本站原创摘 要：科学是一门以实验为基础的学科,在教学中创设以实验为主的科学探究活动,有助于激发学生对科学的兴趣,引导学生在观察实验和交流讨论中学习科学知识,有助于提高学生的科学探究能力.但是,目前很多教师很少让学生动手做实验,即使做完实验,也没有及时总结,结果实验后什么印象也没留下.那么,如何克服这种“费力不讨好”的做法,它首先需要设计好科学实验教学.
关 键 词：初中科学；科学实验；设计；原则；实验反思
《义务教育科学课程标准》（2011版）中指出：科学是一门以实验为基础的学科,在教学中创设以实验为主的科学探究活动,有
助于激发学生对科学的兴趣,引导学生在观察实验和交流讨论中学习科学知识,提高学生的科学探究能力.但是,目前很多教师在教学中很少让学生动手做实验,或者以教师自己做实验代替学生的实验,甚至有的教师认为“做实验不如讲实验,讲实验不如背实验”,做实验起不到什么教学效果.有的学生做实验也很少进行思考,只是按照老师讲的,按部就班地按照实验步骤完成,实验的过程中也不曾进行思考和探究,做完实验后什么印象也没留下.那么,如何克服这种“费力不讨好”的做法呢?本人根据自己多年的教学实践经验,从科学实验设计的重要性、科学实验设计的原则、实验的反思等方面进行阐述.
一、科学实验教学设计的重要性
科学实验设计是指实验者在进行科学实验之前,根据本次实验目的、要求,在教学理论的指导下,对科学实验的目标进行分解、对实验内容进行改进与组合、对实验过程进行优化、对实验效果进行评价的过程.实验设计的优劣,是否科学,对学生的知识能力的培养、科学观的养成教育影响是巨大的.
1.科学实验设计科学有效,能够优化实验教学,提高教学效率
科学实验设计是联系科学理论教学和科学实验的中间桥梁.教材中的有些实验在设计上有些不足,有些实验太复杂不易操作,还有的实验效果不是很好.我们的教师则可以通过优化实验教学设计,避免这些实验的弊端,改进实验教学,从而更好地发挥实验的探究功能及其教育功能.例如,氢气的实验室制法的实验教学,当老师拿出启普发生器的时候,很多学生看不懂仪器,如果老师先准备一支试管,放入锌粒和稀硫酸,学生很快就会反应到要产生氢气,这时候老师引导学生说要收集氢气,应该怎么处理?许多学生会回答用一个单孔橡皮塞和一只导气管连接,可是如果我们想添加药品应该怎么做呢?这时会有学生提出单孔橡皮塞改为双孔橡皮塞,同时添加长颈漏斗,接下去很自然地就联想到如果反应得太快或者我们想控制反应的速率怎么办呢?老师可以在这里引导学生增加一个分液漏斗,现在这个装置的原理和启普发生器就相似,学生也很有成就感.因此,通过实验教学设计,教师通过设置一些引导性问题引发学生的探究、解决问题的意识,就会大大提高学生的学习兴趣和热情,进而推动学生热爱科学,喜
欢学习科学知识.在教学中,学生的积极性被充分调动起来,学生能够主动参与实验教学,不仅能学到科学知识,而且通过自己亲身体验,印象深刻,经久不忘,就会大大提高科学教学效率.
2.科学实验设计能够培养并提高学生的探究能力和创新意识
课前进行合理的科学实验教学设计,能够充分利用实验资
源,让学生有目的地进行实验,从而培养学生的实际动手操作能力、科学探究能力、创新意识,也能培养学生的交流合作能力.科学实验教学中只有重视了实验设计,才能使我们的实验教学从应试教学向着提高学生自由科学发展、自主科学探究能力方向发展.
重视实验教学设计,才能让所有的学生都能深入进行实验探究,
从而形成良好的实验探究习惯,进而形成科学素养,也就是我们教育的终极目标.
二、科学实验教学设计的原则
1.科学实验教学设计的目的性
做任何一件事情,要有的放矢,才能更好地完成任务.设计任何一个科学实验教学,都要有它的目的性,我做这个实验要达到什么样的目的?是让学生掌握科学知识,还是要学生掌握实验操作技能,还是要学生学会记录数据、分析数据,还是让学生学会评价实验结果等等.这些都是教师在设计科学实验时首要考虑的问题.在设计实验教学目的时,不但要设计整个实验的目的,也要设计每一步骤实验所要达到的目的.在实验教学前,一定要设计好问题,让学生带着问题去实验,这样学生实验时就有目的性,实验中就会注意观察实验现象,从而达到科学高效的实验目的.
例如,蛋白质燃烧实验教学,在做这个实验之前,教师可以提出这样一些问题：在实验中你能闻到什么气味?看到什么颜色的烟?还有,例如,《二氧化碳制取》的整个实验教学,实验设计目标为：知识与技能：（1）了解实验室中制取CO2的反应原理；（2）探究制取CO2的实验装置.过程与方法：初步学会科学探究的过程和方法,能初步进行科学探究活动.情感态度与价值观：培养学生对科学的兴趣,培养合作能力.
2.科学实验教学设计的计划性
大到每一个学年、每一个学期、每一个章节,小到每一个科学实验教学,都要有计划性.在每学期的开始,教师要系统性地对教材的所有实验进行研究,明确哪些是演示实验,哪些是分组实验?这些实验大概什么时间要完成?这些实验的顺序能否进行优化、合理配置等等,要有个统筹安排.对每一个实验教学,都要认真、仔细地对该实验进行详细的实验设计,如,设计什么样的问题来培养学生的探究能力?这个实验要怎样设计,才能有效训练学生的实验操作能力?什么情况下能够让学生更有效地观察实验现象?实验过程中可能会出现什么意外情况?我们可以设计哪些预备措施等等.
3.科学实验教学设计的探究性
科学实验具有科学的探究性,对于激发学生的求知、提
高学生的学习兴趣和促进学生学习的积极性都是有效的措施.因而,我们科学教师在进行实验教学设计时,要有意识地多设计一些探究性实验,多把验证性实验改成探究性实验,以培养学生的探究能力.例如,《二氧化碳性质》这一课,若是教师在实验前,先将二氧化碳性质讲解完了,再让学生去做实验,学生就会对实验出现的现象失去新奇感,学习的积极性就不是很高,也就很难收到很好的教学效果.然而,把这一课设计成探究二氧化碳性质,让学生在实验的过程中,去收集和观察实验的现象,然后和老师、同学之间进行讨论、争论,效果就会大大地提高.笔者在教学中曾经采取如下的设计：
问：“我们上节课制备了二氧化碳,我们是如何收集它的?为什么进行这样的操作呢?我们人类呼吸,每次吸入氧气,呼出二氧化碳,那么大家总结一下二氧化碳有哪些物理性质（如颜色、气
味、状态、密度）.”学生能够很容易地总结出来,然后再展示一瓶二氧化碳气体,让学生进一步验证.
分组实验：在装有二氧化碳气体的饮料瓶里加入体积的
水,拧紧瓶盖.过一会儿,学生都惊奇地叫着：“瘪了,瘪了!”
问：“瓶子为什么瘪了?”
学生讨论也能很快得出结论,二氧化碳溶于水,瓶内压强减小,瓶子变瘪了.
分组实验：把饮 料瓶里的液体取出一些放在试管里,滴加几滴石蕊试液.
问：“你看到了什么现象?为什么呢?是什么物质使紫色石蕊试液变红的呢?”
此时,学生的好奇心被充分地调动起来,积极讨论,情绪高昂,气氛热烈,学生的思维高度活跃,很多学生都能够很顺利地
提出自己的假设.使紫色石蕊变红的物质是：（1）水；（2）二氧化碳；（3）水和二氧化碳反应生成的产物.
问：“那么,我们如何验证是哪一种物质使紫色石蕊变红的呢?”
学生纷纷参与讨论,积极给出验证方案.再让学生分组进行验证实验,从而得出最终结论：二氧化碳和水反应生成碳酸,碳酸使石蕊试液变红.方程式：H2O+CO2等于H2CO3.
再如,在做二氧化碳通入澄清石灰水的实验时,可以先将班级中的学生分成几个不同的小组,让各组的学生实验后,交流实验现象,大多数组的学生都报告了二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊这一性质.这时,教师继续追问：“有没有其他的发现?”这时会有学生提出：“二氧化碳通入澄清石灰水中,先是变浑浊了,可过一会儿,又变澄清了.”这时教师继续再追问：“那这是为什么呢?”此时学生就会大胆假设：“可能又生成了新的可溶解的物质.”这样的不断追问,不断刺激学生的思维,使学生思维活跃,积极参与到课堂中来,不但提高了课堂教学效率,还培养了学生的创新意识、探究能力.
通过这样的实验教学设计,学生对未知的实验现象有了悬
念,有了新奇感,学生的学习情绪被充分调动起来,思维处于高度兴奋状态,能够根据实验现象“提出假设—验证假设—得出结论”,学生不仅学到了科学知识,也初步学会了探究的过程和方法,培
养了探究能力和创新意识.同时,学生也会慢慢喜欢上科学学习.
4.科学实验教学设计的示范性
对每个实验教学都要课前精心设计好,做好充分准备,使每个实验都具有一定的示范性,让学生对实验操作（如液体的滴加、液体的倒入、固体的取放、试管的使用等）、实验设计、探究过程、实验结果评价等有个整体的了解和把握,从而在以后类似的实验中能迁移应用,举一反三.
另外,老师的每一个操作都是示范,教师在整个实验中都起到一个示范的作用,因而,课前,教师一定要把整个实验完整地做一遍,从而做到对实验程序、实验现象、实验效果、实验预设性问题等有个整体的把握,不至于上课出现纰漏.“强将手下无弱兵”,老师良好的实验习惯、严谨的科学态度、求实的科学精神会潜移默化地深深影响学生,因而,教师要做好示范性的实验教学,以培养学生的良好的实验操作能力和严谨求实的科学态度.
5.绿色化
我们在教学中要引导学生关注环境问题,把可持续发展的观念灌输给学生,让学生养成保护环境的习惯,所以我们的实验教学设计要注意绿色化,少使用有毒的反应物,减少有毒物质的产生,消除污染.
如,《燃烧的条件》,教材中的实验如图1,有两个弊端：（1）污染大.五氧化二磷刺激眼、粘膜、皮肤和呼吸系统,并腐蚀皮肤,还会与空气中的水蒸气反应生成偏磷酸,有剧毒,污染环境,危害健康.（2）不安全.做实验时不容易将白磷上的水完全吸干；镊子上沾有的水,不注意吸干,再用镊子取滤纸上的白磷,白磷上重又沾上水,白磷燃烧时,其表面的水会暴沸.
笔者在教学中重新设计了实验避免了污染,实现了实验的绿色化.如图2：
两个金属瓶盖中各放一些白磷（滤纸吸去表面上的水）、红
磷,并放于培养皿中,再倒扣一个大烧杯,将红磷、白磷罩在其内,向培养皿内倒入60 ℃热水至烧杯边缘被浸没,两金属瓶盖漂浮.
大约半分钟后,白磷着火燃烧,产生大量白烟,红磷没有燃烧.1分钟后白烟消失,产生的有毒有害的五氧化二磷与烧杯中的热水反应生成磷酸,实验后可以向培养皿中加入氢氧化钠溶液中和磷
酸.整个实验过程中有毒的五氧化二磷没有扩散到外界,保护了环境,达到了绿色化,培养了学生的环保意识.
当然,对于危险性比较大的实验,在具体的教学中可以使用实验视频,或者Flash动画课件来演示,比如一氧化碳还原氧化铜实验.但要注意在播放课件前最好设计好相关的问题,让学生能带着疑问观看,把问题设计好,实现科学实验教学的最优化.
三、实验教学设计要重视实验反思
在科学教学中,我们教师要重视培养学生实验后的反思环节,
因为实验教学后的反思具有如下几个教育价值：
1.情感、态度、价值观方面
如培养实事求是的态度；良好的反馈信息、谨慎、细心的习惯；激发求知欲和好奇心；能进行正确的自我反思性评价.
2.常规思维能力方面
如可以提高实验学习中的归纳、猜想和推理能力；构建理性思维体系.
3.实验创新能力方面
可以提升提出问题和质疑能力、实践的能力；发现数学规律的能力；将不同领域的知识进行有效连结的能力.
实验反思是对实验过程所涉及相关知识的一种深化以及对实验技能和能力的升华.在实验教学设计中,教师要根据所做实验的具体内容,精心设计好相关引导问题,让学生在实验中带着问题去探索,去实验,在实验中思考,在思考中进行实验,从而使实验教学优化.它克服了很多实验课的通病——实验课学生兴趣很高,很热闹,但热闹过后什么印象也没留下,不讨论的冷冷清清的现象——实验是费事地准备了,也做了,效果却是“吃力不讨好”现象.在实验教学中要进行实验结果的交流与讨论,学生间互相探究实验结果,给学生足够的时间去反思,互相探讨,互相汲取经验,总结教训,继而能够发现新的问题,解决问题,从而获得新知识.平时,要多关注学生的学习反思,通过多种途径培养学生反思的习惯,这样既可牢固地掌握基础知识,又能促进知识的有效迁移,同化和深化对问题的理解,又可提高实验成功的有效率.
总之,若是我们能够坚持做到每次科学实验都能精心设计,
每次实验后都能进行精心的总结和反思,则我们学生的实验能力、
科学探究能力必能大大提高,科学探究意识也必将愈加强烈,那
么我们的学生必将是具有科学素养的人才.