產(chǎn)生藍色火焰的是氫氣，后來通過初三的學習后學生發(fā)現(xiàn)一氧化碳和甲烷燃燒也產(chǎn)生藍色的火焰，這時學生非常積極地設計一個探究實驗來說明產(chǎn)生的氣體是氫氣，此時學生表現(xiàn)出非常有成就感，能夠用學過的知識來審視課本實驗的不足之處。

還有一個實驗關于驗證光合作用需要二氧化碳，課本上用澄清石灰水和水讓學生去分析哪里設計得不合理 ，其實當時學生的知識背景還不夠，不能馬上解決這個問題，而通過初三的學習，為什么不用澄清的石灰水而用氫氧化鈉溶液，水是對照組。如果繼續(xù)拓展為二氧化碳的濃度是否會對實驗產(chǎn)生影響，怎樣來改變二氧化碳的濃度呢？方法有很多種，增加三個實驗組，一個增加二氧化碳濃度的，一個減小二氧化碳濃度的，一個常態(tài)下二氧化碳濃度，這樣實驗比原來更加豐富了。當然實驗的探究是無止境的，上面我們是從定性的角度進行粗略的探究實驗，如果我們從定量的角度精確地來探究，就更能優(yōu)化科學探究，使學生有一種可以挑戰(zhàn)權威的感覺。

2.4 在教學設計過程中強化實驗規(guī)范性，培養(yǎng)學生良好的實驗習慣

每個探究實驗都要有規(guī)范性，精心設計好對照組，滲透控制變量的思想。在關于綠豆種子萌發(fā)的實驗，曾經(jīng)有學生設計了氣溫、水、空氣三個因素，可是在種子的數(shù)量安排卻是水上、水面、水里各一顆種子，為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象呢？因為學生在潛意識中認為種子的萌發(fā)實驗只需一顆綠豆就可以，忽視了實驗的偶然性，而實際上應該要有足夠多的種子來進行實驗，當然種子的數(shù)量越多，成本越高，實驗越準確，這是和平時我們所說的低成本的實驗相矛盾的，因此在取材方面學生要尋找一個矛盾的結合點 ，學會怎么取材。分組方面，學生潛意識中都會分組，特別是在考試卷中表現(xiàn)得非常棒 ，但是在操作過程中卻亂七八糟、丟三落四，無法區(qū)分實驗組和對照組，主要原因是學生對分組的知識掌握得比較好，對分組的能力和實踐缺乏。

在探究實驗的過程中，需要控制變量，在設計實驗時怎樣控制變量呢？在控制變量的過程中不僅因素要相同，而且要符合，例如2013年杭州中考題第10題在探究硝酸鉀的導電性實驗，許多學生都選擇了D，忽略了C。學生在實驗的過程中，對于觀察現(xiàn)象的記錄往往停留在定性、粗略、片面的觀察，于是我特別強學生盡可能做到定量、精確、全面觀察。當然，好的實驗習慣養(yǎng)成不是一蹴而就的，而是一個漫長的過程，需要老師在平時的教學設計過程中慢慢地滲透和培養(yǎng)形成。

2.5 在教學設計過程中關注實驗綠色化，培養(yǎng)學生的環(huán)保意識

隨著霧霾逐步侵擾我們的生活，在進行教學設計的過程中要引導學生關注和環(huán)境污染有關的問題，使學生逐步形成可持續(xù)發(fā)展的理念，使學生逐漸養(yǎng)成環(huán)保意識。

關于白磷自燃的實驗，課本中的實驗（如圖1所示）存在的問題：對教室中的空氣污染比較嚴重，很多學生出現(xiàn)咳嗽的癥狀。主要原因是磷燃燒的產(chǎn)物不但對于呼吸系統(tǒng)有很強的刺激性，而且還會與空氣中的水蒸汽反應生成有毒物質(zhì)，污染環(huán)境。于是在教學設計中改進試驗。

圖1 圖2

如圖2：將分別放有質(zhì)量相等的白磷（濾紙吸去表面上的水）和紅磷的兩個金屬瓶蓋放于培養(yǎng)皿中，倒扣在一個大燒杯中，往培養(yǎng)皿內(nèi)倒入60℃熱水，金屬瓶蓋漂浮。差不多30秒后，白磷自燃，同時產(chǎn)生濃厚的白煙，紅磷沒有燃燒。60秒后白煙消失，生成的五氧化二磷與水反應生成磷酸，實驗完畢后向培養(yǎng)皿中加入弱堿性溶液來中和磷酸。在整個實驗過程中產(chǎn)生的有毒物質(zhì)沒有散發(fā)到教室中避免了污染，實驗環(huán)境得到極大的改善，學生的實驗興趣也得到提高，使學生意識到環(huán)保問題已經(jīng)深入到我們的學習和生活中。

2.6 在教學設計過程中注重選材的多樣性，激發(fā)學生探究的興趣

科學課本的實驗只是單純依靠老師來進行演示，學生的印象不是很深刻。如果在教學設計的過程中進行實驗的改進，尋找各種材料，可達到事半功倍的效果。例如“日晷”，學生非常難以理解，可以用酸奶盒、白紙、刻度尺等材料，在光線充足的室內(nèi)根據(jù)太陽光的直射點不同，來畫出不同時間太陽光行走的痕跡；做氫氣爆炸實驗，可先在娃哈哈AD鈣奶的空飲料瓶的瓶底戳一個小洞，然后用纏著棉花的火柴梗塞住，倒扣在實驗臺上，收集半瓶氫氣，點燃。諸如此類的材料垂手可得，有的實驗學生甚至可自己在家里完成（例如雞蛋在醋酸中跳舞），使學生學會用生活中的材料來進行科學探究的習慣，引導學生關注生活中的實驗現(xiàn)象，激發(fā)學生進行實驗探究的興趣。

3 科學實驗教學設計優(yōu)化的成效

本次研究采用問卷調(diào)查的方法，將今年收集的相關數(shù)據(jù)與去年進行對比，其結果看到依賴在教師引導下能完成探究實驗的學生比率明顯減少，經(jīng)過Z統(tǒng)計表明 Z=3.263>2.85差異極顯著 ，學生能自己動手獨立完成的探究實驗的學生比率有所上升，經(jīng)過Z統(tǒng)計表明Z=2.355>1.96 差異顯著，愿意自己動手并用課外時間完成與課本內(nèi)容有關且與生活實際相結合的家庭小實驗的學生比率雖然有所上升，但經(jīng)過Z統(tǒng)計表明Z=1.666<1.96 增長不顯著。

下面通過卡方檢驗判別學生實驗能力是否得到顯著改善，樣本數(shù)據(jù)的自由度為V=（31）祝？1）=2，我們選擇顯著水平 =0.05，查表可以確定卡方分布的臨界值為5.99。進行卡方統(tǒng)計檢驗，通過卡方分析=10.768>=5.99，2013年學生實驗完成情況得到顯著改善。經(jīng)過一年的時間，對我校部分學生進行隨機問卷調(diào)查，學生通過小組合作、認真觀察、細心分析，逐漸實現(xiàn)科學實驗優(yōu)化，對科學實驗充滿興趣，通過實驗成功體驗的愉悅感，進一步激發(fā)學生的學習興趣，提高學生學習的積極性，使學生想學、愛學、樂學。

當然，學生實驗的優(yōu)化這個永恒的話題，應該滲透到教學模式、智力情感、意志品質(zhì)等各個領域，學生實驗優(yōu)化有很大的發(fā)展空間，并不是上述的舉措都是萬能的，都能達到預期的效果，每個舉措都要有細化的要求，例如小組合作的效果沒辦法來監(jiān)控，實驗探究的目的性效果在本文中也沒有涉及。愿意自己動手并用課外時間完成與課本內(nèi)容有關且與生活實際相結合的家庭小實驗的學生比率雖然有所增長，但是效果并不明顯，因為做家庭小實驗對學生來說還是有一定的困難的，例如時間的安排、家里的實驗器材、試劑，雖然有的家庭小實驗不需要正規(guī)的器材和試劑，但畢竟和我們實際有些差異，學生操作起來比較困難。眾所周知，優(yōu)化實驗的探究需要花費大量的時間和精力，不是一朝一夕可以完成的，這與我們平時的教學任務比較緊張是相沖突的。中考雖然強化突出探究，但是學生并沒有完全領會探究的精神實質(zhì)，更多地根據(jù)應試要求來進行探究，把探究題作為題目來完成，不能使探究能力得到充分的發(fā)展，沒有養(yǎng)成探究的思維習慣，體現(xiàn)探究的真諦。

參考文獻

[1] 韓程明.不可忽視的“化學實驗教學設計”[J].科學教育，2010.9：69.

[2] 丁德宵.探討新課程下化學實驗設計的作用[J].數(shù)理化研究，2012.6：42-43.

[3] 鄭喜煥.淺析初中化學探究式實驗教學在初中科學課堂中的應用[J].現(xiàn)代閱讀，2012.7：173.

[4] 史美軍.初中化學實驗有效教學設計的實踐探索[J].教師，2012.11：98-99.