设计生活实验 促进科学探究

科学的核心是探究。初中科学教学的探究活动主要是通过实验来完成的,而教材中所安排的实验远远不能满足教学需要。生活小实验贴近生活实际,题材广泛,内容丰富,简单易行,取材方便,实验时间短,便于学生操作与实践。这些蕴涵科学原理的生活小实验,既有助于突破教学
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  科学的核心是探究。初中科学教学的探究活动主要是通过实验来完成的,而教材中所安排的实验远远不能满足教学需要。生活小实验贴近生活实际,题材广泛,内容丰富,简单易行,取材方便,实验时间短,便于学生操作与实践。这些蕴涵科学原理的生活小实验,既有助于突破教学重点、难点,又能激发学生学习科学的兴趣,提高学生的探究能力,培养学生的科学素养。因此,教师自行设计生活小实验,给学生提供充分的科学探究机会,在科学教学中显得十分重要和必要。
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  一、观察实验,引发探究问题
  
  进行科学探究,首要的是发现“问题”。生活小实验可以给学生提供感性的素材,让需要探究的问题在情境中自然诞生,让学生自然产生探究和解决“问题”的欲望,使探究活动成为学生的一种心理需求,从而激发学生的探究兴趣,引领学生主动进行探究。
  如在“探究凸透镜成像规律”教学时,笔者是这样设计小实验引发问题的:上课开始先发给每个学生一个放大镜,让学生在一张白纸上写一个字,透过放大镜观看这个字,并改变放大镜与白纸之间的距离。
  教师:同学们在刚才的活动中看到了什么现象?
  学生:当放大镜离白纸较近时,看到的字是放大、正立的;当将放大镜与白纸的距离增大时,字变成倒立了;当继续增大放大镜与白纸的距离时,倒立的字会变小。
  教师:放大镜是一个凸透镜,写在白纸上的字是一个物体,人眼通过放大镜看到的字实际上是物体经凸透镜成的像。根据这些现象,对于凸透镜,同学们想弄清楚什么问题呢?
  学生:我们想弄清楚物体经凸透镜所成的像究竟跟凸透镜与物体的距离有什么关系?
  这样在进行深入探究之前,先用一个小实验创设问题情境,引出本课将要探究解决的问题。从而改变了学生按照给定的实验方案“照方抓药”的传统教学方法,使验证性实验变成了探究性实验,引领学生一步步走上了科学探究之路。
  
  二、分析实验,引导科学猜想
  
  猜想是科学教学中需要培养的重要思想方法,也是科学探究活动的重要组成部分。但实际教学中,不少学生或者按照教材的提示说出一点猜想,或者没有科学根据、不假思索地列举许多因素,因而往往使“提出猜想”成为一种形式,学生很难通过这个环节领悟科学方法。在探究教学中,教师应当在这个环节上下些工夫,逐渐提高学生猜想的层次水平。尤其对于学生缺少足够经验的一些科学问题的教学时,教师更应提供某个或某些生活小实验,让学生通过分析实验现象,并通过联想,再提出科学的猜想。
  如“探究浮力的大小”教学时,笔者是这样设计的:
  教师:浸在液体中的物体受到的浮力的大小可能跟哪些因素有关呢?请同学们充分发表意见,说出理由。
  生1:浮力的大小可能跟液体的密度有关,密度越大,浮力越大。
  生2:浮力的大小可能跟物体的形状有关。
  生3:浮力的大小可能跟物体浸没液体的深度有关。
  ……
  学生们虽然说出了很多种猜想,但因为没有实验作感性的支撑,很难联想到与被物体排开液体重量有关。如何引导学生想到去考察被物体排开的那部分液体的重力,从而使学生能够在有限的课堂时间内将精力集中到猜测的关键点上呢?于是我设计了两个学生实验活动。
  【活动一】将一只空塑料瓶瓶底朝下浸入水中,逐渐将瓶下压,感受一下空瓶所受浮力的大小,猜一猜,瓶子所受浮力大小可能与哪些因素有关?
  【活动二】在一只塑料袋中装满水,用弹簧测力计悬挂着水袋将其浸入水中,并逐渐地使浸入水中的部分加大,观察弹簧测力计读数的变化,猜一猜,水袋所受浮力大小可能与什么因素有关?当水袋中的水面与容器中的水面相平时,弹簧测力计的读数是多少?由此能否猜想一下,浮力的大小到底遵循什么规律?
  学生在此实验的基础上交流猜想,再通过实验分析,就可以得到如下的猜想:浸在水中的物体所受浮力的大小等于被物体排开水的重力。接着,再通过实验验证,并得出结论。
  这样,当学生的猜想没有进入探究的核心范畴时,教师不断再现学生已有知识,设计一些小实验加以分析与引导。这种铺垫为学生提供了思维的背景,再辅以思维方法上的指导,就能给学生合理、科学的猜想搭建平台。
  
  三、改编实验,验证假设结论
  
  科学探究需要对假设的结论进行检验,这就要求我们对实验结果进行比较、分析,进行科学解释。同时,为了防止以偏概全,需要收集更多的证据支持、验证假设的结论,并强化学生对结论的理解和掌握。
  如浮力的成因一直是初中科学教学中的一个难点,在教学中,我按照教材(华师版八上)第74页提供的装置进行实验:先把一个两端蒙有橡皮膜的圆桶水平放入水中,观察到橡皮膜的凸凹情况相同;再把圆桶竖直放入水中,观察到橡皮膜的下表面凹陷的程度比上表面要大。要求学生根据上述现象得出浮力成因的假设结论。这时,有部分学生得出了“作用在物体上下表面的压力差是浸在液体里的物体受到浮力的原因”的假设结论。但是,有几个学生对此结论提出了质疑:在手工蒙扎两端的橡皮膜时很难控制两面薄膜的松紧情况,因此圆桶竖直放入水中时,上下薄膜的凸凹形变程度差异,不一定仅仅由上下表面的压力差引起。
  我不禁为学生敢于质疑的科学探究精神而欣慰,同时为让学生信服这个结论,将圆桶改用可乐瓶再进行实验,对“浮力产生的原因”进行验证。实验的方法是:取一个瓶口内径略小于乒乓球直径的无盖可乐瓶,去掉其底部将瓶口倒置。(1)放入一只乒乓球,然后向瓶里注水,发现水从瓶口流出,乒乓球不上浮;(2)用手指堵住瓶口,再向瓶里注水,不久就发现乒乓球上浮。
  这个实验取材方便,简单易做,为第一个实验得出的结论提供了强有力的证据,且实验现象更为明显。学生对此实验过程印象深刻,从而对浮力产生的原因有了更清晰的理解。
  
  四、设计实验,培养探究能力
  
  指导学生自行设计科学实验,是培养学生探究能力的重要环节,也是培养学生实践能力的重要途径。既有利于培养学生的科学精神,又有益于学生领悟、运用和巩固科学知识。同时,还可以将科学探究从课内向课外延伸。
  如“探究种子萌发的条件”教学时,教师先将实验所探究的影响种子萌发的多种因素,分解成一个个的单一因素,让学生通过单个因素考虑种子萌发与外界条件的关系,进而引导学生设计出教材中所呈现的对照实验,探究并得出种子萌发所需的外界条件。然后给学生布置了一个课外探究作业:同学们能设计另外的实验方案来探究种子萌发的条件吗?课后学生纷纷寻找身边的器材,设计实验方案,并进行实际试验。学生设计的其中两个方案为:
  【方案一】材料:大豆种子50粒,有盖相同塑料瓶5个,小勺1个,餐巾纸10张,标签5张,清水。
  实验方案:取5个洁净的塑料瓶,分别贴上写有1―5的标签,每个瓶中放入2张餐巾纸,并在餐巾纸上均匀地放上10粒种子,然后依照下表中处理方式操作。
  
   【方案二】材料:大豆种子6粒,相同玻璃杯3只,一次性筷子3根,标签3张,棉线,清水,如图1。
  
  实验方案:
  通过这样的自行设计,并在课外亲历实验的观察、比较和分析的探究活动,学生对种子萌发所需的外界条件就铭记在心了。
  又如在学习“功和功率”时,我布置学生测出自己跑步上楼时的功率。课后学生自行设计方案,几个同学一起合作,很好地完成了任务。这不仅巩固了知识,还强化了学生使用秒表、刻度尺等基本仪器的技能。
  科学源于生活。实践证明,只要平时多留心、多思考、多积累,适合科学教学的生活小实验肯定会越来越多,科学课也会被学生越来越喜爱,学生的探究能力也会越来越强。

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