王孝德 張夢(mèng)雅

摘 要：以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是科學(xué)教學(xué)的基本特征。如何提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)的效率，體現(xiàn)“學(xué)為中心”的思想，是科學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要課題，也是素質(zhì)教育的基本要求。在科學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐中，我們努力探討了變式實(shí)驗(yàn)教學(xué)及其教學(xué)策略，希望能對(duì)科學(xué)教學(xué)有所啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：變式實(shí)驗(yàn)；科學(xué)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

科學(xué)課程的核心理念之一就是科學(xué)探究。隨著新一輪課程改革的縱深推進(jìn)，實(shí)驗(yàn)已成為教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分。我們以實(shí)驗(yàn)為基本手段和方法，調(diào)動(dòng)全體學(xué)生的積極性，優(yōu)化學(xué)生思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方法，從而減輕了學(xué)生負(fù)擔(dān)。在變式實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，我們積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情感，組織學(xué)生開展活動(dòng)，把握活動(dòng)的廣度和深度，激發(fā)學(xué)生思維，從而達(dá)到素質(zhì)教育的真正目的——啟蒙人的智慧與思想。

變式教學(xué)最早起源于上海學(xué)者顧泠沅，他在《學(xué)會(huì)教學(xué)》中率先加以研究，以“青浦實(shí)驗(yàn)”有關(guān)變式教學(xué)的研究為基礎(chǔ)，從一個(gè)特定的角度對(duì)中國(guó)數(shù)學(xué)變式教學(xué)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)反思與理論分析。所謂“變式”，就是指教師有目的、有計(jì)劃地對(duì)命題進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)化。由于學(xué)科之間的共通性，科學(xué)中采用變式實(shí)驗(yàn)優(yōu)化教學(xué)。我們用不同形式的實(shí)驗(yàn)材料，變換實(shí)驗(yàn)方式幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，建構(gòu)科學(xué)概念，提高學(xué)習(xí)效率。為了實(shí)現(xiàn)有效變式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，體現(xiàn)“學(xué)為中心”的思想。

一、實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)有效“變式實(shí)驗(yàn)”教學(xué)的重要策略

黃鵬飛老師提出基于“學(xué)為中心”的“五優(yōu)化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包括優(yōu)化實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方式、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過程、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。其中，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的優(yōu)化是最為有效的方法之一，而在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備優(yōu)化過程中，實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)化較為高效，也是“學(xué)為中心”的直觀體現(xiàn)之一。材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化讓學(xué)生更投入地探究、更自由地操作、更有效地學(xué)習(xí)；使學(xué)生通過研究材料去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)素養(yǎng)。例如，在2012年浙江省優(yōu)質(zhì)課評(píng)比中，“電熱器”課例充分體現(xiàn)了通過實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)化，達(dá)到有效變式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。

師出示：一根電阻絲，連接到電路中，閉合開關(guān)。

設(shè)問：現(xiàn)在這根電阻絲是否有熱量產(chǎn)生？

生1：用手來摸，如果感覺熱，就說明產(chǎn)生了熱量。

師：這想法理論上是可行的，但實(shí)際操作中是有問題的。

生2：繼續(xù)通電看電阻絲是否會(huì)發(fā)紅。

師：這也許需要很長(zhǎng)的時(shí)間。

教師出示一個(gè)泡沫，把泡沫放在剛才的電阻絲上，泡沫很快被切斷了。

師設(shè)問：你觀察到了什么現(xiàn)象？

生1：泡沫被切斷了。

師：說明了什么？

生1：電阻絲產(chǎn)生了熱量，把泡沫切斷了。

師：把不可見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為可以看到的現(xiàn)象，科學(xué)上把這種方法叫作轉(zhuǎn)換法。

“電熱器”這一課例將書本中的電阻絲加熱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行變式，用泡沫切割的方法替代溫度計(jì)，實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，表達(dá)清晰，學(xué)生較容易理解。通過實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)化，學(xué)生能清楚地理解電阻產(chǎn)熱的原理，并滲透了轉(zhuǎn)換法的科學(xué)方法，由淺入深，激發(fā)了學(xué)生的探究欲，在變式實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)了“學(xué)為中心”的主旨，突出了學(xué)生的主體性。

二、拓展學(xué)生思維是有效“變式實(shí)驗(yàn)”教學(xué)的前提

實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)化作為實(shí)現(xiàn)變式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效策略之一，方法簡(jiǎn)便，效率高，但需要教師具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力，且需要思維的靈活度。學(xué)生是課堂的主體，更是實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的主要參與者。為了體現(xiàn)“學(xué)為中心”的思想，我們強(qiáng)調(diào)必須在實(shí)驗(yàn)變式教學(xué)中拓展學(xué)生思維，具體可以通過探測(cè)學(xué)情、內(nèi)化概念、建構(gòu)概念等過程拓展思維。

1.探測(cè)學(xué)情，引發(fā)思考

實(shí)驗(yàn)前的預(yù)測(cè)是拓展學(xué)生思維的切入點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，教師應(yīng)通過創(chuàng)設(shè)富有挑戰(zhàn)性的問題情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，而設(shè)定的實(shí)驗(yàn)恰是解決這一認(rèn)知沖突的關(guān)鍵?，F(xiàn)以“氣體壓強(qiáng)和流速關(guān)系”這一課為例。

師：這里有兩張紙片，如果往紙片中間吹氣，會(huì)有什么現(xiàn)象？

生1：會(huì)吹開。

師追問：為什么會(huì)吹開？

生1：我生活中吹紙片，一吹就吹開了

師：其他同學(xué)呢，有沒有不同的觀點(diǎn)？（學(xué)生都點(diǎn)頭）

師：科學(xué)是講究證據(jù)的，我們需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這一現(xiàn)象。

教師以兩張紙片的例子探測(cè)學(xué)情，一部分學(xué)生可能會(huì)說紙片會(huì)吹開，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反，從而引發(fā)認(rèn)知沖突，拓展學(xué)生的思維，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，建構(gòu)出一個(gè)概念——?dú)怏w流速越大，壓強(qiáng)越小。試探性的學(xué)情預(yù)測(cè)能夠使學(xué)生的思維過渡到活動(dòng)中，從預(yù)測(cè)到思維的過渡是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，學(xué)生逐漸建構(gòu)概念，符合其認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

2.運(yùn)用新知，內(nèi)化概念

科學(xué)概念建構(gòu)之后，需要讓學(xué)生明確科學(xué)概念是經(jīng)得起反復(fù)考證的。所以，由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證科學(xué)概念的正確性，用不同形式的直觀材料或?qū)嵗f明事物的本質(zhì)屬性。這也是學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的遷移和提升?，F(xiàn)以“氣體壓強(qiáng)和流速關(guān)系”一課的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)為例。

師：其實(shí)這一規(guī)律在生活中還有很多應(yīng)用，請(qǐng)同學(xué)們盡可能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)器材有

乒乓球、吸管、燒杯（水）、一次性塑料杯、紙，待會(huì)兒請(qǐng)同學(xué)上來演示，一個(gè)同學(xué)做，一個(gè)同學(xué)仿照這個(gè)范本進(jìn)行講述。

（1）你用______使______處氣體的流速變______了。

（2）你通過______現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)______處壓強(qiáng)變______了。

（3）你得出______結(jié)論______。

小結(jié)：當(dāng)氣體流速越大，壓強(qiáng)會(huì)越小。那么液體呢？

請(qǐng)同學(xué)們利用輪船、注射器、乒乓球、水槽（注意注射器的水流水平射出）來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證液體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系，也仿照范本：

（1）你用____________使______處液體的流速變______了。

（2）你通過____________現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)____________處壓強(qiáng)變______了。

學(xué)生運(yùn)用剛掌握的結(jié)論進(jìn)行自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并應(yīng)用科學(xué)概念。他們能輕易地設(shè)計(jì)出乒乓球從紙杯跳起、兩塑料杯內(nèi)吹乒乓球等實(shí)驗(yàn)，最后，在液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的教學(xué)中，直接給出器材輪船、注射器、水槽，由學(xué)生自主探究。這是因?yàn)樵谥皻怏w壓強(qiáng)與流速關(guān)系的學(xué)習(xí)中，教師已經(jīng)作好鋪墊，學(xué)生能夠由氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系類比推出液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，所以能比較容易地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。教師合理利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，能夠使學(xué)生的思維更廣、更深，內(nèi)化科學(xué)概念。

3.建構(gòu)概念，發(fā)展認(rèn)知

概念初步建構(gòu)好后，就需要發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知，感知建構(gòu)經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)教學(xué)內(nèi)容所蘊(yùn)涵的信息通過一系列活動(dòng)呈現(xiàn)在學(xué)生面前時(shí)，只有超越所給的信息，才會(huì)獲得重要的、可遷移的觀念，才能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境，而這種超越就是對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋。在“氣體壓強(qiáng)和流速關(guān)系”課例中，就體現(xiàn)了概念從建構(gòu)到發(fā)展的過程，反映了學(xué)生思維的發(fā)展過程。

師：為什么紙片會(huì)靠攏呢？看來咱們要好好分析下。紙片的中間和外面充斥著什么？

生：空氣。

師：那剛開始前，紙片處于什么狀態(tài)？

生：靜止。

師：說明紙片兩側(cè)受到的大氣壓力有什么關(guān)系？

生：相等。

師：吹氣不是把中間的空氣吹跑，而是使中間的氣體流速變大，那我們看到了什么現(xiàn)象？

生：紙片靠攏了，里側(cè)的壓強(qiáng)小，外面的壓強(qiáng)沒有改變。

師：通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，咱們得出的結(jié)論在生活中有很多應(yīng)用，比如剛才的同學(xué)就很巧妙地運(yùn)用了吹氣讓乒乓球懸浮的辦法，現(xiàn)在我們來解釋下。

吹氣使乒乓球 上方 處的氣體流速變 大 了，氣壓變 小 了，使乒乓球下方的氣壓大于上方的氣壓，所以乒乓球不會(huì)下落。

“紙間吹氣”現(xiàn)象的解釋——初步建構(gòu)“氣體流速越大壓強(qiáng)越小”概念，“懸浮的乒乓球”現(xiàn)象的解釋進(jìn)一步認(rèn)同“氣體流速越大壓強(qiáng)越小”概念，在這一過程中概念一步步得到發(fā)展，學(xué)生主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)過程中，最后真正建構(gòu)“流體流速越大，壓強(qiáng)越小”的概念。

三、學(xué)生體驗(yàn)深刻是有效“變式實(shí)驗(yàn)”教學(xué)的途徑

學(xué)生思維的拓展可以有效促進(jìn)概念的發(fā)展，這對(duì)于強(qiáng)調(diào)學(xué)生思維發(fā)展的“變式實(shí)驗(yàn)”教學(xué)是非常重要的。除此之外，學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)是接受的過程，更是發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的過程。因此，教師在科學(xué)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)、主動(dòng)探究，體驗(yàn)未曾經(jīng)歷的獨(dú)特經(jīng)歷，讓學(xué)生體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生是主動(dòng)參與者，變式實(shí)驗(yàn)尤為強(qiáng)調(diào)學(xué)生體驗(yàn)的深刻性。在“氣體壓強(qiáng)和流速關(guān)系”課例中，有許多讓學(xué)生印象深刻的體驗(yàn)活動(dòng)。

師：現(xiàn)在每位同學(xué)都有兩張紙片，大家吹吹看。

師：大家去吹紙片時(shí)，發(fā)現(xiàn)紙片怎么樣了？

生：紙片真的合攏了（體驗(yàn)深刻）

……

師：現(xiàn)在你們?cè)谧⑸渌鞯倪^程中發(fā)現(xiàn)了什么？

生：小船碰到一起了！（經(jīng)驗(yàn)繼續(xù)延展）

……

師：同學(xué)們，當(dāng)我用吹風(fēng)機(jī)吹機(jī)翼時(shí)，你觀察到了什么？

生：機(jī)翼升起來了?。w驗(yàn)進(jìn)一步加強(qiáng)，經(jīng)驗(yàn)在學(xué)生頭腦中牢固建構(gòu)）

從吹紙片到注射小船、吹機(jī)翼模型，在這些實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，學(xué)生都親自操作，親自體驗(yàn)，從“真的合攏”“碰到一起”“機(jī)翼升起來”這一系列的話語可以看出，學(xué)生對(duì)體驗(yàn)很有感悟，并發(fā)自內(nèi)心地感到快樂，這與“學(xué)為中心”的思想是非常契合的，學(xué)生在此活動(dòng)過程中非?？鞓罚瑢W(xué)習(xí)效率也得到提升。這一系列的活動(dòng)讓學(xué)生體驗(yàn)非常深刻，經(jīng)驗(yàn)在學(xué)生頭腦中從建構(gòu)到延展再到牢固打下基礎(chǔ)，著實(shí)提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

四、學(xué)生充分交流是有效實(shí)驗(yàn)教學(xué)的保證

當(dāng)學(xué)生對(duì)一系列彼此有聯(lián)系的材料進(jìn)行探究并獲得有意義的經(jīng)歷之后，他們的內(nèi)心有了等待開發(fā)的語言思維——一種可用語言表達(dá)的思維。這種由前語言思維向語言（概念）思維的轉(zhuǎn)化有一個(gè)過程，集體研討則是促進(jìn)這種轉(zhuǎn)化的有效途徑。學(xué)生通過對(duì)有效實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行交流，這是有效實(shí)驗(yàn)教學(xué)的保證。

總之，有效變式實(shí)驗(yàn)是科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，我們通過實(shí)驗(yàn)材料的優(yōu)化、拓展學(xué)生思維、充分交流等實(shí)踐實(shí)現(xiàn)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)中調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生舉一反三的能力，體現(xiàn)以“學(xué)為中心”的思想，有助于素質(zhì)教育的實(shí)現(xiàn)。

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