谈初中科学实验教学如何培养学生的探究能力

【摘要】科学探究是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段科学课程的重要内容。在科学实验教学过程中，要有计划地培养学生问题意识和提出问题的能力，培养学生设计实验和实验操作的能力，培养学生实验

观察和收集、处理信息的能力。

【关键词】初中科学 实验教学 探究能力 途径

初中科学课程标准指出：科学探究是一种重要的学习方式，也是义务教育阶段科学课程的重要内容。探究式教学最早是美国芝加哥大学教授施瓦布提出的，他认为学生学习的过程与科学家的研究过程在本质上是一致的，因此，学生应像“小科学家”一样去发现问题，解决问题。探究式教学以过程为中心，使学生通过主动参与探究的过程掌握科学的思维方法和科学概念，充分体现了学生的主体作用，教师的作用只是诱导、点拨、提供材料、帮助完善实验。探究式教学的基本过程是：教师或学生提出、发现问题→准备、收集材料→探索发现(处理与解释资料)→讨论交流→得出结论(问题解决)。初中科学是一门以实验为基础的自然学科，科学实验正是进行科学探究的主要方式，科学实验既可以激发学生学习的兴趣，又可以让学生学习获得新知识，验证巩固原有知识，更重要的是培养学生科学研究方法，提高科学探究的能力。本人结合自己多年的教学实践谈谈如何利用科学实验培养学生的探究能力。

一、科学实验培养学生问题意识和提出问题的能力

1、激发问题意识，培养学生探究能力的前提。

问题是科学探究的源头，没有问题，学生就不会有探究结果的思维活动。布鲁纳的研究表明：难易适中且富有挑战性的问题足以激励学生向下一阶段发展，促进学生进行“反省性”探究，使思维从“前反省状态”进入“后反省状态”，在这种状态转变过程中，智力活动总是尝试性、探究性的，始于问题的提出，终于问题的解决。通常情况下，中学生的问题意识不强，很难独立地从生活、自然现象中发现问题。所以，教师要营造积极的问题情景，让学生直面新、奇、趣事，感受矛盾，发现问题，提出问题，并经过适当的推理和思考，将其表述为科学性问题。

如在进行“燃烧条件”教学中，教师先让学生讨论一个问题：在水中的物质能燃烧吗？学生往往给予否定的答案，教师可利用将白磷放入装有热水的烧杯中，并将氧气通入水中的演示实验给以肯定，使其引起学生认知心理上的矛盾冲突，从而激发学生产生探究问题意识，学生会很自然想到：白磷燃烧的着火点温度，白磷燃烧的助燃剂，白磷放入装有热水的烧杯中能满足燃烧条件吗？课堂上经过小组讨论和全班交流，从而很准确地把握了该问题的探究方向。

2、巧妙设置问题，培养学生探究能力的保证。

学生学习科学过程是一个不断提出并解决问题来获取新知识的问题性思维过程，因此，教师必须巧妙设置“问题”。针对初中科学的特点和学生心理发展水平，在科学实验教学中，对学生探究问题设置不是越多越好，也不是越难质量越高，关键在于设置巧妙，符合学生认识、发展特点，让学生通过努力达到“最近发展区”。

在充分利用教材的实验优势来培养学生探究能力的同时，还应该让学生在课堂上有充分展示的机会，要利用一切有利的条件让他们学会尝试。例如，在“二力平衡的条件”教学时，先不把实验器材拿进教室，首先引导学生：如果我们要研究一个物体受到两个力，那么用一个什么物体来做实验，使它既能容易测定二力，又方便观察？由于学生已学会使用弹簧秤，所以力的大小研究首先想到使用弹簧秤，但力的方向判断却并不直观。学生讨论后提出用两根线挂上若干钩码并通过两个滑轮，可以代表一个物体上受到两个力。接着研究选用什么物体？如果这个物体的重力不能忽略，这个物体就同时受到三个力。经过共同研究，决定选一个相对于钩码而言可忽略其重力的物体：一块轻质塑料片。此时，当教师把实验器材拿进教室时，学生已胸有成竹，信心大增，学生思维始终保持兴奋状态，能更大胆地继续进行探究，真正发挥教师主导作用和学生主体作用。

3、鼓励大胆质疑，培养学生提出问题能力。

质疑是探究之源，是创新思维的催化剂。新课标“过程与方法”要求学生经历科学知识的体验和形成的过程，能够在观察科学现象或科学学习过程中发现一些问题，有初步的提出问题的能力，这正是“科学探究过程”的第一步“提出问题”，因此，在科学探究中，我们应当鼓励学生勇于思考，培养学生勇于质疑的精神和自信。如上《生物的多样性》这节课时，鼓励学生就生物的多样性提个问题，有位同学提了这样问题：“生物个体有死亡现象，但物种很多，却为什么会灭种呢?”一位同学说“生物灭绝的原因是人类对生物生存环境的破坏，如二战期间德国在太平洋发射了许多鱼雷，其中一部分没有爆炸便沉入海底。最近，几年来这些鱼雷的化学成分泄漏，导致海水污染，使生活在这一带的鲨鱼冲上海滩集体自杀。”另一位同学马上反驳说：“如你所说的是海水被污染后造成的，那为什么鲸鱼和其它的海洋生物不会自杀？可见鲨鱼的集体自杀根本不是鱼雷泄漏造成的。”前一位同学反驳说：“那为什么会这么巧，这么多的鲨鱼会集体自杀？”二人争论不休，但又说不出所以然。我首先表扬了两位同学肯思考、具有很好的质疑精神，然后让全班同学回家查查有关资料看为什么鲨鱼会集体自杀。经过大家的努力，终于有同学在《百科知识问与答生物卷》找到答案：“经过生物学家的分析得知，由于某种病毒侵害了一部分鲨鱼的导航系统，导致这些鲨鱼冲上海滩自杀，而病毒是可以传染的，于是生活在这一区域的鲨鱼都集体自杀了。”

二、科学实验培养学生实验设计和实验操作的能力

1、通过探索实验培养学生实验设计能力。

从某种程度上讲，课本上的知识点，对于学生来讲，都是新知识，学生实验都是探索性实验，探索性实验是学生不知道结果的情况下，在教师提供的材料、用具、方法和具体的指导下，让学生自己去探索知识，掌握技能的实验。新课标“过程与方法”要求学生通过参与科学探究活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案，这也正是“科学探究”的步骤之一，所以在教学中我们应该让学生明确探究的目的和已有条件，经历制定计划与设计实验的过程，从而达到培养“科学探究能力”的目的。具体步骤包括：

(1)尝试选择科学探究的方法及所需器材在上例中我引导学生分析现有的条件，学生选择了用试验探究的方法，设计出就“压力的大小”和“受力面积”两个因素分两步来进行研究的方案，并选择出了实验器材：①压力的大小：器材(海绵、塑料盒、金属圆柱体)。②受力面积的大小：器材(铅笔)。对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设。学生经过分析先对实验进行了合理的推测：①压力越大，压力作用效果越大；②受力面积越大，压力作用效果越小。

(2)尝试考虑影响问题的主要因素，引导学生使用控制变量法在实验中学生作出了如下的实验设计：①研究压力的大小与压力作用效果的关系限制受力面积，保证受力面积不变，将塑料盒放于海绵体上，再在塑料盒内放入不同的金属圆柱体观察在不同压力情况下海绵体的形变情况。②受力面积的大小与压力作用效果的关系限制压力的大小，保证压力大小不变，用两手指同时按住铅笔两端，观察两手指的形变情况。这一过程的实施和落实，对培养学生“科学探究能力”起到了非常关键的作用。

2、参与课堂演示实验培养学生实验操作能力。

传统的演示实验，只是教师动手，学生观察。对于老师而言，实验技能水平较高，而且课前准备充分，实验较易成功，虽然对学生建立概念、理解、掌握有关知识起到重要作用，但缺少培养学生在实践中的创造力和发散性思维能力。所以，我在课堂演示实验中，经常请某些学生来帮助、完成实验。这样做，一方面可以增加实验的透明度，使学生相信老师讲述的知识是真实的、科学的，并不是老师在教台上变魔术，是虚伪的。另一方面，学生参与实验的操作、设计过程，可以培养学生设计实验并获取证据的能力。同时，也可以调动全班学生的积极性，活跃课堂气氛，使学生的发散思维得到培养和强化，有利于提高学生的探究能力。

例如：演示“氢气的制取和性质实验”，对实验器材介绍后，实验装置就请学生完成，实验装置搭好后，再请其他学生指出不合理的地方，同时回答“为什么不合理？”接下去所进行的每步实验请不同的学生来做，老师在旁边指点。这样一环扣一环，提高全班学生的积极性，有利于提高学生的设计实验能力和观察能力，同时，为接下来的学生实验做铺垫。

3、开展科学实践活动培养学生的探究能力。

教师应该把学习的主动权真正还给学生，把课堂学习的时间交给学生。根据学生好动、喜欢探究的特点，有的活动可鼓励学生自行完成。例如，在教学《鱼》一课时，我放手让学生分组自选研究议题，自定研究方法，独立研究。有的研究鱼鳃，有的研究鱼鳞，有的研究鱼怎样游泳。我为他们提供所需的器材，每组一个水盆几条鲫鱼、放大镜、显微镜、木片、绳子、剪刀、镊子等等。每组同学共同实验、互相合作、齐心协力都总结出了有一定水准的结论，接着由每组选派一名代表发言，向全班同学介绍本组的实验收获，其他同学有不同意见，可反驳，同学之间进行激烈的争论，最后我只作了一个简短的小节。整堂课都是学生们的观察活动和热烈讨论，所得到的知识比教师讲多得多，掌握得更好。又如，证明“黑暗对种子发芽是否有影响？”下面是某同学设计并进行实验的方案：

结论：黑暗对种子的发芽没有影响。

当然要求学生探究的内容很多，这里就不一一举例了，我觉得每当我们学习了一个新的知识点后，组织学生进行相关问题的探究活动是非常重要的，一方面，可以培养学生设计实验并获得信息的能力，另一方面可以培养学生的观察能力，具体操作能力，今后对未知领域的探究，就必须具备这些基本素质，同时，可以激发学生学习兴趣。

三、科学实验培养学生实验观察和收集、处理信息的能力

1、注重实验过程对实验现象的观察。

我们必须明白，观察、实验、资料收集、阅读、讨论等具体活动都是学生学习科学知识、体现科学探究的积极的活动方式。任何实验都离不开观察，“观察、观察、再观察”曾作为巴甫洛夫的座右铭，被写在实验室的墙壁。正确的实验操作以及对实验现象的认真观察，是收集信息的关键，只有正确无误地收集信息，才能对信息做出正确的处理，解释和评价。要培养学生的探究能力，教师应该改变传统的“灌输式”的教学模式，应充分体现以学生为主体、教师为主导、采用自主探究的教学模式。例如，做氢气还原氧化铜的实验对实验现象的描述不要提“固体颜色有什么变化？试管壁有无水珠生成”等类似的问题。而可以这样问：“此实验你观察到了什么现象？这些现象可以说明什么？”这样也许会出现许多不同的答案，但可以通过师生之间的讨论、交流，得出正确的结论，这样就不会限制学生思维的发展，还使学生个性得到张扬，能活跃课堂气氛，学生也容易轻松愉快地理解知识，从而有目的地培养学生科学探究的能力。

2、注重实验数据的记录、整理和总结。

科学探究要求学生有初步的信息收集能力新课标“过程与方法”的实施正好可以培养学生的这种能力,在本次实验探究中,可以引导学生设计表格来收集信息。例如，“用伏安法测电阻”下面是某同学观察、记录的有关数据：

首先，让学生对获得的数据进行综合分析，也就是哪些数据是有效的，哪些数据是由于测量方法不正确造成的错误数据，错误数据就不能拿来分析。如上面的第3次实验数据，可能是这位学生电流表示数读错了，所以，第3次实验数据是属于错误数据，求出来的电阻值不能用来计算平均值。通过表格的设计和信息的收集，既可以提高学生初步描绘实验数据和信息的能力，又可以培养学生的科学探究能力。

3、注重利用函数图像分析实验数据。

在定量实验中，分析数据的方法很多，其中，利用函数图像进行分析，效果非常好。

例如：在教学过程中，我把研究欧姆定律的实验改为探索性实验，当电阻（R）一定时，要求学生把通过实验测量的电流

（I）   和电压（U）的有关数据用函数图像描述出来。

当学生把图像画出来时，很容易理解这是一个正比例

函数（I＝　　）。

用直观的函数图像分析实验数据，可以把复杂的问题简单化，
把抽象的问题具体化，适合中学生的思维发展特点，有利于培养
学生收集、处理、解释、评价信息的能力。

总之，创造发明活动不只是少数天才人物的事情，创造心理学的研究表明：创造性思维能力虽有高低之分，但不存在有或无的问题，除了少数智力发展较差外，大多数具有普通智力水平的人都有创造能力。只要教师在教学中积极引导和鼓励，不断培养学生对未知领域的探究能力，培养学生从小立大志，树雄心，那么人人都能从事创造发明。我认为作为一名自然科学教师，在学生探究能力的培养方面，所起的作用尤其重要。

参考文献：

[1]靳玉乐.探究教学论[M].重庆:西南师范大学出版社,2001,7.

[2]沈德力.脑功能开发的理论与实践[M].北京:教育科学出版社,2001,6.