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10.3969/j.issn.1671-489X.2016.15.140
摘 要 实验是科学研究与科学学习的有效途径。演示实验可以通过化隐性为显性理解科学知识，化抽象为具体体验科学过程，从现象到本质领会科学方法，从分散到整合提升思维品质，从模仿到创新发展创造能力，从而最大效度提升学生的科学素养。
关键词 科学素养；演示实验；新课程改革；科学学科
中图分类号：G632.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）15-0140-03
随着新课程改革的深入推进，科学素养的培养与提高逐渐被广大科学教师关注并重视。由于演示实验是有目的、有计划的探究过程，且具备针对性强、重复性高的特征，而被广泛应用于课堂教学。同时演示实验对于增进对科学知识的理解、对科学过程的体验、对科学方法的领会、对科学思维的提升、对科学精神的领悟乃至对创新意识和创造能力的培养都有独到的功能。
1 化隐性为显性，理解科学知识
科学学科的基础知识有两方面内容：概念与科学规律。科学概念是科学现象的本质在人们头脑中的反映。概念在人头脑中形成的过程大致经历感知→观念→概念三个阶段，只有在获取了一定量的感性材料基础上，运用抽象的思维方法抓住其共同的本质属性，才能建立起概念。科学规律是科学现象及科学过程本质的、内在的联系在人们头脑中的反映，它的形成也是来源于大量的感性材料，经抽象思维以理论和公式的形式总结出来。
大量的感性材料来源于日常生活与生产中的科学现象，但也有日常生活中很难见到的现象或学生个人不容易操作才能观察到的现象，这些演示实验以其特强的针对性成为教学中极为重要的素材，化隐性为显性、化无形为有形。
如浙教版七年级上册的气体扩散实验往往由于制取NO2气体麻烦或顾虑NO2的毒性而未能演示。笔者在教学中制备了3瓶NO2气体，按图1的3种方式呈现给学生并介绍NO2的颜色，抽走塑料片后引导学生观察瓶内气体颜色变化情况来判断气体分子相互运动到对方中去，得出分子的无规则运动。通过对3个实验的评价和反思还可发现：甲中NO2自左向右运动及乙中自下向上运动均可说明气体的扩散运动是无规则的；但丙中分子的运动可能是受重力的作用而形成对流，并不能有效说明分子的无规则运动。由于该实验学生在日常生活中较难见到或较难自己动手做，上述装置和现象充分调动了学生的好奇心和有意注意，学习兴趣得到激发，学习情绪高涨，促进了对概念或规律的认识和理解。
2 化抽象为具体，体验科学过程
科学学习中的有些客观对象及其运动过程是看不到、摸不着的，这些知识的学习通常成为学生的认知难点，只有将这些对象及情景具体化、形象化，才能帮助学生更好地认识这些客观存在。科学学习中常用模型法来研究，用相关模型来研究客观对象及其实际过程，可以帮助学生直观具体地分析问题，可以达到正确解决所研究问题的目的。模型的建立及其使用的思维过程基本上要经历：客观对象→模型→客观对象，这一认识过程必须有丰富的想象力，有在知觉材料的基础上，经过新的整合而创造出新的形象的能力。想象力既是理解科学的工具，又是发明创造的基础，有了大胆的创想，科学才能不断发展，所以训练学生的想象力也是科学教学中一项重要任务。
形象生动地展示前人的模型，展现模型建构过程中的想象思维，可以帮助学生理解抽象的研究对象，通过这些智慧成果让学生体会想象思维在科学研究中的重要作用，让他们认识到在科学学习中应当有意识地训练自己的想象力，为创造性活动奠定良好的基础。如当用磁铁去接近静止的小磁针时磁针发生偏转，则说明磁针与磁铁之间存在一种没有直接接触的力的作用——磁场；当用通电螺线管两端分别去接近磁针时也会导致磁针偏转，则说明通电螺线管的周围也存在磁场，且其磁场分布与条形磁铁极为相似。
又如用细线模拟直导线在匀强磁场中相对于磁感线做各种运动，可以形象地帮助学生认识磁场这些看不见的物质的存在与分布，帮助学生想象导线切割磁感线的运动情形。
3 从现象到本质，领会科学方法
巴甫洛夫认为：“重要的是科学方法，科学是思想的总结，认识一个科学家的研究方法远比认识他的成果价值更大。”科学教学中展现科学研究时所采用的思想和方法，可以帮助学生认识科学过程与本质，掌握科学学习的策略和科学研究的思维方法，培养实践能力、创新意识和探究精神，全面提高学生的科学素养。演示实验中经常使用的科学方法如观察法、实验法、等效法、控制变量法（牛顿第一定律、欧姆定律、种子萌发的条件、钢铁生锈的条件等）、科学推理法等。演示实验以其感性的材料、可视的操作、直观的现象留给学生深刻的印象。学生目睹了实验的对象与研究的过程，理清了科学的思维过程和方法，从而在认识上颠覆了学生对科学研究高不可攀的原有认识，揭开了科学研究的神秘面纱，从而更加大胆地实践与探索，提高实验探究的能力。
演示力的合成实验中，只用一个力拉或用两个力同时拉都可以让将同一根橡皮筋拉至同一位置，达到相同的形变效果，这是等效替代法的典型应用，不仅解决了初中科学中同一直线上力的合成和分解的简单加、减法则，同时又可延伸到了高中物理中力的合成的平行四边形法则。可见，利用演示实验有效突破了初、高中知识衔接，促使思维与能力飞跃发展。
又如研究凸透镜成像规律时，以焦点F1开始，移动蜡烛逐渐远离透镜，然后移动光屏直至出现清晰的像，观察比较像的大小变化及与物体大小的关系，引导学生思考像的大小变化与物距、像距变化的关系，并作记录，然后用橡皮筋进行实验模拟（图2）。如此一动一静的演示，从现象和事实的观察到本质上的光线相交的认识深入，使得实验具备了更多的维度、更加动态和开放。
4 从分散到整合，提升思维品质
真正的知识拥有者不只是能背诵知识和掌握符号，而是能不断地提出新的问题、大胆想象与猜测，不断主动探索和发现新知识，不断提出创造性解决问题的办法。因此，学习科学既要继承和掌握前人积累的知识，培养记忆力，更要发展学生的想象力和思维力，启发学生的创造力。演示实验可以让学生自主发现问题、提出问题、探索问题、解决问题，让他们成为知识的发现者和创造者。 演示实验中呈现的现象为学生提供了发现问题、探索问题、解决问题的真实情境，学生通过积极的思维活动，发掘潜能、提升智慧，获得新的发现，增强自信心和抗挫能力，形成基本稳定的思维习惯和问题探究的基本思维方法，提升思维的广度和深度。如研究牛顿第一运动定律时用图3斜面装置和3种粗糙程度不同的平板进行实验，3个实验既可以先后进行，也可以合并同时进行，但实验中的直观参照对比合对学生学习热情的刺激是有明显区别的。这一实验综合了变量控制法、对照实验法、理想推演法等，让学生在实验中认识到思维的逻辑性、严密性、系统性。
5 从模仿到创新，发展创造能力
人类的发展就是一个充满创造活动的过程，没有创造力就谈不上生产力的提高和社会的进步。当今国际竞争的实质是科技和人才的竞争，而国民创造力的高低已成为衡量一个国家竞争力的重要标尺，人才尤其是创造性人才的培养已成为民族振兴的关键。创造力是一种产生新思想、发现和创造新事物的能力，它是根据一定目的，运用一切已知信息，产生出某种新颖独特、有社会或个人价值的产品的智能品质。学生的创造力与生俱来，青少年的创造力表现可能没有社会价值，但可以产生独特的个性活动，随着学生的身心发展，这种人皆有之的创造性就会朝特殊才能的方向发展。也就是说，某种低级的、原始的创造力随着学生的身心发展会走向高级、有真正创新意义的创造力。课堂教学应为学生提供主动探索、训练发散思维、培养创造性思维和想象力的学习活动。
演示实验中的大部分仪器是前人创造发明的成果，是他们智慧与创造力的体现。比起生活中绝大多数复杂的创造产品，大部分演示仪器具有小巧、可触摸、构造清晰、原理简单的特征，学生容易从观察演示实验中的仪器学习仪器设计的思路，体会前人的创造活动的过程，为自己的创造活动培养自信。因此，在演示实验中，既要指导学生观察和思考科学现象及其原因，还要传阅设计巧妙的仪器，从仪器创新设计的视角寻找一个全新的教学视角，为学生的创造活动提供丰富的资源和广阔的平台。如手摇式交流发电机模型中电刷的巧妙设计成功地解决了转子在磁场中转动时导线会绕成一团的问题；电动机模型中为了使线圈持续按一个方向转动而设计了换向器。
在研究液体热胀冷缩性质时，如何感知温度升高，液体体积会增大的事实，依次设计图4中的3种不同状态，让学生仔细观察、充分讨论、反复思考，逐步体会液体的热胀冷缩的放大方法，从而理解常用温度计的工作原理。此时，出示世界上第一支温度计——伽利略温度计，让学生认识到发明无处不在，小发明、小创造大有可为，从而坚定发明创造的信心。
苏霍姆林斯基说：学校中心任务之一就是培养道德的、理性的、审美的、高尚的情感。科学演示实验教学也应通过多种途径培养学生正确的、美好的、纯真的、积极的情感，激励学习的积极性和主动性，增强思维的主动性和创造性，培养科学素养。
参考文献
[1]朱清时.义务教育课程标准实验教科书·科学[M].杭州：浙江教育出版社，2004.
[2]教育部.义务教育课程标准·科学（7—9年级）课程标准（实验稿）[S].北京：北京师范大学出版社，2001.
[3]朱进有，赵菁.科学思维方法[M].兰州：甘肃人民出版社，2005.
摘 要 实验是科学研究与科学学习的有效途径。演示实验可以通过化隐性为显性理解科学知识，化抽象为具体体验科学过程，从现象到本质领会科学方法，从分散到整合提升思维品质，从模仿到创新发展创造能力，从而最大效度提升学生的科学素养。
关键词 科学素养；演示实验；新课程改革；科学学科
中图分类号：G632.0 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2016）15-0140-03
随着新课程改革的深入推进，科学素养的培养与提高逐渐被广大科学教师关注并重视。由于演示实验是有目的、有计划的探究过程，且具备针对性强、重复性高的特征，而被广泛应用于课堂教学。同时演示实验对于增进对科学知识的理解、对科学过程的体验、对科学方法的领会、对科学思维的提升、对科学精神的领悟乃至对创新意识和创造能力的培养都有独到的功能。
1 化隐性为显性，理解科学知识
科学学科的基础知识有两方面内容：概念与科学规律。科学概念是科学现象的本质在人们头脑中的反映。概念在人头脑中形成的过程大致经历感知→观念→概念三个阶段，只有在获取了一定量的感性材料基础上，运用抽象的思维方法抓住其共同的本质属性，才能建立起概念。科学规律是科学现象及科学过程本质的、内在的联系在人们头脑中的反映，它的形成也是来源于大量的感性材料，经抽象思维以理论和公式的形式总结出来。
大量的感性材料来源于日常生活与生产中的科学现象，但也有日常生活中很难见到的现象或学生个人不容易操作才能观察到的现象，这些演示实验以其特强的针对性成为教学中极为重要的素材，化隐性为显性、化无形为有形。
如浙教版七年级上册的气体扩散实验往往由于制取NO2气体麻烦或顾虑NO2的毒性而未能演示。笔者在教学中制备了3瓶NO2气体，按图1的3种方式呈现给学生并介绍NO2的颜色，抽走塑料片后引导学生观察瓶内气体颜色变化情况来判断气体分子相互运动到对方中去，得出分子的无规则运动。通过对3个实验的评价和反思还可发现：甲中NO2自左向右运动及乙中自下向上运动均可说明气体的扩散运动是无规则的；但丙中分子的运动可能是受重力的作用而形成对流，并不能有效说明分子的无规则运动。由于该实验学生在日常生活中较难见到或较难自己动手做，上述装置和现象充分调动了学生的好奇心和有意注意，学习兴趣得到激发，学习情绪高涨，促进了对概念或规律的认识和理解。
2 化抽象为具体，体验科学过程
科学学习中的有些客观对象及其运动过程是看不到、摸不着的，这些知识的学习通常成为学生的认知难点，只有将这些对象及情景具体化、形象化，才能帮助学生更好地认识这些客观存在。科学学习中常用模型法来研究，用相关模型来研究客观对象及其实际过程，可以帮助学生直观具体地分析问题，可以达到正确解决所研究问题的目的。模型的建立及其使用的思维过程基本上要经历：客观对象→模型→客观对象，这一认识过程必须有丰富的想象力，有在知觉材料的基础上，经过新的整合而创造出新的形象的能力。想象力既是理解科学的工具，又是发明创造的基础，有了大胆的创想，科学才能不断发展，所以训练学生的想象力也是科学教学中一项重要任务。
形象生动地展示前人的模型，展现模型建构过程中的想象思维，可以帮助学生理解抽象的研究对象，通过这些智慧成果让学生体会想象思维在科学研究中的重要作用，让他们认识到在科学学习中应当有意识地训练自己的想象力，为创造性活动奠定良好的基础。如当用磁铁去接近静止的小磁针时磁针发生偏转，则说明磁针与磁铁之间存在一种没有直接接触的力的作用——磁场；当用通电螺线管两端分别去接近磁针时也会导致磁针偏转，则说明通电螺线管的周围也存在磁场，且其磁场分布与条形磁铁极为相似。
又如用细线模拟直导线在匀强磁场中相对于磁感线做各种运动，可以形象地帮助学生认识磁场这些看不见的物质的存在与分布，帮助学生想象导线切割磁感线的运动情形。
3 从现象到本质，领会科学方法
巴甫洛夫认为：“重要的是科学方法，科学是思想的总结，认识一个科学家的研究方法远比认识他的成果价值更大。”科学教学中展现科学研究时所采用的思想和方法，可以帮助学生认识科学过程与本质，掌握科学学习的策略和科学研究的思维方法，培养实践能力、创新意识和探究精神，全面提高学生的科学素养。演示实验中经常使用的科学方法如观察法、实验法、等效法、控制变量法（牛顿第一定律、欧姆定律、种子萌发的条件、钢铁生锈的条件等）、科学推理法等。演示实验以其感性的材料、可视的操作、直观的现象留给学生深刻的印象。学生目睹了实验的对象与研究的过程，理清了科学的思维过程和方法，从而在认识上颠覆了学生对科学研究高不可攀的原有认识，揭开了科学研究的神秘面纱，从而更加大胆地实践与探索，提高实验探究的能力。
演示力的合成实验中，只用一个力拉或用两个力同时拉都可以让将同一根橡皮筋拉至同一位置，达到相同的形变效果，这是等效替代法的典型应用，不仅解决了初中科学中同一直线上力的合成和分解的简单加、减法则，同时又可延伸到了高中物理中力的合成的平行四边形法则。可见，利用演示实验有效突破了初、高中知识衔接，促使思维与能力飞跃发展。
又如研究凸透镜成像规律时，以焦点F1开始，移动蜡烛逐渐远离透镜，然后移动光屏直至出现清晰的像，观察比较像的大小变化及与物体大小的关系，引导学生思考像的大小变化与物距、像距变化的关系，并作记录，然后用橡皮筋进行实验模拟（图2）。如此一动一静的演示，从现象和事实的观察到本质上的光线相交的认识深入，使得实验具备了更多的维度、更加动态和开放。
4 从分散到整合，提升思维品质
真正的知识拥有者不只是能背诵知识和掌握符号，而是能不断地提出新的问题、大胆想象与猜测，不断主动探索和发现新知识，不断提出创造性解决问题的办法。因此，学习科学既要继承和掌握前人积累的知识，培养记忆力，更要发展学生的想象力和思维力，启发学生的创造力。演示实验可以让学生自主发现问题、提出问题、探索问题、解决问题，让他们成为知识的发现者和创造者。 演示实验中呈现的现象为学生提供了发现问题、探索问题、解决问题的真实情境，学生通过积极的思维活动，发掘潜能、提升智慧，获得新的发现，增强自信心和抗挫能力，形成基本稳定的思维习惯和问题探究的基本思维方法，提升思维的广度和深度。如研究牛顿第一运动定律时用图3斜面装置和3种粗糙程度不同的平板进行实验，3个实验既可以先后进行，也可以合并同时进行，但实验中的直观参照对比合对学生学习热情的刺激是有明显区别的。这一实验综合了变量控制法、对照实验法、理想推演法等，让学生在实验中认识到思维的逻辑性、严密性、系统性。
5 从模仿到创新，发展创造能力
人类的发展就是一个充满创造活动的过程，没有创造力就谈不上生产力的提高和社会的进步。当今国际竞争的实质是科技和人才的竞争，而国民创造力的高低已成为衡量一个国家竞争力的重要标尺，人才尤其是创造性人才的培养已成为民族振兴的关键。创造力是一种产生新思想、发现和创造新事物的能力，它是根据一定目的，运用一切已知信息，产生出某种新颖独特、有社会或个人价值的产品的智能品质。学生的创造力与生俱来，青少年的创造力表现可能没有社会价值，但可以产生独特的个性活动，随着学生的身心发展，这种人皆有之的创造性就会朝特殊才能的方向发展。也就是说，某种低级的、原始的创造力随着学生的身心发展会走向高级、有真正创新意义的创造力。课堂教学应为学生提供主动探索、训练发散思维、培养创造性思维和想象力的学习活动。
演示实验中的大部分仪器是前人创造发明的成果，是他们智慧与创造力的体现。比起生活中绝大多数复杂的创造产品，大部分演示仪器具有小巧、可触摸、构造清晰、原理简单的特征，学生容易从观察演示实验中的仪器学习仪器设计的思路，体会前人的创造活动的过程，为自己的创造活动培养自信。因此，在演示实验中，既要指导学生观察和思考科学现象及其原因，还要传阅设计巧妙的仪器，从仪器创新设计的视角寻找一个全新的教学视角，为学生的创造活动提供丰富的资源和广阔的平台。如手摇式交流发电机模型中电刷的巧妙设计成功地解决了转子在磁场中转动时导线会绕成一团的问题；电动机模型中为了使线圈持续按一个方向转动而设计了换向器。
在研究液体热胀冷缩性质时，如何感知温度升高，液体体积会增大的事实，依次设计图4中的3种不同状态，让学生仔细观察、充分讨论、反复思考，逐步体会液体的热胀冷缩的放大方法，从而理解常用温度计的工作原理。此时，出示世界上第一支温度计——伽利略温度计，让学生认识到发明无处不在，小发明、小创造大有可为，从而坚定发明创造的信心。
苏霍姆林斯基说：学校中心任务之一就是培养道德的、理性的、审美的、高尚的情感。科学演示实验教学也应通过多种途径培养学生正确的、美好的、纯真的、积极的情感，激励学习的积极性和主动性，增强思维的主动性和创造性，培养科学素养。
参考文献
[1]朱清时.义务教育课程标准实验教科书·科学[M].杭州：浙江教育出版社，2004.
[2]教育部.义务教育课程标准·科学（7—9年级）课程标准（实验稿）[S].北京：北京师范大学出版社，2001.
[3]朱进有，赵菁.科学思维方法[M].兰州：甘肃人民出版社，2005.