关于“交互式实验探究”教学的实践与思考

来源:用户上传      作者: 周建江

　　摘要: “交互式实验探究”教学是将“科学探究型”的教学、“互动型”教学和科学实验优化组合的一种教学模式。在这种教学中,教师是组织、引导的主体,学生是探究、学习的主体。教师充分挖掘教材中的各种有利因素,在教师的启发、诱导下,通过学生的亲自参与和探究活动,由学生主动去发现概念、规律。在这种形式的学习过程中,学生不仅能学到知识,更重要的是能学到获得知识的过程与方法。这样能培养学生的主体意识、科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。本文作者结合教学实践,讲述了在新课标背景下实施“交互式实验探究”教学的实践和一些体会。
　　关键词: 初中科学“交互式实验探究”教学课堂教学理论依据教学实践
　　
　　二十一世纪是知识经济高速发展的世纪,知识经济呼唤着创新人才的培养,创新人才的培养依赖先进的教育理念。目前,新一轮课程改革正在全国实施,传统教学模式妨碍了学生创新能力的培养。“交互式实验探究”教学方法改变了“教师讲”、“学生听”、最后练的传统模式,把问题的提出、模型的建立、猜想的预见、假设的论证、结论的应用提升为教学的主要组成部分,有效地提高了学生的动手操作能力、分析问题能力、团结协作能力,培养了学生科学精神和创新思维的习惯。为了培养学生的创新意识,深入开展学科素质教育,深化学校教育教学改革,我于2004年9月开始初中科学“交互式实验探究”教学的实践与探索,经过5年来的实践,取得了一定的成效。
　　
　　一、问题的提出
　　
　　最早提出在学校科学教育中要用探究方法是美国教育家杜威,二十世纪初,大多数教育者认为科学教育方法主要通过直接让学生学习大量的科学知识概念和原理,而杜威认为科学教育不仅仅是要让学生学习大量的知识,更重要的是让学生学习科学研究过程或方法。五十年代,探究作为一种教学方法的合理性越来越明确了。美国教育家施瓦布指出:“如果要学生学习科学方法,那么有什么学习比通过积极地投入到探究的过程中去更好呢?”这句话对科学教育中的探究学习产生了深远的影响。施瓦布认为教师应该用探究的方式展现科学知识,学生应该用探究的方式学习科学内容。
　　施瓦布、杜威等人的研究,影响了五十年代直到七十年代早期的课程教材。在新的一轮基础教育课程改革中,教师要改变课程过于注重知识传授的倾向,强调形成积极主动的学习态度,使学生获得基础知识和基本技能的过程,同时成为学会学习和形成正确价值观的过程;改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力,获取新知识的能力,分析和解决问题的能力,以及交流与合作的能力。
　　然而,传统的教育教学思想和陈旧呆板的教学模式仍然占据主导地位,其主要表现为:教师期望学生按照教案设想得出答案,教师的任务就是努力“引导”学生直接得出预定答案。这种只注重结果,不注重学习过程,不顾学生心理体验和心理感悟的呆板的教学忽视了学生个性发展,影响了学生的身心健康,扼杀了学生的求知欲和创造性思维品质。
　　应用“交互式实验探究”教学正是基于顺应现代科学课程改革的发展,初中科学是一门起始课,它是一门以实验为基础的自然科学。许多基本理论,基本概念,物质的性质、制法都是以实验为基础的。在旧的教材中,设计的实验都是验证性的,这只能说明某一结论是正确的,然而,得到这一结论的过程却往往被忽略。其实,学生得到任何结论、任何发现都是需要一个探究过程,在探究过程中学生会充分体现主体地位。
　　
　　二、“交互式实验探究”教学的理论依据
　　
　　“交互式实验探究”教学是以建构主义理论为基础的。建构主义认为,学习者学习新的知识时,是通过个体对知识单元的经验解释把知识转变成自己的内部表述,知识的获得是学习个体与外部环境交互作用的结果。学习是一种建构的过程,学习者只有真正掌握所学内容之后才能形成可靠的知识结构。长期以来,多数教学理论都是以客观主义认识论为基础的。客观主义认识论把知识看作是不依赖于人脑而存在的实体,认为在知识完全迁移到人的大脑内部、进入人内心活动世界时,人们就真正获得了知识。因此,以客观主义为基础的教学理论偏重于教的方面。建构主义认为,学习者的知识应该是他们在与环境的交互作用中自行建构的,而不是灌输的。因而,建构主义教学理论特别侧重于学的方面。
　　建构主义认为,只有在真实世界的情境中学习才能更为有效。学习的目的不仅仅是让学生懂得某些知识,而且要让学生能真正运用所学知识去解决现实世界中的问题。在真实世界情境中,学习者的知识结构能否发挥作用,学习者能否运用自身的知识结构进行思维,是衡量学习是否成功的关键。教师是学生建构知识的支持者、辅导者和高级合作者,负有调动学习者积极性的使命。学习者对外部世界的理解是各不相通的,只有通过协商才能达到共识。教学评价也应该侧重于学生的认识过程,而不是行为产品。
　　1.“科学探究型”的教学模式是理查德・苏赫曼(Richard Suchman)通过观察、分析科学家的创造性探索活动概括而成的。它的目的是使学生了解如何对一种陌生的事物进行科学探究,加深认识,教会学生从事科学与研究的方法。
　　2.“互动型”教学模式是依据当代美国著名心理学家A・班图拉的“交互决定理论”,将“传授式”教学与“活动式”教学进行有效结合的教学模式。教学过程分三个阶段:启动阶段→联动阶段→能动阶段。
　　3.科学实验是培养学生的实践能力和创新精神,激发学生学习兴趣和强烈求知欲的重要内容。教师的责任是既要利用科学实验这一得天独厚的条件,引导学生去观察、感知、探究科学知识,又要通过探究性实验活动,教会学生科学研究的方法,发展学生的思维能力和创新能力。
　　基于上述理念,我将优化组合成的“交互式实验探究”教学模式作为研究课题。
　　三、“交互式实验探究”教学的设计
　　“交互式实验探究”教学模式的功能目标在于学生养成自主探索、研究的主动学习的习惯,学会如何学习,并培养实事求是的科学态度,激发创造性思维,培养创造能力,学会怎样发现问题、分析问题、怎样加工信息,并对提出的假设如何推理论证,形成全新的课堂学习环境。
　　1.创设情境,提出问题。
　　我认为课题的展示要从学科本身出发,并结合学生的实际与社会生活,以一定的情景作为铺垫,要能吸引学生,能充分激发学生学习积极性,要注意问题一定要难易适度,并能使学生明了所提出问题的指向性。
　　2.分析问题,提出假设。
　　提出问题后,学生就会针对问题展开讨论。学生会产生很多疑问,此时,教师就要给学生提供大量的资料、素材,就会出现师生互动的局面。
　　接着,在学生对课题进行充分讨论的基础上,教师应尽量在诱发性的问题情景中引导学生通过分析、比较、综合、类推等不断产生假设并围绕假设进行推理,引导学生将原有的各种片断知识、素材,从各个不同的角度加以考虑,从中发现必然的联系,逐步形成比较合理的探究方案。
　　3.动手实验,验证假设。
　　验证是学生确定自己的假设是否成立的关键,是获得理论知识的基本保证。验证最好的方法是动手实验。学生要以实验中观察到的科学事实为依据来判断假设的科学性,当实验事实与假设不符时,学生可再进行讨论或向教师提出疑问。教师则要引导学生找出失败的根源所在,指导学生重新进行假设、验证。
　　4.讨论结果,获取知识。
　　在假设、验证的基础上学生必然能得到结论,使感性体验知识化,成为学生认知结构的内在成分。因此,教师可对学生经过验证的假设进行加工,用科学的语言来表达结论,适时进行恰当的评论,让学生真正体会到从感性认识上升到理性认识的欢愉。

　　5.知识应用,拓展思维。
　　在获得知识的基础上,教师引导学生把抽象化了的概念、原理同社会、生活实际相联系,应用到新情景之中,用概念原理去解释新的现象,这种过程既是对原有知识结构的完善,又是概念、原理的复现,有助于学生理解、记忆,增强应用概念、原理来解决问题的能力。
　　
　　四、教学案例
　　
　　[案例1]课题:实验探究(趣味实验)
　　1.创设情境,提出问题。
　　教师在烧杯A中装入约20ml蒸馏水,滴入几滴酚酞试液(向学生介绍是甲溶液),在烧杯B中装入约10ml液体(液体向学生介绍是乙溶液)。用一个大烧杯把A、B两烧杯罩在一起,过几分钟,看到小烧杯A中装的甲溶液变红色。提出问题,上述现象说明了什么?
　　2.提出假设,设计探究方案。
　　教师引导学生讨论,提出假设,设计探究方案填写在教师印发的探究报告上。然后,学生相互交流各自的假设、方案,并对各种假设、方案进行评议。
　　学生的假设很多,如:
　　①甲溶液为酚酞溶液;②乙溶液为浓氨水;③乙溶液具有挥发性;④甲溶液变红与乙溶液有关,等等。
　　3.实验验证。
　　提出假设合理、方案科学的学生,派出代表进行验证演示。教师对学生实验时的错误操作作评点,对学生中出现的错误结论作评析。
　　4.结果讨论。
　　通过实验验证后,学生获得结论有:①甲为酚酞试液;②乙为浓氨水;③浓氨水具有挥发性;④氨水显碱性;⑤酚酞遇碱溶液变红;⑥分子是不断运动的,等等。
　　教师将学生实验探究后的结论进行分析、综合,引导学生尝试从宏观、微观上解释A中酚酞试液为何变化。
　　宏观:B中浓氨水挥发出的氨气溶解到A中的水里,氨水使无色酚酞变红。
　　微观:B中浓氨水中的氨分子运动到A中,与水分子结合成氨水分子,氨水分子电离出的氢氧根离子,使无色酚酞变红。
　　5.知识应用,拓展思维。
　　教师引导学生根据获得的结论进行知识应用。如:农村使用氨肥氨水时,在贮存和施用要注意防止其挥发,鉴别酸和碱溶液可用酚酞等。然后鼓励学生另选药品,设计出类似实验,对设计实验合理的,让学生展示并实验验证。如甲为石蕊试液、乙为浓盐酸,或甲为AgNO3溶液、乙为浓盐酸,等等。
　　6.小结巩固。
　　学生对本节课发表见解和体会。
　　7.课外研究(作业)。
　　布置具有探究性质的有关作业,让学生在课外继续研究。
　　附:本节课印发的探究报告和作业
　　实验与探究(趣味实验)
　　1.探究
　　作出假设(猜想)
　　验证方法及操作
　　现象
　　结论
　　示例:A中的甲溶液过一会儿会变红,与B烧杯无关。
　　示例:大烧杯瓶壁上沾有某种物质,散发出肉眼看不到的粒子溶于A溶液中,使A溶液变红
　　2.通过实验探究,对这个趣味实验,你得出的结论是:
　　①?摇?摇?摇?摇?摇②?摇?摇?摇?摇?摇③?摇?摇?摇?摇?摇④?摇?摇?摇?摇?摇⑤?摇?摇?摇?摇?摇……
　　3.[思考]另选药品,你能设计出类似实验吗?
　　【思考】
　　著名化学罗伯特・波义耳(RobertBoyle)在一次实验中,不小心将盐酸溅到紫罗兰花瓣上,过一会儿,他惊奇地发现,紫色的花瓣出现了红点。波义耳对这一意外的发现作出了各种假设,经过多次实验验证,探究普遍规律,终于获得了成功。对紫罗兰花瓣遇盐酸变红的观察,你有哪些假设?请将你的假设和验证假设的实验方案填写在下表中:
　　你对紫罗兰花瓣遇盐酸变红现象的各种假设:
　　你验证假设的实验:
　　[案例2]大气压强
　　1.引入:教师演示两个实验。
　　实验一:在一个透明的塑料瓶中装满红色的水,并在瓶底扎一个孔。将瓶盖旋松时,水就从瓶底流出;把瓶盖旋紧时,水就流不出来了。反复操作几遍。
　　实验二:在一个装满饮料的瓶。塞上带玻管的橡皮塞,请一位学生来吸出里面的饮料(结果:无论用多大的力也吸不出来。)(学生很是惊讶,平常生活中的简单问题也变得如此困难,太不可思议了。)
　　(这几个小实验激发了学生的求知欲。)
　　2.新课:引出大气有压强。
　　师:大气有压强吗?如果有,那我们生活在大气中,为什么一点感觉也没有呢?
　　体验现象:将学生预先分为四人一组,分组做三个实验。
　　1.用吸钩模拟马德堡半球实验。
　　2.“覆杯”实验。
　　3.“瓶吞鸡蛋”实验。
　　注:在实验过程教师可以引导学生“拓展实验”,如可以将吸钩上下拉或斜着拉,看能不能拉开;可以将装满水的杯侧放,再观察水还会不会流出来;不装满水,再观察水还会不会流出来。
　　3.分析思考。
　　组织学生分小组讨论实验中所观察到的现象,并回答两个问题:
　　(1)气体到底存在不存在压强?
　　(2)气体如果存在压强,那么气体压强又有哪些特点?
　　生:气体存在压强:
　　A.将两只吸钩放在一起,不挤压,很易拉开;挤出里面的空气,使很大劲拉也拉不开。说明外面有大气存在压力,所以拉不开。
　　B.玻璃杯倒满水,用硬纸片压在杯口,倒过来水和纸片都不往下掉。说明外面有大气压力“托住”纸片,所以纸片不掉下来。
　　C.给广口瓶里加热,冷却后,瓶口的鸡蛋会自然被吞进去。是因为外面的气体压强大于里面的气体压强,把鸡蛋压进瓶中的。
　　师:在生活中,还有哪些现象可以说明大气压存在着压强?
　　生:吸盒装饮料时,纸盒会变形。
　　生:还有拔火罐。
　　生:厨房里的吸盘挂钩。
　　(学生举的例子越多越好,旨在培养他们善于观察生活的良好习惯。)
　　师:大气压强有什么特点呢?
　　生:和液体一样,向各个方向都有压强。因为将压紧的吸钩左右拉、上下拉、斜着拉,都拉不开。说明大气压强的方向是向着各个方向的。
　　生:装水的杯子倾斜时,水和纸片也不会掉下来,沿各个方向都有大气压强。
　　师:回到我们开始的问题,既然大气存在着压强,为什么人生活在大气之中,却没有感觉呢?
　　生:因为人体内也有气体,里面的气体向外有压强,外面的气体向里通外有压强,所以人感觉不到。
　　4.整理扩展。
　　为了丰富学生对大气压强的认识,培养他们动手实验、探究问题的良好习惯,教师进一步鼓励学生猜想、实验;如果在“覆杯实验”中的硬纸片上扎一个孔,水会不会流出来?扎两个孔呢?如果在杯(可用矿泉水瓶替代)上扎一个孔,或两个孔呢?
　　以可自如地控制出水与否的小茶壶为例,请学生猜一猜茶壶的机关何在?进而说明大气压强在生活中的应用无处不在。
　　(这一教学环节的设计,是有意识地培养学生从看似简单的实验现象或生活现象中发现问题、思考问题。例如,在硬纸片上扎一个孔,水不会流下来;扎两个孔,水也不会流下来。在密封的矿泉水瓶上扎一个孔,水不会流下来;扎两个孔(一上一下),下面的孔中却会有水流出来。这些奇特的现象极大地激发了学生的探索热情,学生都希望通过实验还能发现一些更有意思的问题。)
　　师:大气压强很大,那么我们如何测量大气压强的值呢?
　　(要求每组学生根据桌上准备的器材动脑筋想办法。)
　　生:用弹簧秤测出拉开吸钩瞬间的拉力,再除以面积,可以得出大气压强。
　　生:不行,吸钩刚被拉开时的力很难准确地测到。
　　生:用倒置的水杯可以测出大气压的值。杯中水对纸片的压强就等于大气压强。
　　生:不对,用再高的水杯装满水倒置,水和纸片也不会掉下来。
　　……
　　师:大家的讨论非常好。请同学们看大屏幕。
　　思考问题:将装满水的量筒浸入水中,口朝下,抓住筒底向上提,在筒口离水面前,量筒露出水面的部分()。
　　(1)是空的;(2)有水但不满;(3)充满水。为什么?动手做做看。

　　生:始终充满水。因为外面的大气压比量筒内的水压大。
　　师:如果有一只足够才并可自由伸缩的玻璃管,重复上述实验,不断向上拉伸玻璃管,(管上不离开水面)玻璃管会一直被水充满吗?
　　生:不会,因为当玻璃管内的水压等于外界的大气压,再拉伸玻璃管,水就不再充满玻璃管了。
　　师:这个实验是不是给我们提供了一个测量大气压强的可行性方法?可是由于水的密度过小,玻璃管要求的长度很长。不方便操作。应该用什么液体用这一实验呢?
　　生:选择密度大的――水银。
　　师:这就是著名的托里拆利实验。
　　(托里拆利实验在以往的教学中的出现都很突然,学生会疑问:为什么会想到用这种方法测量大气压?这样的设计就是希望能引导学生体验科学家当年的设计思想与设计过程,而不仅仅是了解“托里拆利”这个名词。)
　　学生通过录像演示托里拆利实验:长约1米的玻璃管、水银、水银槽、刻度尺。
　　思考以下问题:
　　(1)开始时,水银为什么下降?
　　(2)什么时候水银不再下降?
　　(3)玻璃管内水银柱的上方是真空还是空气?
　　(4)大气压的值如何计算?
　　P=ρgh
　　P0=pgh=13.6×103千克/米3×9.8牛/千克×0.76米=1.01×105帕
　　课后思考题:
　　(1)做托里拆利实验时,将玻璃管换成粗管,会不会影响测量结果?
　　(2)做托里拆利实验时,将玻璃管倾斜,会不会影响测量结果?
　　(3)做托里拆利实验时,玻璃管中不慎混入空气,会不会影响测量结果?
　　(4)做托里拆利实验时,玻璃管顶不慎被打破,会不会影响测量结果?
　　本节教学过程始终围绕“感受”两个字展开。因此,教师将演示实验设计为学生分组实验。充分地发挥教师的主导作用和学生的主体作用,利用一系列源于生活、新奇的大气压强实验,激发学生和学习兴趣和对生活的热爱之情。通过对生活中有关大气压强现象的分析与应用,学生增强了发散思维能力和解决实际问题的能力。按照“创设情境、提出问题→分析问题、提出假设→动手实验、验证假设→讨论结果、获取知识→整理扩展、巩固应用”的模式,学生通过生动有趣的实验,体验大气压的存在,讨论概括大气压强的特点,应用大气压强的知识解释生活现象,解决实际问题,并探究测定大气压强大小的方法。
　　五、“交互式实验探究”教学实践后的收获与思考
　　1.收获。
　　(1)“交互式实验探究”教学有助于开发学生的智慧潜力。中学生正外于良好思维结构形成的重要时期,他们有富于想象、勇于创新、敢于批判的品质。我们在教学中必须把握有利时机、创设宽松的教学环境,使更多的具有创造潜能的学生尽快地脱颖而出。在以“教师为中心”的传统课堂中学生难以得到很好的发展,以“重复演练”为主要手段的应试教育极大程度上抑制了学生创造性思维活动的正常展开。这是传统教学的最大弊端所在。相反,交互式实验探究教学以“问题”、“现象”、“方法”为基本要素,以假设、实证、类比为基本研究方法,给学生造就了较大程度的自由思考、自行设计、自主探究的时空条件,为帮助学生新异思想的萌发提供了良好的情境。在实施交互式实验探究教学过程中我们观察到,学生表现出来的严谨、专注、自信和果断,是以往教学中难以见到的。
　　(2)“交互式实验探究”教学激发了学生学习自然科学的兴趣。交互式实验探究从问题和矛盾入手,力图使学生产生强烈的认知冲突,从而激发学生的内驱力。教师在教学中要充分考虑学生的实际能力,坚持自主性和启发性相结合的原则,循序渐进地使每一位学生都能达到成功的彼岸。从学生聚精会神的眼光中,我明显察觉学生对学习自然科学抱有浓厚的兴趣,学习习惯也有所变化。调查表明,有44.2%的学生认为自己从以前实验的“旁观者”转变为主动的参与者,有63.7%的学生喜欢“自行设计、自主实验”的探究性实验。由此可见,源于教学内容和教学方式的改变引起的学生自然科学学习兴趣变化,往往比其他外界的新奇刺激引起的兴趣更为稳定。课堂教学从“讲、听、记、练”到“看、想、做、用”,改变的不仅是学生的学习活动方式,更重要的是将改变学生的思维品质和学习心向,使学生更理性地投入学习,不断进取,努力追求自我完善。这正是现代教学观的具体体现。
　　(3)“交互式实验探究”教学提高了学生的学习能力。尽管教学中所涉及的探究性的内容不同,解决问题的方法也各有差异,但探究过程都充分体现了心智技能与操作技能的和谐统一。学生必须学会对各种实验现象进行分析和筛选,发现提供假设和作出推理的关键素材,运用已学的规律或简单的计算推测可能的生成物。更有价值的是,通过探究性实验,学生能深切体验到收集课题资料、设计实验方案、运用科学方法的重要性。当课本上的现成知识不足以解决问题时,一部分学生自觉地表现出前所未有的超前获取知识的能力。我曾对103位初二学生作过问卷调查,通过交互式实验探究教学,学生自认为观察能力有明显提高的约占53%,自认为对复杂实验现象进行分析和推理的能力有明显提高的约占28.3%,自认为独立设计实验的能力有明显提高的约占37.2%。虽然能力变化的机制是较为复杂的,但有一点可以认定:交互式实验探究学习的思想方法对学生深入学习科学具有积极的迁移作用。
　　2.思考。
　　(1)在教学中我发现目前交互式实验探究教学中的一些不足,比如学生受传统教学方式的影响,思维发散能力不强,思考问题也有局限性,主动提问的意识和语言表达能力较差,这也反映了目前中学生的素质未能跟上。但是随着我国中小学科学教育改革的深入和素质教育的全面推进,学生学习的自主性一定会得到充分的体现:规律学生会自主发现,方法学生能自主寻找,思路学生会自主探究,问题学生能自主解决。
　　(2)交互式实验探究教学难度较大。教学效果如何,关键在于教师对课题的选择和问题的设置,探究性实验的设计等。它要求教师改变教学观念和教学策略,调整自己与学生的关系,提高具有开放特征的探究性实验教学的组织能力;针对不同的教学内容,挖掘适于学生探究的素材,选择探究性教学的最佳时机,实事求是地运用、评价、推广探究式教学。目前,它还处于初级阶段,但它与当前国家教育改革的大环境是协调的。我坚信,随着新教材的试用,随着研究的深入,这种教学将取得更多更好的成效。
　　
　　参考文献:
　　[1]刘新知主编.化学学习论.化学学习方法.
　　[2]执笔:罗星凯.探究式学习:含义、特征及核心要素.广西师范大学科学教育研究所.
　　[3]透视科学探究性学习.人民教育,2002,(9).
　　[4]钟启泉主编.现代教学的模式化研究.

转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-981915.htm