初中科学可操作性家庭小实验开发和利用的探究

黄建

【论文摘要】受到课堂时间，实验器材等因素的限制，初中科学课堂实验教学往往难以保证每个学生独立的完成每个实验，甚至部分操作仅由教师在讲台上进行演示，不利于发挥学生的主观能动性，难以充分保障学生对相关重难点理论知识建立感性认识。为响应现行初中科学教学大纲对学业考试涉及中课外实验探究内容的要求，我们有必要开发一些家庭可操作性小实验。笔者通过分析，提炼出初中科学理论课程相关的三个典型的可操作性小实验，分别从长周期观测试验、实用性器材工作原理浅析以及科学试题涉及实验类考点探究三个方面开展家庭小实验的探索，期望借此提升学生的解题思维能力、创造能力和动手能力。

【关键词】：可操作性;家庭小实验

1.前言

我国从2001年开展的第八次课程改革，提出了鼓励调动一切社会资源充实、丰富课程资源，尤其是对家庭小实验的探索;西方国家则更早地将学生家庭资源作为一种课程资源，他们甚至延伸到社区[1]。2016年第九次课改将“核心素养”作为聚焦点，而实验是提高学生科学核心素养的有效途径。有效地开展家庭实验教学，不仅能激发学生的学习兴趣，而且能培养学生的观察能力、分析与解决问题的能力以及创新思维能力，最终使学生形成实事求是，严肃认真的科学态度[2]。

拉尔夫·泰勒提出：要最大限度地利用学校的资源，同时加强校外课程帮助学生与学校以外的环境打交道[3]。在“中国知网学术期刊电子资源库”以“家庭实验”为主题进行搜索，自2004年起约有345篇文章，尤在 2010年至今相关研究报道逐年增加。可见，家庭实验作为一种重要的校外课程资源越来越受到重视。随着中小学素质教育改革不断推进，家庭教育在充实科学实践课程内涵上初见成效。家庭实验的开展为塑造学生学习主观能动性，锻炼其创新思维与探究意识方面积累了经验。然而，这众多文献中涉及初中科学家庭小实验（含化学、物理、生物与地理单学科）研究报道仅为79篇。

迄今为止，教育专家对家庭小实验的研究主要以物理，化学，生物的分科家庭实验教学居多，相对分散，而对于浙教版《科学》教材中涉及四个领域实验进行优化整合的研究较少。前人多从具体某一个或几个实验局部开展家庭教育方式探索，整体考量初中科学物理，化学，生物与地理全部实验布局的研究凤毛麟角。譬如，是否可以根据科学实验课程总课时量合理分配四部分实验量，将便于利用普通家庭现成资源就能进行的部分实验适量移出校内实验课？可否将课时量向较难完成或验证不易理解的理论知识的实验适当倾斜，使学生可以保质保量完成实验并深刻掌握相关理论知识？

为响应课改精神，家庭小实验的设想应运而生。家庭实验是指利用家庭生活用品来进行实验，从而对科学进行学习和探索的活动。它具有趣味性，探究性，规范性，普遍性等特点。根据一定的实验目标在一定的实验评价观的指导下，运用与之相适应的教学评价手段，通过评价者之间的“协商”，对实验效果做出价值判断并达成共识的一种过程。一方面，浙教版《初中科学》教材整合了以往独立的物理，化学，生物和地理等科目，其教学内容较多使得理论教学进度安排紧凑，而校内有限的实验教学课时难以充分保障学生对相关重难点理论知识建立感性认识。另一方面，科学课程校内实验多数是以3-5人小组合作形式完成，这种形式在锻炼学生团队协作能力同时，也难免因器材限制等原因使得部分组员参与度不充分。再者，现行初中科学教学大纲要求课后作业以及学业考核试题能够充分联系生活实际，并且具有创新性开放性的特点。家庭小实验的开展契合新课程改革的要求，日常操练养成的科学素养既能保障学生顺手地完成课后作业，又可提升其学业成绩。

2.研究内容

2.1  案例说明

为弥补课堂实验时间不足，突破学校实验教学器材的类型局限，切实提升学生对科学考题中实验类型的解答能力，笔者提炼出初中科学可操作性小实验初探的三个方向。

方向一：长周期观测型家庭小实验

案例1：向光性实验，该实验选自科学教材八年级上册第三章第一节《植物生命活动的调节》中的探究活动——小麦对光的感应现象，具体要求如下：用一个花盆种小麦，当小麦种子发芽长成幼苗时，把这盆小麦幼苗放在硬纸盒里，盒壁上穿一个直径为1厘米的小孔，并将纸盒的小孔对着光。几天后观察小麦的幼苗向着什么方向发展。如图1： 向光性实验（源自《浙教版八上》教材第3章第1节）。

案例2：根的向地性和茎的背地性实验，该实验选自科学教材八年级上册第三章第一节《植物生命活动的调节》中的探究活动——蚕豆的发芽，具体要求如下：在光口玻璃瓶里放一些棉花，将浸泡过的蚕豆种子摆放在瓶壁和湿棉花之间，将玻璃瓶放在温暖的地方，并保持湿润，放置几天，观察种子芽和根的生长情况。如图2：蚕豆的发芽实验（源自《浙教版八上》教材第三章第一节）。

案例分析：从以上两个实验案例的具体方案我们可以发现此类实验有以下特点：

第一：实验时间长，为期几天乃至一个星期左右。因此此类实验在以往的教学中，教师会选择视频教学的形式让学生观看具体操作及相应的实验现象或者教师展示自己几天以来的实验结果，但是这样的操作往往让学生对整个实验比较生疏，难以激发学生对实验过程及实验现象产生好奇与疑问，不利于激发他们对科学探究的兴趣，不利于她们通过感受实验过程去联系生活中的一些向性运动，理解其原理。

第二：此类实验器材简单，不需要高科技的实验器具，光照，纸盒，棉花，玻璃瓶等條件与器材家里往往比较容易准备，同时整个操作过程也相对简单容易进行，因此可以将此类实验列为可操作的家庭小实验。通过为期若干天的实验实践，可以提高实验操作能力，培养耐心与观察力，同时还能从实验中激发对科学探究的兴趣，引导学生在探究中发现问题，享受科学探究带来的喜悦，实现实验来源于生活又服务于生活的理念。

方向二：运用家用器具、食材解析科学实验原理

案例1：鸡蛋在液体中的沉浮实验，该实验选自科学教材七年级上册第一章第四节《科学的观察》，具体要求如下：先将生鸡蛋放在盛有清水的烧杯中，观察鸡蛋的沉浮情况。再在烧杯里加入少量食盐，不断搅拌并使实验溶解在水中，观察鸡蛋的沉浮情况。继续在烧杯里加入食盐，直到鸡蛋浮到水面为止。如图3： 鸡蛋放在溶液里的实验（源自《浙教版七上》教材第一章第3节。

案例2：感受生活中的杠杆，该实验选自科学教材九年级上册第三章第四节《简单的机械》，具体要求如下：尝试着使用开瓶器，剪刀，扳手，老虎钳等工具，体验这些工具在生活中有什么共同特征。如图4：常用工具实验（源自《浙教版九上》教材第三章第4节。

案例分析：从以上两个实验案例的具体方案，我们可以发现此类实验有以下特点：

第一：生鸡蛋和食盐是厨房必备用品，开瓶器，剪刀，扳手，老虎钳等是家庭必备的常用工具，因此这些器材在家里取材往往也比较方便。列为家庭可操作小实验还可以缓解学校实验课时难以满足教材所需实验量的矛盾。

第二：若在学校课堂操作这些实验，由于受实验材料数量的限制，不可能每一位学生都进行操作，最多采取小组合作的形式，一般以3-5人小组合作形式完成，这种形式在锻炼学生团队协作能力同时，也难免因器材限制等原因使得部分组员参与度不充分，而家庭实验可使每一位学生都可以自己动手操作，通过实践加深对实验的感性认识。

第三：在学生对实验有感性认识的基础上，教师可引导学生在生活中进行提升探究，例如借助互联网查阅远洋船的船体上有四条满载时的“吃水深度”的原因，与案例1的鸡蛋的沉浮实验相联系，真正明白鸡蛋，船的沉浮与密度与关。再如案例2，可继续引导学生观察并亲身感受使用公园运动区的运动器材如跷跷板，双人坐蹬训练器等学校课堂上难以看到的实物杠杆，积极寻找生活中的各类杠杆如鱼竿，船桨，杆秤等，深刻理解其原理以及作用，从而拓展学生的眼界，帮助学生真正认识到科学来源于生活，又服务于生活的理念，帮助学生了解机械的动态过程，更深刻的理解理论知识。

方向三：结合考点剖析奇趣现象，破除学生对实验题型的心理障碍

案例1：浙江教育出版社八年级上册教材65页上的第五题课后练习：以下是用乒乓球做的几个实验，先做一下，再对实验现象做出解释。

（1）将两只相同的杯子口对口，相隔约1厘米，放在水平桌面上，其中一只杯子中放一只乒乓球，用双手扶稳两只杯子，沿垂直于两杯的轴线的方向，对着两只杯口之间的空隙快速吹一口气，你会发现乒乓球会从原来的杯中滚出来，进入另一只杯中。再吹一口气，乒乓球又会滚回原来的杯中，如此循环往复。如图5：来回滚动的乒乓球实验（源自《浙教版八上》教材第二章第4节。

（2）把乒乓球放入漏斗里，对着漏斗嘴使劲向下吹气，可见乒乓球只是在漏斗里跳动，而不会掉下来。如图6：掉不下来的乒乓球实验（源自《浙教版八上》教材第二章第4节。

案例2：2016年宁波中考题。如图7：源自 2016年初中毕业升学考试（浙江宁波卷）

把一根两端开口的细管浸入水中，充分满水后用手指把一端堵住，移出水面，如图7甲所示：（1） b 端的水不会流下来是由于受到      作用。（2）把手指移开后管内的水会怎样流动，不同的同学会有不同的猜想，而检测猜想是否正确的直接的方法是      。（3）把细管倒过来，如图乙所示，把手指移开，管内的水会不会a端流出，请写出你的判断。并用你所学的理论知识证明你的判断。

案例分析：从以上两个案例的具体方案，我们可以发现此类实验有以下特点：

第一：来源于科学教学大纲要求的课后作业以及学业考核试题，案例1为教材课后练习题，其中图7的实验被作为2015年的杭州市中考题的第25题的情境来源;案例2则是2016年的宁波中考题。而两个实验的材料（纸杯，乒乓球，漏斗，弯细管）常见，操作方便，完全可作为可操作性的家庭小实验。学生通过家庭小实验亲身经历，建立深刻的感性认识，对习题的解答具有积极促进意义。

第二：这类可操作的家庭小实验在研究液体和气体压强的习题中比较常见，但学生碰到关于压强的题目就有畏难心理，究其原因主要有两点——压强为科学教学的难点以及学生生活经验与观察能力欠缺，对此类题目毫无头绪。但若教师能在平时总结习题中的可操作的家庭小实验，以实践性作业布置给学生，一方面加强学生的实验操作能力，另一方面通过不断的实践，积累经验，激励学生不断寻求生活中某些现象的科学原理，学会主动探究，养成乐于探究的习惯。

2.2  实施方案

1、有计划有目的地将便于利用普通家庭现成资源就能进行的部分简单实验适量移出校内实验课。

（1）选题。并非所有的科学实验均适合家庭实验。家庭小实验首先必须满足两个条件，可操作性和小实验。可操作性是指实验器材易得，实验步骤简单，实验现象明了;小实验即实验简单易行，不需要花费太多的时间和精力去准备实验器材，不给学生造成负担。因此需要教师认真研究科学实验活动册，整合物理，化学，生物，地理的科学实验，将简单的能利家庭现成资源的实验整理出来。并通过查阅各种文献，认真研究与思考，提炼出科学实验活动册中可进行的家庭小实验的最有效的实验方案，尽可能简化实验操作步骤，增强实验效果。并以小实验为原型，引导学生借助互联网查阅与小实验原理相关的一些高科技产品，开拓学生的眼界，以小见大 ，激发学生学习科学的积极性，

（2）实验器材的准备。家庭科学小实验的器材取自生活器具。在教师制定好本学期的家庭小实验目录后，可列出一张所需实验器材的清单，并给予学生一定的时间在家里收集，并将收集的實验器材放于专门的储物箱里。对于缺乏的器材，一方面同学之间根据收集情况可互相交换器材，达到资源共享。另一方面，需要学生在平时多加留意清单上没有找到的实验器材，在日常生活中有目的的逐渐收集。引导学生寻找相似的实验替代材料。例如在研究振幅的大小时，老师指定的材料是泡沫颗粒，用泡沫颗粒的振动情况来表现振幅的大小，但家里没有泡沫颗粒的情况下，学生也可以发挥想象力，寻找共同点，用细小的碎纸代替泡沫颗粒。

（3）家庭科学小实验方案的制定与实施。为了使学生有效地进行家庭科学小实验，教师在实验前后要进行必要的指导。实验前，教师要明确家庭小实验的实验目的，实验原理，实验器材，实验操作中的注意事项，强调实验现象的记录与描述等。必要时，教师也可以在课堂进行演示实验或视频展示指导。评价是整个家庭小实验极为关键的一步，此课题的评价细则为：学生录制家庭小实验的操作视频，要求边操作边描述，并借助社交网络软件等发送给老师。老师应及时观看学生上传的视频并予以认真反馈。对操作有误的学生进行及时的针对性的指导;对操作正确，实验过程和现象描述清晰的视频上传至社交群供全体同学借鉴，并及时表扬，使学生不断地体验成功，这样学生就会对物理学科产生更大的兴趣，从而提高学习的积极性。

2、家庭小实验开展的安排及评价机制。

（1）实验班和对照班的具体教学安排。将自己所教的两个班级列为实验对象。对照班按照浙教版《科学》实验活动册的安排进行常规教学，而实验班有计划有目的的将便于利用普通家庭现成资源就能进行的部分简单实验适量移出校内实验课，进行家庭科学小实验，而将校内实验的课时量向较难完成或验证不易理解的理论知识的实验适当倾斜，使学生可以保质保量完成实验并深刻掌握相关理论知识。

（2）实验班和对照班的评价形式。实验班和对照班的评价形式主要有两方面，实验技能的考核和学业能力的考核。在进行校内实验课时，可观察实验班和对照班学生在实验设计能力，操作能力，描述实验过程及实验现象的能力以及解决实验中出现的问题的能力等方面对实验技能进行比较。另一方面，通过比较每次课后作业的质量，单元测试，期中以及期末考试的成绩，来比较实验班和对照班的学业能力。

（3）实验班学生的前后变化。可抽查比较实验班部分学生在实验设计能力，动手能力，语言表述能力以及学业考试成绩在课题前后的变化。总结家庭实验教学在培养学生科学核心素养，促进学生全面发展方面的作用。

3.实践效果和反思

通过一年的教学实践，取得了一定的效果。采用“初中科学可操作性家庭小实验”不仅是丰富课程资源的一个创新性的探索，更是适应当前课程改革中提倡的“核心素养”的养成，对培养学生的思维能力，创新能力，动手操作及实验探究能力，具有极大的研究的价值和意义。

（1）适应教改要求。浙教版初中《科学》教材体现了“整合”和"探究”两个理念。初中科学可操作性家庭实验是对课改精神的响应，更解决了学校课时，课堂时间难以满足教材所需实验量的矛盾。

（2）促进教师自身发展。教师要根据现有初中实验教材，作业和学业考试中涉及到的实验以及日常生活中与科学知识相关的实验进行归类，根据教材中的具体内容对实验进行可行性的设计，让家庭科学小实验具有可行性，并服务于课堂教学的教学目标，使知识间的衔接更加紧密，让学生在实验中对科学知识有着更深层次的认识和理解。这对提升教师实验教学的质量与水平有着积极地促进作用。

（3）促进学生全面发展。家庭科学小实验是一种很好的实验模式，它给学生提供了一个更自由的时间和空间去感受、体验、探索和发现，让他们的创造能力得到了充分发挥。可以让学生充分感受科学的趣味性，加深对课堂课本知识的理解。此外，教师在布置家庭小实验作业的时候，还可以设置一些提升性的问题让学生通过查阅图书馆资料或者《中国知网》等平台资讯来了解实验背后的科学原理，激发他们对相关领域的研究进展、应用前景等方面深入探索。教师在提出这些问题之前做好充分的准备，将查阅资料的方法、解决问题的思路以及问题的参考性答案整理后以备作业检查以及讲解时为学生普及科学研究的常规手段，激励他们采用可靠的技术方法探究未知的领域。学生在亲身参与科学活动的过程中，发现问题，感受科学过程，获取事实证据，检验自己的想法和科学理论，逐步形成科学的态度、情感与价值观。

【参考文献】

[1]教育部基础教育司. 走进新课程与课程实施者对话.北京：北京师范大学出版社，2002： 210.

[2] 王延東，现代学习理论嬗变对培育核心素养的启示——兼论“认知·情境”教学的理论依据.中学政治教学参考， 2017， 12： 16-18.

[3][美]拉尔夫·泰勒著，施良方译.课程与教学的基本原理.人民教育出版社，1994：123.