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摘 要:科学实验活动拓展性课程对于培养学生科学探究、实践创新等核心素养、激发学生对科学的学习兴趣,起着不可替代的作用。为了使这门课程能够发挥应有的作用,在选择活动内容、设计活动方案时,应当尽可能为学生学习科学方法、动手操作提供更多的机会,要着力扩展学生的科学视野、激发学生学习科学的兴趣、促进学生的深度学习。要以这些思想作为课程的基本理念,指导课程的开发工作。
关键词:科学实验;拓展性课程;深度学习
浙江省教育厅要求全省义务教育各学校开设知识拓展类、体艺特长类、实践活动类拓展性课程。其中,实践活动类课程是初中科学极为重要的拓展性课程,它对于培养学生科学探究、实践创新等核心素养,以及激发学生对科学的学习兴趣,起着不可替代的作用。为了推进拓展性课程的实施,受浙江教育出版社之邀,笔者主编出版了一套《义务教育拓展性课程·科学实验活动》(共5册),供全省各初中学校开设拓展性课程选用。本文将阐述我们编制科学实验活动拓展性课程的基本理念。
一、 为学生学习科学方法提供机会
科学学习包括科学知识的学习和科学方法的学习等方面。从某种意义上说,方法比知识具有更为广泛的迁移效应,因此也更有价值。虽然在《科学》教科书的学习中,学生可以学到不少科学方法,但科学方法的内涵是非常丰富的,我们应当利用拓展性课程为学生提供更多科学方法训练的机会。
案例1 学会估计
估计是生活中常用的科学方法,它是“抓大放小”、近似处理问题的方法。生活中常常要估计时间、距离、质量,等等。为了让学生学会抓住事物的主要方面,忽略次要方面,我们在七年级上册安排了一个“学会估计”的系列活动,其中一个活动是:估计纸的张数。具体做法如下:
(1)将字典在不看页码的情况下对半分开,中间夹一张纸条,如图1。
(2)将分出的一半,再对半分开,中间再夹一张纸条,如图2。
(3)数出四分之一书的张数,再乘以4(如果书很厚,也可以按这样的方法取出八分之一,数出张数,再乘以8),你估计该书纸的张数为________张。
(4)根据书的页码算出书中纸的张数,再加上前言、目录等的张数,该书实际纸的张数为______张。你估计的张数与实际张数相差______张。
二、为学生动手操作提供机会
俗话说“心灵手巧”,这说明手和大脑有着非常密切的关系。人的大脑控制与管理着整个人体的各个部门,人体各个部门的活动又能促进大脑机能的成熟与发展。脑科学的研究证明:大脑有6万个神经细胞控制着人体躯干,但控制手的却有多达20万个神经细胞。也就是说,大脑皮层的相应区域中,双手所占的“地盘”要比人体整个躯干(包括内脏)所占“地盘”还大。当孩子双手活动时,指头上的神经细胞会随时将信息传到大脑,大脑将这些信息结合起来,进行综合、加工、处理,又不断发出指令调整手的动作,使动作准确完善。这一过程中,手和大脑都得到锻炼。科学实验活动拓展性课程作为活动类课程,应当为学生创造更多动手操作的机会。
案例2 纸锅烧水
许多书介绍这个活动,是用纸杯作锅的。纸杯虽然取材方便,操作简便,但直接用纸杯烧水,学生的主要活动是观察,而动手操作的机会极少。对此,我们采用的方法是:让学生用纸折一个纸盒,以取代现成的纸杯。这既让学生学习一种生活的技能,又让他们获得动手操作的机会。具体的做法如下:(1)取一张A4打印纸横向对中切开,按图3所示画2条横线、2条纵线,标上序号;(2)将纸沿横线①向下折;(3)沿纵线①向左折;(4)将右边上面的纸展开,压出一个三角形;(5)将纸沿纵线向右折;(6)将左边上面纸展开,顶部压出三角形;(7)将中间重合处的纸向上折;(8)拆开已折部分,将纸的另一边按相同方法折;(9)将折痕部分复原,形成纸盒。
三、着力扩展学生的科学视野
教科书出于对课时、学生层次差异等方面的考虑,对内容的选择作出了较多的限制,使得许多与生活密切相关的科学知识无法纳入其中。但选择科学实验活动拓展性课程的学生,对科学有着更强求知欲望,他们希望对科学能有更为宽广的认识。科学实验活动拓展性课程应当让学生在活动过程中,学到更为丰富的科学知识和科学方法,着力扩展学生的科学视野。
案例3 露点的测量
露点概念在生活中十分常见,但学生并不知道露点概念的意义,更不知道露点是怎样测量出来的。对此,我们安排了如下测量露点的活动:
(1)将金属罐的外包装纸撕去,用剪刀将金属罐的盖中间部分剪去,如圖4所示。
(2)将室温的水注入金属罐中约三分之二。
(3)用吸水纸将金属罐的外壁擦干。
(4)在金属罐中加入少量的冰块。
(5)在罐中小心插入一支温度计,同时用搅棒缓慢搅动, 如图5所示。
(6)当金属罐外壁开始出现薄薄的一层水膜时,如图6所示,准确记录此时的水温。
(7)按步骤(2)至(6)重复进行2次,将温度记录在下表中。
[实验次数 第一次 第二次 第三次 平均值 水温 ]
(8)计算三次实验中当罐体外壁出现水汽时的水温平均值,这个温度就是金属罐所在空间空气的露点
四、激发学生学习科学的兴趣
兴趣是最好的老师,人是否乐意接受某事物,跟这个事物是否有趣直接相关。玩是孩子的生活方式,也是孩子的学习方式。科学实验活动拓展性课程可以为学生在玩中学科学提供很好的机会,学生在活动中可以观察到大量有趣的现象。在选择科学实验活动项目时,应当充分考虑学生的心理需求,让活动更有玩味。
案例4 制作简易打气筒
(1)用剪刀的尖端在塑料瓶壁腰部钻一个小孔,如图7(a);
(2)用剪刀的尖端把塑料瓶盖钻出一个直径5毫米左右的小孔,如图7(b); (3)取一个小气球,将它剪短,只选取其下半部分的球肚。将气球套住瓶盖,把气球过长的部分往盖子的内部折进去,如图7(c),然后将瓶盖旋紧塑料瓶,如图7(d);
(4)在瓶盖接近边缘的对称的四个位置用小刀在橡皮膜上割出四个小孔,如图8(a);
(5)另取一个气球套在瓶盖上,用大拇指按住塑料瓶壁上的小孔,使劲地按压塑料瓶壁,然后放开(放开时,手指不要压着小孔)。一挤一放,就可以把气球吹大,如图8(b)。
五、促进学生进行深度的学习
科学实验活动项目的选择,仅仅让学生感觉好玩是不够的,还应引导学生对科学问题深入地探究,进行深度的学习。在深度学习中,提高探究的能力。为此,应当对原有的一些实验活动进行再开发,挖掘出蕴含其中的丰富内涵。
案例5 探究影响双锥体滚动方向的因素
双锥体自动爬坡是大家非常熟悉的一个活动。当将双锥体放在V形轨道之间时,双锥体就会自动向上爬升。许多书本对这个活动的介绍,只是向学生展示一个奇异的现象,并说明双锥体在高处的重心要低于在低处时的重心。仅此,学生的收获是非常有限的。为此,我们让学生对这一现象进行实验探究,通过测量,自己寻找隐蔽的因素,自己获得探索的结论。具体做法如下:
(1)你认为双锥体能否向上滚可能跟哪些因素有关?
___________________________________
(2)将V形轨道的上端垫高约2厘米并保持不变,即保持轨道的坡度不变。
①量出轨道上端书的高度h0(即木条上、下端高度差),记录在表格中。
②调节2条木条之间的夹角,使两个玻璃漏斗做成的双锥体横放在轨道上恰能静止不动。量出此时两木条之间的夹角α0;再将双锥体横放在轨道上两个高低不同的位置A、B(B的位置比A高),分别测出漏斗颈中心所处的高度(如图9)。将有关数据记录在表格中。
③保持轨道的坡度不变,稍增大V形轨道2条木条之间的夹角,双锥体横放在轨道上时将向哪个方向运动?测量此时2条木条之间的夹角;再将双锥体横放在轨道上两个不同的位置A、B,测出漏斗颈中心所处的高度。将有关数据记录在表格中。
④再稍增大V形轨道2条木条之间的夹角,重复③中的实验,将有关的实验现象和数据记录在表格中。
⑤保持轨道的坡度不變,使V形轨道2条木条之间的夹角稍小于α0,双锥体横放在轨道上时将向哪个方向运动?测出此时2条木条之间的夹角;再将双锥体横放在轨道上两个不同的位置A、B,测出漏斗颈中心所处的高度,将有关的实验现象和数据记录在表格中。
⑥再稍减小V形轨道2条木条之间的夹角,重复⑤中的实验,将有关的实验现象和数据记录在表格中。
(3)保持V形轨道2条木条之间的夹角α0不变(即保持2条木条上端的间距不变)。
①增大轨道上端的高度,使其稍大于h0,双锥体横放在轨道上时将向哪个方向运动?测出此时V形轨道上、下高度差;再将双锥体横放在轨道上两个不同的位置A、B,测出漏斗颈中心所在的高度。将有关的实验现象和数据记录在表格中。
②再稍增大轨道上端的高度,重复①中的实验。将有关的实验现象和数据记录在表格中。
③减小轨道上端的高度,使其稍小于h0,双锥体横放在轨道上时将向哪个方向运动,测出此时V形轨道上、下高度差;再将双锥体横放在轨道上两个不同的位置A、B,测出漏斗颈中心所在的高度。将有关的实验现象和数据记录在表格中。
④再稍减小轨道上端的高度,重复③中的实验。将有关的实验现象和数据记录在表格中。
[ 两木条之间的夹角
/度 木条上、下高度差/cm 漏斗运动(向上/向下/静止) 漏斗在A、B两位置的高度 A位
置/cm B位
置/cm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ]
(4)分析表格中双锥体不同运动状态时间的相关数据,你得出的结论是:
致谢:参与本文涉及案例编写的作者有:王小虎,王小琴,游爱艳,颜贻奎,翁庆双,在此一并致谢!
关键词:科学实验;拓展性课程;深度学习
浙江省教育厅要求全省义务教育各学校开设知识拓展类、体艺特长类、实践活动类拓展性课程。其中,实践活动类课程是初中科学极为重要的拓展性课程,它对于培养学生科学探究、实践创新等核心素养,以及激发学生对科学的学习兴趣,起着不可替代的作用。为了推进拓展性课程的实施,受浙江教育出版社之邀,笔者主编出版了一套《义务教育拓展性课程·科学实验活动》(共5册),供全省各初中学校开设拓展性课程选用。本文将阐述我们编制科学实验活动拓展性课程的基本理念。
一、 为学生学习科学方法提供机会
科学学习包括科学知识的学习和科学方法的学习等方面。从某种意义上说,方法比知识具有更为广泛的迁移效应,因此也更有价值。虽然在《科学》教科书的学习中,学生可以学到不少科学方法,但科学方法的内涵是非常丰富的,我们应当利用拓展性课程为学生提供更多科学方法训练的机会。
案例1 学会估计
估计是生活中常用的科学方法,它是“抓大放小”、近似处理问题的方法。生活中常常要估计时间、距离、质量,等等。为了让学生学会抓住事物的主要方面,忽略次要方面,我们在七年级上册安排了一个“学会估计”的系列活动,其中一个活动是:估计纸的张数。具体做法如下:
(1)将字典在不看页码的情况下对半分开,中间夹一张纸条,如图1。
(2)将分出的一半,再对半分开,中间再夹一张纸条,如图2。
(3)数出四分之一书的张数,再乘以4(如果书很厚,也可以按这样的方法取出八分之一,数出张数,再乘以8),你估计该书纸的张数为________张。
(4)根据书的页码算出书中纸的张数,再加上前言、目录等的张数,该书实际纸的张数为______张。你估计的张数与实际张数相差______张。
二、为学生动手操作提供机会
俗话说“心灵手巧”,这说明手和大脑有着非常密切的关系。人的大脑控制与管理着整个人体的各个部门,人体各个部门的活动又能促进大脑机能的成熟与发展。脑科学的研究证明:大脑有6万个神经细胞控制着人体躯干,但控制手的却有多达20万个神经细胞。也就是说,大脑皮层的相应区域中,双手所占的“地盘”要比人体整个躯干(包括内脏)所占“地盘”还大。当孩子双手活动时,指头上的神经细胞会随时将信息传到大脑,大脑将这些信息结合起来,进行综合、加工、处理,又不断发出指令调整手的动作,使动作准确完善。这一过程中,手和大脑都得到锻炼。科学实验活动拓展性课程作为活动类课程,应当为学生创造更多动手操作的机会。
案例2 纸锅烧水
许多书介绍这个活动,是用纸杯作锅的。纸杯虽然取材方便,操作简便,但直接用纸杯烧水,学生的主要活动是观察,而动手操作的机会极少。对此,我们采用的方法是:让学生用纸折一个纸盒,以取代现成的纸杯。这既让学生学习一种生活的技能,又让他们获得动手操作的机会。具体的做法如下:(1)取一张A4打印纸横向对中切开,按图3所示画2条横线、2条纵线,标上序号;(2)将纸沿横线①向下折;(3)沿纵线①向左折;(4)将右边上面的纸展开,压出一个三角形;(5)将纸沿纵线向右折;(6)将左边上面纸展开,顶部压出三角形;(7)将中间重合处的纸向上折;(8)拆开已折部分,将纸的另一边按相同方法折;(9)将折痕部分复原,形成纸盒。
三、着力扩展学生的科学视野
教科书出于对课时、学生层次差异等方面的考虑,对内容的选择作出了较多的限制,使得许多与生活密切相关的科学知识无法纳入其中。但选择科学实验活动拓展性课程的学生,对科学有着更强求知欲望,他们希望对科学能有更为宽广的认识。科学实验活动拓展性课程应当让学生在活动过程中,学到更为丰富的科学知识和科学方法,着力扩展学生的科学视野。
案例3 露点的测量
露点概念在生活中十分常见,但学生并不知道露点概念的意义,更不知道露点是怎样测量出来的。对此,我们安排了如下测量露点的活动:
(1)将金属罐的外包装纸撕去,用剪刀将金属罐的盖中间部分剪去,如圖4所示。
(2)将室温的水注入金属罐中约三分之二。
(3)用吸水纸将金属罐的外壁擦干。
(4)在金属罐中加入少量的冰块。
(5)在罐中小心插入一支温度计,同时用搅棒缓慢搅动, 如图5所示。
(6)当金属罐外壁开始出现薄薄的一层水膜时,如图6所示,准确记录此时的水温。
(7)按步骤(2)至(6)重复进行2次,将温度记录在下表中。
[实验次数 第一次 第二次 第三次 平均值 水温 ]
(8)计算三次实验中当罐体外壁出现水汽时的水温平均值,这个温度就是金属罐所在空间空气的露点
四、激发学生学习科学的兴趣
兴趣是最好的老师,人是否乐意接受某事物,跟这个事物是否有趣直接相关。玩是孩子的生活方式,也是孩子的学习方式。科学实验活动拓展性课程可以为学生在玩中学科学提供很好的机会,学生在活动中可以观察到大量有趣的现象。在选择科学实验活动项目时,应当充分考虑学生的心理需求,让活动更有玩味。
案例4 制作简易打气筒
(1)用剪刀的尖端在塑料瓶壁腰部钻一个小孔,如图7(a);
(2)用剪刀的尖端把塑料瓶盖钻出一个直径5毫米左右的小孔,如图7(b); (3)取一个小气球,将它剪短,只选取其下半部分的球肚。将气球套住瓶盖,把气球过长的部分往盖子的内部折进去,如图7(c),然后将瓶盖旋紧塑料瓶,如图7(d);
(4)在瓶盖接近边缘的对称的四个位置用小刀在橡皮膜上割出四个小孔,如图8(a);
(5)另取一个气球套在瓶盖上,用大拇指按住塑料瓶壁上的小孔,使劲地按压塑料瓶壁,然后放开(放开时,手指不要压着小孔)。一挤一放,就可以把气球吹大,如图8(b)。
五、促进学生进行深度的学习
科学实验活动项目的选择,仅仅让学生感觉好玩是不够的,还应引导学生对科学问题深入地探究,进行深度的学习。在深度学习中,提高探究的能力。为此,应当对原有的一些实验活动进行再开发,挖掘出蕴含其中的丰富内涵。
案例5 探究影响双锥体滚动方向的因素
双锥体自动爬坡是大家非常熟悉的一个活动。当将双锥体放在V形轨道之间时,双锥体就会自动向上爬升。许多书本对这个活动的介绍,只是向学生展示一个奇异的现象,并说明双锥体在高处的重心要低于在低处时的重心。仅此,学生的收获是非常有限的。为此,我们让学生对这一现象进行实验探究,通过测量,自己寻找隐蔽的因素,自己获得探索的结论。具体做法如下:
(1)你认为双锥体能否向上滚可能跟哪些因素有关?
___________________________________
(2)将V形轨道的上端垫高约2厘米并保持不变,即保持轨道的坡度不变。
①量出轨道上端书的高度h0(即木条上、下端高度差),记录在表格中。
②调节2条木条之间的夹角,使两个玻璃漏斗做成的双锥体横放在轨道上恰能静止不动。量出此时两木条之间的夹角α0;再将双锥体横放在轨道上两个高低不同的位置A、B(B的位置比A高),分别测出漏斗颈中心所处的高度(如图9)。将有关数据记录在表格中。
③保持轨道的坡度不变,稍增大V形轨道2条木条之间的夹角,双锥体横放在轨道上时将向哪个方向运动?测量此时2条木条之间的夹角;再将双锥体横放在轨道上两个不同的位置A、B,测出漏斗颈中心所处的高度。将有关数据记录在表格中。
④再稍增大V形轨道2条木条之间的夹角,重复③中的实验,将有关的实验现象和数据记录在表格中。
⑤保持轨道的坡度不變,使V形轨道2条木条之间的夹角稍小于α0,双锥体横放在轨道上时将向哪个方向运动?测出此时2条木条之间的夹角;再将双锥体横放在轨道上两个不同的位置A、B,测出漏斗颈中心所处的高度,将有关的实验现象和数据记录在表格中。
⑥再稍减小V形轨道2条木条之间的夹角,重复⑤中的实验,将有关的实验现象和数据记录在表格中。
(3)保持V形轨道2条木条之间的夹角α0不变(即保持2条木条上端的间距不变)。
①增大轨道上端的高度,使其稍大于h0,双锥体横放在轨道上时将向哪个方向运动?测出此时V形轨道上、下高度差;再将双锥体横放在轨道上两个不同的位置A、B,测出漏斗颈中心所在的高度。将有关的实验现象和数据记录在表格中。
②再稍增大轨道上端的高度,重复①中的实验。将有关的实验现象和数据记录在表格中。
③减小轨道上端的高度,使其稍小于h0,双锥体横放在轨道上时将向哪个方向运动,测出此时V形轨道上、下高度差;再将双锥体横放在轨道上两个不同的位置A、B,测出漏斗颈中心所在的高度。将有关的实验现象和数据记录在表格中。
④再稍减小轨道上端的高度,重复③中的实验。将有关的实验现象和数据记录在表格中。
[ 两木条之间的夹角
/度 木条上、下高度差/cm 漏斗运动(向上/向下/静止) 漏斗在A、B两位置的高度 A位
置/cm B位
置/cm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ]
(4)分析表格中双锥体不同运动状态时间的相关数据,你得出的结论是:
致谢:参与本文涉及案例编写的作者有:王小虎,王小琴,游爱艳,颜贻奎,翁庆双,在此一并致谢!