基于核心素养的初中科学微实验教学的实践与探索

2019-09-09 06:31:39 教学月刊·中学版(教学参考) 2019年8期

夏兆省

摘    要:微实验具有实用性、亲和性、拓展性、探究性的基本特征。对微实验的分类、内容进行提炼,从科学概念教学、规律教学以及习题教学中突出培养学生的核心素养,在科学教学中要通过观察、实验,引导学生对已掌握的事实通过分析、归纳、概括出基本概念和基本规律,从而获取科学知识。

关键词:初中科学;核心素养;微实验教学

初中科学是一门以实验为基础的综合理科课程,实验是科学教学的一种最有效的形式,其中隐含着丰富的科学知识与疑问,是开启科学知识的源泉,帮助学生形成科学概念、原理与规律,培养学生观察实验现象能力、得出实验结论能力,同时还培养学生尊重科学事实的基础上逐步构建科学的方法论, 逐步形成科学的情感、态度与价值观。

笔者曾对初中科学实验课教学进行了课堂观察,在课后对学生进行了问卷调查,并结合访谈,发现大多数教师存在着轻科学知识形成过程,重科学知识结论;忽视尊重客观事实,过分强调尊重权威;不注重实验,忽视对实验过程思考等问题。这样的实验教学的课堂与培养学生的核心素养显然是割裂的。

为此,笔者以培养学生核心素养为指向, 从以下几方面对初中科学微实验教学进行一些实践与探索。

一、微实验的涵义和基本特征

微实验是指利用生产和生活中的物品进行的“短小”实验。微实验以结构简单、操作便易取材方便等特点,使其具有极强的“亲民性”,学生能轻易参与,人人可做。学生利用生产和生活中的物品进行实验,强调要开展多种探究活动,以激发学生学习科学的兴趣,培养学生的实践能力和创新能力。微实验具有实用性、亲和性、拓展性、探究性的基本特征。

1.实用性

日常物品可以根据需要加工成不同的实验用品,可增强了学生的学习科学积极性和体验探究科学过程,有助于突破科学概念、规律、原理的疑难点。如浙教版科学教材第三册第三章第2节“浮力”的教学中,教师安排学生利用家庭器材薄塑料袋探究物体的沉浮条件。

2.亲和性

日常物品学生感兴趣,较熟悉,容易被学生接受并积极思考。如浙教版科学教材第二册第三章第7节“压强”的教学中,教师安排学生利用文具器材钢笔探究压力的作用效果跟压力的大小与受力面积有关,从而建立了压强概念。

3.拓展性

日常物品对教科书内容进行补充,可帮助学生理解科学概念、规律、原理的重难点。如浙教版科学教材第四册第三章第4节“二氧化碳”的教学中,教师安排学生利用医用器材大号针筒探究“二氧化碳气体在水中溶解性” 的实验,从而进一步激发学生的学习兴趣,帮助学生理解二氧化碳气体在水中溶解性的规律。

4.探究性

利用生产和生活中的日常小物品,根据科学实验现象可以调动学生去探究直观的实验现象背后潜在的科学概念、规律、原理,引导学生对科学现象的自主探究活动,锻炼了学生的观察实验现象能力、探究实验规律能力以及学生自主学习的能力。如浙教版科学教材第四册第三章第2节“氧气和燃烧”的教学中,教师安排学生利用医用器材注射器探究可燃物的燃烧条件之一需要氧气参与。

二、微实验教学的分类和内容

教师认为科学教学资源就是上级教育行政部门配发的实验器材。其实,我们要充分挖掘生产和生活中的日常小物品,开展多种科学探究活动,以激发学生学习科学的兴趣,培养学生的探究能力、实践能力和创新能力。

(一) 微实验分类

科学来自实验,概念源于实践,“微实验”可以促进建构科学概念。微实验课程设置五个分类(如图1),所有内容直接来源于学生熟悉的生产和生活中的日常小物品,更能打破学生对科学探究的神秘感,体验到学习科学知识的乐趣。

(二)微实验内容

微实验对适合提升学生核心素养的教学内容设计了不同专题的科学探究教学,具体内容如表1所示。

根据以上微实验探究内容,从科学概念教学、规律教学以及习题教学中突出培养学生的核心素养,在科学教学中要通过观察、实验,引导学生对已掌握的事实通过分析、归纳、概括出基本概念和基本规律,从而获取科学知识。

三、微实验教学的实践

1.微实验在初中科学概念教学中实践

在科学概念的形成过程中,利用日常小物品对教科书实验器材进行改进,调动学生的学习积极性,可帮助学生理解科学概念,同时培养了学生的观察能力、探究能力和自主学习的能力。

案例1   “压强”教学

浙教版科学教材第二册第三章第7节“压强”的教学中安排了如图2所示的一个活动。

这是一个探究压强大小跟什么因素有关的实验活动,利用海绵、小凳子、砝码实验器材进行探究。

在浙教版科学教材中,本实验为验证性实验,整个实验过程,学生基本上被动地完成实验,照搬课本,未作深层次的思考,机械地求证实验结果。学生发挥的空间小,学生没有深层次的学习兴趣,更缺乏主动去探究性学习的动力。基于这样的实验状况,笔者突破教材的限制,挖掘并利用日常物品器材设计为探究实验,深化对书本知识的理解和应用,提升了核心素养。

教师组织学生设计实验,填写学习活动单中的实验目的、实验器材、实验步骤。

第______小组       成员:________

(1)设计实验

[实验目的 探究压力的效果与受力面积的关系 实验方法

需要改变的量 受力面积 需要控制不变的量 压力大小 实验器材 塑料透明的大盒子、沙子、两个相同的玻璃杯 实验步骤 两个相同的塑料透明的大盒子,里面装上等量的沙子;

将其中一個玻璃杯正放在沙子上面,另外一个倒放在另一堆沙上,比较沙子凹陷的程度。 ]

(2)观察与分析

实验现象:玻璃杯倒放沙子凹陷得深一些。

实验结论:压力的大小不变,压力的作用效果与受力面积有关,且成反比。

(3)设计实验

[实验目的 探究压力的效果与压力大小的关系 实验方法

需要改变的量 压力大小 需要控制不变的量 受力面积 实验器材 塑料透明的大盒子、沙子、两个相同的玻璃杯 实验步骤 两个相同的塑料透明的大盒子,里面装上等量的沙子;

将两个杯子都正放在沙子上,其中一个杯子里放些石块,加大它的重量,比较沙子的凹陷程度 ]

(4)观察与分析

实验现象:重量大的杯子沙子凹陷得深一些。

实验结论:受力面积不变,压力的作用效果与压力的大小有关,且成正比。

本节“压强概念”教学过程中,学生利用学习活动单,经历了设计实验方案、学生亲自动手操作实验、实验现象分析、实验结论得出,感悟科学方法,通过这个完整的科学探究归纳总结出压力的作用效果与压力的大小成正比,与受力面积成反比,从而建立了压强这一概念。学生在此过程中有充足的时间去动手实验,有体验、有思考,学生就能从实验过程中提炼出实验的方法,获得实验成功的乐趣,培养学生探究能力,同时可以提升核心素养。

2.微实验在初中科学规律教学中实践

在科学规律的建立过程中,利用日常小物品对教科书实验器材进行改进,激发学生的学习兴趣,可帮助学生建立科学规律,同时培养了学生的观察能力、探究能力和自主学习的能力。

案例2    “小孔成像的规律”教学

浙教版科学教材第二册第二章第4节在“光和颜色”的教学中安排了如图3所示的一个活动。

这是一个探究小孔成像的规律的实验活动,浙教版科学教材本实验缺点是如果没有太阳光,通过自制的小孔在地面上找不到的像。笔者对课本仪器改进为F光源、带小孔的黑板、白屏。

下面重点通过日常物品来探究小孔成像的规律。

(1)提出问题

物体与小孔之间的距离跟物体经小孔所成像的大小、正倒有什么关系?

(2)建立猜想

物体与小孔之间的距离可能跟物体经小孔所成像的大小、正倒有关系。

(3)设计实验和进行实验

在比较暗的环境中,如图4中的F光源、带小孔的黑板、白屏依次摆放在在水平桌面上,然后调节F光源、小孔和白屏的中心在同一高度上。

當小孔板和白屏之间距离不变, F光源距小孔越近,观察白屏是否有像?像比物大还是比物小?像是正立的还是倒立的?

当小孔板和白屏之间距离不变,F光源距小孔越远,观察白屏是否有像?像比物大还是比物小?像是正立的还是倒立的?

当小孔板和白屏之间距离与F光源距小孔板距离相等时,观察白屏是否有像?像比物大还是比物小?像是正立的还是倒立的?

(4)记录实验数据

将实验的结果记录在表2中。