论文部分内容阅读
【摘要】结合具体实验案例使学生在学习知识的过程中体验和感受知识形成的过程、学习科学研究的方法,同时给老师提供了自主设计实验的广阔空间。因此,在教学中我们要加强实验的研究,通过实验的多种教育功能来提升学生的科学素养。
【关键词】整合;拓展;分辨;实验教学
【中图分类号】G257.36 【文献标识码】B 【文章编号】1001-4128(2010)04-0045-03
初中科学是一门以实验为基础的综合课程,在实验教学中应注重给学生提供更多的思维机会和广阔的思维空间,逐渐培养学生从全方位推测、假设和构思中“探视”答案以解决问题的思维方式,激发学生求异创新的愿望。然而,初中科学教材所提供的实验课中,无论是演示实验,还是学生实验,其中许多实验往往给出实验方案,并且方法单一,缺乏探索性,不利于培养学生的创新精神。
因此,在教学中,急需以常见实验知识为生长点,进行引申,让学生发掘其内涵和外延,从多角度、多方位、多层次地进行创新分析,开展科学教学实验创新设计活动,利用尽可能多的方法来设计实验方案,并对各方案进行评价,激发学生独立思考和创新意识。
本人根据自身长期的教学实践,结合目前实施有效的实验教学现状,根据《科学课程标准》的要求,进行了大胆的实践和探索,从而摸索出一整套方式、方法,并且取得了一定的成效。
1 组合实验板块,提升学生整合知识能力
学习贵在总结,我们不应孤立地看待一个个实验,而应该从这些实验的原理、步骤、数据采集与处理方式上的异同上,给这些分门别类的实验,组合成一个整体的实验板块。
比如对于力学板块,这是由验证 “测量斜面的机械效率”这一内容,“动能大小与哪些因素有关” 的实验,研究“摩擦力对物体运动的影响(牛顿第一定律)”等实验组成,我们看看这几个量是怎么测出来的,现在让我们仔细去找找这些实验之间的联系和区别。学生容易领会,在每个实验中都用到控制某个变量法实验的思惟方式,从而发现这些实验设计是相通的,它们的区别只是研究的角度不同罢了,让学生们找一找,改一改,必能开窍,把多种实验组合成的一个大的实验板块,创新实验操作方式和步骤,使实验探究和创新学习融为一体。
案例:一套多功能斜面装置
[实验装置图和探究实验方案]
装置说明:
(1)固定底板的制作。做一块长90厘米的木块,并将若干根细木条固定在该木板的一面上如图一(1)所示,用来固定斜面。在木块的另一面左、右边缘各钉上一根细木条如图一(2)所示,除了固定斜面外,还能防止小车坠落于地。
(2)活动斜面制作:三块大小不等的木块用合页连接如图一(3)所示。
(3)多功能斜面装置如图一(4)、(5)所示。
优点:装置简单,灵活方便,不同实验可在同一装置中完成,准确性高。
实验一:探究“测量斜面的机械效率”
(1)设计成如图二(1)装置,组成一个垂直面和一个斜面,用弹簧秤、尺、木块,测出提升重物的有用功和总功,并求出机械效率。
(2)调整斜面高度。
A.设计成如图二(2)、(3)所示装置。用用弹簧秤、尺、木块,测出机械效率。
从以上实验中可以比较出同长度的斜面省力程度与坡度有关,也能比较出机械效率不同。
B.设计成图二(3)、(4)装置,斜面支撑点不变,随着改变斜面的长度和高度,用以上方法测出提升重物所做的有用功和总功,就更为方便地测出机械效率。
实验二:探究“动能大小与哪些因素有关”
(1)设计成图三(1)装置,将小车放在斜面不同位置(不同高度)来研究动能与质量和速度的关系。
(2)设计成图三(2)装置来重复这个实验。
实验三:探究“摩擦力大小对物体运动的影响”(牛顿第一定律)
设计成图三装置(1)或装置(2)来完成小车在一定高度斜面,通过水平面上不同材料后比较距离的长短。
其他“影响摩擦力大小的因素”,“测量平均速度”等也可以借用图一(2)装置来完成。该装置虽不完美(如活动斜面上合页连接并不够精密),但这套装置作为教具值得推广。
[对实验的改进,创新说明]
这是一套多功能斜面装置。通过改变斜面的高度和坡度,以多次测量得到实验结果。例如:探究第五册第三节关于“测量斜面的机械效率”这一内容。其操作方法灵活,直观性强,科学性,材料易得,安全性能凸显实验原理
同时,这套装置用途广泛,稍加调整又可以做其他实验。例如:通过调整还可完成第四节中“动能大小与哪些因素有关”的实验,也可完成第二册关于研究“摩擦力对物体运动的影响(牛顿第一定律)”,同时还可推广到其它的相近实验。
今后还可以把视野再扩大一些,多挖掘在这些实验的组合板块中一些功能,以各种角度重新组合新的实验板块,充分发展学生的思维空间。通过组合实验中的思维方法,可以帮助学生复习、理解、记忆学过的科学知识,创新实验设计,并同时有利于解决探索型实验题。
附:上面的实验组合设计在杭州市中小学生科技节科学创新实验竞赛中获得创新二等奖,并得到专家认同。它体现了新课程背景下的教学理念;巧妙地解决了新课程实践中在初中科学实验操作层面上的许多问题;运用多种创新方法,对新教材中的实验进行了改进,大大提高了实验效率。
2 优化实验设计,提升学生拓展知识能力
实验设计是一个动手动脑并可培养学生各方面能力的过程。通过学生自己思考设计实验,可以培养学生的发散思维能力和创新设计的能力,现行教材中的学生实验大多数都属于训练类、测量类和验证类,它对于训练学生掌握基本仪器的操作,学会对物质的某些特性和某些物理量的测定方法,以及验证所学知识规律的正确性起着很好的作用,但有关探索性、设计性方面则涉及太少,这又不利于学生通过实验观测来模仿前辈科学家的发现过程,也不利于培养学生独立设计实验的能力,因此很需要加强实验设计训练。
在近年来的中考试题中,密度测量的设计题频频出现,测密度是最具开放性的实验之一。该实验可以涉及密度、浮力、力的平衡、简单机械等知识,方法多,综合性强,对初中学生来说能力要求较高。可引导学生用弹簧秤法、杠杆法、天平法来测,在复习课的教学中“先分后合”在学生熟悉质量与体积单项测量的各种工具,掌握质量与体积单项测量的各种方法后。引导学生选择测量质量与体积的工具进行组合,寻找各种不同的测量密度的方案,,这样才能收到事半功倍的功效。
除教材中介绍的用天平测质量、用量筒和排水法测体积以外,让学生自已设计实验方案,选择实验器材,进行探究实验,以下几种测密度的方法的案例。方案一 弹簧秤测质量,浮力的知识测体积
器材:弹簧秤、烧杯、足量的水、细线,测量一实心金属块的密度,要求写出测量步骤和测量结果的表达式。
测量步骤:
(1)用细线栓好金属块,用弹簧秤测量金属块的重力G
(2)将挂在弹簧秤上的金属块浸没在水中,记下这时弹簧秤的读数F
方案二 用浮力的知识测质量,用排水法测体积
器材:弹簧秤、直尺、量筒(量筒的直径比玻璃杯的直径大)、水、烧杯、小木块、细线。测量一个薄壁小玻璃杯的玻璃密度。
实验步骤:
(1)用量筒盛适量的水,记下此时水的体积V1
(2)将玻璃杯口向上漂浮在水中,并记下此时水的体积V2
(3)将玻璃杯压入水中,使其沉底,记下此时水的体积V3
方案三 用杠杆平衡条件和浮力的知识测质量和体积
器材:有杠杆、刻度尺、一个盛水的烧杯(足够大)、细线、几个没有标明质量但用同种材料制成的钩码。测出了钩码的密度。
实验步骤:
(1)将杠杆在水平方向上调节平衡
(2)用细线将大小不等的钩码挂在杠杆两端,移动悬挂点位置使杠杆在水平方向平衡,用刻度尺测出左端的钩码悬挂点距支点的距离L1
(3)将右端钩码悬挂点的位置固定,并将该钩码浸没在水中,移动左端钩码悬挂的位置,使杠杆仍然在水平位置平衡,用刻度尺量出左端钩码悬挂点距支点的距离L2。
还可以根据密度与液体压强的关系、利用U形管来测液体的密度,另外也可启发学生怎样来测气体的密度等等。这种学生自行设计,分组讨论,开放式的实验,自由度大,自主能力强,学生学到的知识扎实,同时可大大的提高教学效果,提高学生的观察能力、实践能力以及综合能力,更以其趣味性和探索性,在培养学生创新精神方面发挥其独特功能和作用。
3 增设实验,提升学生辨析知识能力
科学中的一些基本近似的概念、基本规律,以及一些习题所构建的模型、变化过程对初中学生来说,有的是比较抽象、难以辨别理解的,而这些近似的概念、基本规律又不具有吸引学生注意力的属性。但是,学生往往对奇异的实验现象表现出强烈的好奇心,因此一个成功的辨别实验能诱发学生积极思考,激励学生参与解决问题的热情,从而在辨别实验中对分辨近似的概念、基本规律方面打下深深的烙印,这样不但使学生掌握了有关科学知识,更增加了学生从实验探究中获取知识的意识和能力。
案例 初中科学八年级上课本没有具体说明浮力产生原因演示实验器材,浮力产生原因是浮力教学中的难点之一,要得出浮力等于物体受到的向上和向下的压力差。其实在教学中,我们只需要用2个250ML矿泉水瓶,两个弹力球就可以使学生很直观地了解浮力产生的原因。首先把一个空的矿泉水瓶拦腰剪断,口朝下,瓶子里面放上一个球,如图所示,瓶口下面放一接水的塑料桶;然后,用另一装满水的矿泉水瓶向半截矿泉水瓶内倒水。由于球与瓶口间有疑隙,水就从瓶口流出来,而球未浮起来,如图所示,这是因为球的下面不受水向上的压力。把瓶盖拧上,再往里倒水,因为水流不出去,水就对球有了向上的压力,如图所示,,所以球就浮起来了。这样很直观地解释了浮力产生的原因。
增加有了这样一套器材做实验能够方便学生把浮力产生的原因从感性认识上升到理性认识。
在教学过程中,课堂实验可见度的大小直接影响学生对概念、规律的认识、理解和掌握。设计出一些装置简单、可见度大、直观性强、现象明显而又出乎学生意料的新奇实验,将会大大增强教学效果。
案例在学习 “压力和压强”时,常常把压力和重力等同起来。如果通过直观的实验现象再去分析其本质,学生就感觉容易多了。为此自制实验装置。为了使压力的作用效果显著并且易操作。
实验过程;将装有一些大条形磁铁的木盒作为重物,把海绵和重物粘在一起放置在水平的长条木板上,慢慢抬起木板一端,直至木板竖直起来,观察海绵被挤压形变的变化情况。(如图所示)当木板水平时海绵被挤压形变的程度最显著,说明海绵受到的压力最大,海绵所受的压力等于重物的重力;当木板渐渐被抬起时海绵的形变程度减小,说明海绵所受的压力减小;当木板竖起时,海绵就不受重物的压力。这一简单的实验,使平时不易观察到的压力的作用效果通过海绵的形变被展示出来了,学生明确了压力和重力的概念以及它们的区别。
在实验中首先应使学生明确观察实验的目的,实验时要让学生看清楚实验现象,以上的直观形象的实验,现象明显,概念分辨度高,实验结论的得出要呈直接性,它就是改进实验成功的标志。留出一定的时间追究为什么会出现此现象,并由学生综述现象,分析原因,得出结论。通过把实验过程的现象突出给学生,既培养了学生的观察能力,又培养了学生的思维的严谨性,能最大限度地培养学生的创新质量。
丰富多彩的创新实验活动,大大拓宽了学生的思维和活动空间。实践证明,引导学生动手设计探究实验,可以充分激发其兴趣,可以使学生更生动地要求学习,能够从探究中体验快乐,在体验中探究能力,在不知不觉中提高科学实验水平,这对培养学生良好的科学素养也是有很大益处的。
参考文献
[1] 冯彧.探究式化学实验教学的设计和实施[D].华中师范大学, 2006
[2] 高卫.中学化学新课程理念下实验教学功能的探索[D].云南师范大学, 2005
[3] 陈连根.初中化学探究教学与培养学生的创新精神的实践研究[D].江西师范大学, 2005
[4] 钟启泉,崔允淳.《新课程理念与创新》.高等教育出版社.
[5] 《科学实验活动手册》.浙江省教育厅教研室编著.浙江教育出版社,2005年7月第1版
【关键词】整合;拓展;分辨;实验教学
【中图分类号】G257.36 【文献标识码】B 【文章编号】1001-4128(2010)04-0045-03
初中科学是一门以实验为基础的综合课程,在实验教学中应注重给学生提供更多的思维机会和广阔的思维空间,逐渐培养学生从全方位推测、假设和构思中“探视”答案以解决问题的思维方式,激发学生求异创新的愿望。然而,初中科学教材所提供的实验课中,无论是演示实验,还是学生实验,其中许多实验往往给出实验方案,并且方法单一,缺乏探索性,不利于培养学生的创新精神。
因此,在教学中,急需以常见实验知识为生长点,进行引申,让学生发掘其内涵和外延,从多角度、多方位、多层次地进行创新分析,开展科学教学实验创新设计活动,利用尽可能多的方法来设计实验方案,并对各方案进行评价,激发学生独立思考和创新意识。
本人根据自身长期的教学实践,结合目前实施有效的实验教学现状,根据《科学课程标准》的要求,进行了大胆的实践和探索,从而摸索出一整套方式、方法,并且取得了一定的成效。
1 组合实验板块,提升学生整合知识能力
学习贵在总结,我们不应孤立地看待一个个实验,而应该从这些实验的原理、步骤、数据采集与处理方式上的异同上,给这些分门别类的实验,组合成一个整体的实验板块。
比如对于力学板块,这是由验证 “测量斜面的机械效率”这一内容,“动能大小与哪些因素有关” 的实验,研究“摩擦力对物体运动的影响(牛顿第一定律)”等实验组成,我们看看这几个量是怎么测出来的,现在让我们仔细去找找这些实验之间的联系和区别。学生容易领会,在每个实验中都用到控制某个变量法实验的思惟方式,从而发现这些实验设计是相通的,它们的区别只是研究的角度不同罢了,让学生们找一找,改一改,必能开窍,把多种实验组合成的一个大的实验板块,创新实验操作方式和步骤,使实验探究和创新学习融为一体。
案例:一套多功能斜面装置
[实验装置图和探究实验方案]
装置说明:
(1)固定底板的制作。做一块长90厘米的木块,并将若干根细木条固定在该木板的一面上如图一(1)所示,用来固定斜面。在木块的另一面左、右边缘各钉上一根细木条如图一(2)所示,除了固定斜面外,还能防止小车坠落于地。
(2)活动斜面制作:三块大小不等的木块用合页连接如图一(3)所示。
(3)多功能斜面装置如图一(4)、(5)所示。
优点:装置简单,灵活方便,不同实验可在同一装置中完成,准确性高。
实验一:探究“测量斜面的机械效率”
(1)设计成如图二(1)装置,组成一个垂直面和一个斜面,用弹簧秤、尺、木块,测出提升重物的有用功和总功,并求出机械效率。
(2)调整斜面高度。
A.设计成如图二(2)、(3)所示装置。用用弹簧秤、尺、木块,测出机械效率。
从以上实验中可以比较出同长度的斜面省力程度与坡度有关,也能比较出机械效率不同。
B.设计成图二(3)、(4)装置,斜面支撑点不变,随着改变斜面的长度和高度,用以上方法测出提升重物所做的有用功和总功,就更为方便地测出机械效率。
实验二:探究“动能大小与哪些因素有关”
(1)设计成图三(1)装置,将小车放在斜面不同位置(不同高度)来研究动能与质量和速度的关系。
(2)设计成图三(2)装置来重复这个实验。
实验三:探究“摩擦力大小对物体运动的影响”(牛顿第一定律)
设计成图三装置(1)或装置(2)来完成小车在一定高度斜面,通过水平面上不同材料后比较距离的长短。
其他“影响摩擦力大小的因素”,“测量平均速度”等也可以借用图一(2)装置来完成。该装置虽不完美(如活动斜面上合页连接并不够精密),但这套装置作为教具值得推广。
[对实验的改进,创新说明]
这是一套多功能斜面装置。通过改变斜面的高度和坡度,以多次测量得到实验结果。例如:探究第五册第三节关于“测量斜面的机械效率”这一内容。其操作方法灵活,直观性强,科学性,材料易得,安全性能凸显实验原理
同时,这套装置用途广泛,稍加调整又可以做其他实验。例如:通过调整还可完成第四节中“动能大小与哪些因素有关”的实验,也可完成第二册关于研究“摩擦力对物体运动的影响(牛顿第一定律)”,同时还可推广到其它的相近实验。
今后还可以把视野再扩大一些,多挖掘在这些实验的组合板块中一些功能,以各种角度重新组合新的实验板块,充分发展学生的思维空间。通过组合实验中的思维方法,可以帮助学生复习、理解、记忆学过的科学知识,创新实验设计,并同时有利于解决探索型实验题。
附:上面的实验组合设计在杭州市中小学生科技节科学创新实验竞赛中获得创新二等奖,并得到专家认同。它体现了新课程背景下的教学理念;巧妙地解决了新课程实践中在初中科学实验操作层面上的许多问题;运用多种创新方法,对新教材中的实验进行了改进,大大提高了实验效率。
2 优化实验设计,提升学生拓展知识能力
实验设计是一个动手动脑并可培养学生各方面能力的过程。通过学生自己思考设计实验,可以培养学生的发散思维能力和创新设计的能力,现行教材中的学生实验大多数都属于训练类、测量类和验证类,它对于训练学生掌握基本仪器的操作,学会对物质的某些特性和某些物理量的测定方法,以及验证所学知识规律的正确性起着很好的作用,但有关探索性、设计性方面则涉及太少,这又不利于学生通过实验观测来模仿前辈科学家的发现过程,也不利于培养学生独立设计实验的能力,因此很需要加强实验设计训练。
在近年来的中考试题中,密度测量的设计题频频出现,测密度是最具开放性的实验之一。该实验可以涉及密度、浮力、力的平衡、简单机械等知识,方法多,综合性强,对初中学生来说能力要求较高。可引导学生用弹簧秤法、杠杆法、天平法来测,在复习课的教学中“先分后合”在学生熟悉质量与体积单项测量的各种工具,掌握质量与体积单项测量的各种方法后。引导学生选择测量质量与体积的工具进行组合,寻找各种不同的测量密度的方案,,这样才能收到事半功倍的功效。
除教材中介绍的用天平测质量、用量筒和排水法测体积以外,让学生自已设计实验方案,选择实验器材,进行探究实验,以下几种测密度的方法的案例。方案一 弹簧秤测质量,浮力的知识测体积
器材:弹簧秤、烧杯、足量的水、细线,测量一实心金属块的密度,要求写出测量步骤和测量结果的表达式。
测量步骤:
(1)用细线栓好金属块,用弹簧秤测量金属块的重力G
(2)将挂在弹簧秤上的金属块浸没在水中,记下这时弹簧秤的读数F
方案二 用浮力的知识测质量,用排水法测体积
器材:弹簧秤、直尺、量筒(量筒的直径比玻璃杯的直径大)、水、烧杯、小木块、细线。测量一个薄壁小玻璃杯的玻璃密度。
实验步骤:
(1)用量筒盛适量的水,记下此时水的体积V1
(2)将玻璃杯口向上漂浮在水中,并记下此时水的体积V2
(3)将玻璃杯压入水中,使其沉底,记下此时水的体积V3
方案三 用杠杆平衡条件和浮力的知识测质量和体积
器材:有杠杆、刻度尺、一个盛水的烧杯(足够大)、细线、几个没有标明质量但用同种材料制成的钩码。测出了钩码的密度。
实验步骤:
(1)将杠杆在水平方向上调节平衡
(2)用细线将大小不等的钩码挂在杠杆两端,移动悬挂点位置使杠杆在水平方向平衡,用刻度尺测出左端的钩码悬挂点距支点的距离L1
(3)将右端钩码悬挂点的位置固定,并将该钩码浸没在水中,移动左端钩码悬挂的位置,使杠杆仍然在水平位置平衡,用刻度尺量出左端钩码悬挂点距支点的距离L2。
还可以根据密度与液体压强的关系、利用U形管来测液体的密度,另外也可启发学生怎样来测气体的密度等等。这种学生自行设计,分组讨论,开放式的实验,自由度大,自主能力强,学生学到的知识扎实,同时可大大的提高教学效果,提高学生的观察能力、实践能力以及综合能力,更以其趣味性和探索性,在培养学生创新精神方面发挥其独特功能和作用。
3 增设实验,提升学生辨析知识能力
科学中的一些基本近似的概念、基本规律,以及一些习题所构建的模型、变化过程对初中学生来说,有的是比较抽象、难以辨别理解的,而这些近似的概念、基本规律又不具有吸引学生注意力的属性。但是,学生往往对奇异的实验现象表现出强烈的好奇心,因此一个成功的辨别实验能诱发学生积极思考,激励学生参与解决问题的热情,从而在辨别实验中对分辨近似的概念、基本规律方面打下深深的烙印,这样不但使学生掌握了有关科学知识,更增加了学生从实验探究中获取知识的意识和能力。
案例 初中科学八年级上课本没有具体说明浮力产生原因演示实验器材,浮力产生原因是浮力教学中的难点之一,要得出浮力等于物体受到的向上和向下的压力差。其实在教学中,我们只需要用2个250ML矿泉水瓶,两个弹力球就可以使学生很直观地了解浮力产生的原因。首先把一个空的矿泉水瓶拦腰剪断,口朝下,瓶子里面放上一个球,如图所示,瓶口下面放一接水的塑料桶;然后,用另一装满水的矿泉水瓶向半截矿泉水瓶内倒水。由于球与瓶口间有疑隙,水就从瓶口流出来,而球未浮起来,如图所示,这是因为球的下面不受水向上的压力。把瓶盖拧上,再往里倒水,因为水流不出去,水就对球有了向上的压力,如图所示,,所以球就浮起来了。这样很直观地解释了浮力产生的原因。
增加有了这样一套器材做实验能够方便学生把浮力产生的原因从感性认识上升到理性认识。
在教学过程中,课堂实验可见度的大小直接影响学生对概念、规律的认识、理解和掌握。设计出一些装置简单、可见度大、直观性强、现象明显而又出乎学生意料的新奇实验,将会大大增强教学效果。
案例在学习 “压力和压强”时,常常把压力和重力等同起来。如果通过直观的实验现象再去分析其本质,学生就感觉容易多了。为此自制实验装置。为了使压力的作用效果显著并且易操作。
实验过程;将装有一些大条形磁铁的木盒作为重物,把海绵和重物粘在一起放置在水平的长条木板上,慢慢抬起木板一端,直至木板竖直起来,观察海绵被挤压形变的变化情况。(如图所示)当木板水平时海绵被挤压形变的程度最显著,说明海绵受到的压力最大,海绵所受的压力等于重物的重力;当木板渐渐被抬起时海绵的形变程度减小,说明海绵所受的压力减小;当木板竖起时,海绵就不受重物的压力。这一简单的实验,使平时不易观察到的压力的作用效果通过海绵的形变被展示出来了,学生明确了压力和重力的概念以及它们的区别。
在实验中首先应使学生明确观察实验的目的,实验时要让学生看清楚实验现象,以上的直观形象的实验,现象明显,概念分辨度高,实验结论的得出要呈直接性,它就是改进实验成功的标志。留出一定的时间追究为什么会出现此现象,并由学生综述现象,分析原因,得出结论。通过把实验过程的现象突出给学生,既培养了学生的观察能力,又培养了学生的思维的严谨性,能最大限度地培养学生的创新质量。
丰富多彩的创新实验活动,大大拓宽了学生的思维和活动空间。实践证明,引导学生动手设计探究实验,可以充分激发其兴趣,可以使学生更生动地要求学习,能够从探究中体验快乐,在体验中探究能力,在不知不觉中提高科学实验水平,这对培养学生良好的科学素养也是有很大益处的。
参考文献
[1] 冯彧.探究式化学实验教学的设计和实施[D].华中师范大学, 2006
[2] 高卫.中学化学新课程理念下实验教学功能的探索[D].云南师范大学, 2005
[3] 陈连根.初中化学探究教学与培养学生的创新精神的实践研究[D].江西师范大学, 2005
[4] 钟启泉,崔允淳.《新课程理念与创新》.高等教育出版社.
[5] 《科学实验活动手册》.浙江省教育厅教研室编著.浙江教育出版社,2005年7月第1版