探究实验室在实验教学中的应用研究

宋建根

《基础教育课程改革纲要》明确提出：“提倡学生主动参与、乐于探索、勤于动手，培养学生搜索和处理信息的能力，获取新知识的能力，以及交流与合作的能力。”新课程改革的一个重要特征就是致力于学生学习方式的转变，提倡自主、合作、探究性学习。教师在教学中采用自主合作探究教学模式，培养学生自主合作探究学习的能力。

重视探究实验，使学生体验科学研究的过程，注重创设学习情境，激发探究欲望，有计划、有步骤地引导学生学习科学的方法、增强探究能力和养成科学态度。重视实验在教学中的应用，探究实验课应成为学生发现问题、分析问题、解决问题的实践性课程。探究实验教学过程中应重视学生所表现的主动性、积极性、创造性，激发他们变“要我学”为“我要学”，尽可能为学生留有发展的余地，最大限度地满足学生的需要，注重学生个性的养成、潜能的开发和智能的全面发展。

一、问题提出

在新课程理念下，让学生学会学习、重视学生学习能力的培养，成为教育教学改革的一个重要目标。普通高中新课标倡导通过学习的多样化，引导高中生自主获取知识与技能，积极倡导学生“主动参与、乐于探究、勤于思考”。

探究实验室引进现代先进测量技术，基于计算机平台使用数字化技术，是一种融合传感技术、光机电一体化技术及软件技术，完成对物理、化学、生物等学科的探究的实验室。探究实验室系统充分支持新课改下学生进行多方面探究学习的环境，创设一个面对真实事物进行探究的环境。探究实验室可由学生自己设计实验步骤，开展实验，得出结论。显然，探究实验室所进行的实验活动更能体现学生主体性，增加学生的参与度，既有利于学生基本知识技能的形成，又利于培养学生的科学态度和精神。

二、理论依据

建构主义者认为，学习者是在周围环境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部世界的知识，从而使自身认知结构得到发展。建构主义提倡在教师的指导下以学习者为中心的学习，学习者可以通过一定的情境，借助其他人(包括教师和同伴)的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构方式而获得。

建构主义学习理论强调以学生为中心，认为学生是认知的主体，是知识意义的主动建构者；强调“情境”对意义建构的重要作用，强调利用各种信息资源来支持“学”，学生在特定的情境中，运用丰富的学习资源进行学习；强调学习过程的最终目的是完成意义建构，教师对学生的意义建构起帮助和促进的作用，而不是向学生机械地传授和灌输知识。

人本主义心理学教育观的核心和基础是罗杰斯的“以学生为中心”理论，在教学过程中，突出学生的主体地位，以学生为中心组织教学，师生之间应该是一种民主、平等、和谐的关系，以学生学会学习为教学目标。给学生自我管理、自我约束，自主选择学习内容、方式和方法的自由，以学生自学为主、教师辅导为辅，让学生自己制订学习计划、评价学习结果，教师只是学生的引导者和促进者。

三、探究实验室在实验教学中的应用

苏霍姆林斯基说：“人的内心有一种根深蒂固的需要，总感到自己是一个发现者、研究者、探索者，在儿童和青少年精神世界中这种需要特别强烈。”

1.学起于思，思源于疑，创设情境

“学起于思，思源于疑”，培养自主学习意识，它的着力点就是“问题”。学贵有疑，爱因斯坦曾说过：“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要。”探究实验过程就是一个特殊的实践过程，也是一个复杂的思维过程。思维活动由问题的产生开始，问题是学习的起点，问题是点燃学生创造性思维的火花。

所谓问题情境，指的是具有一定难度，需要学生努力克服，而又是力所能及的学习情境。简单地说，问题情境就是一种适度的疑难情境。在学习过程中，难度过小或过高的东西，学生都不感兴趣。只有在学习那些“半生不熟”“似会非会”的东西时，学生才感兴趣而迫切希望掌握它。

例如在学习了CO2的性质后，教师抛出一个探究问题：如何测定空气中O2的含量？学生的思维一下被调动起来了，一“石”激起千层“浪”，学生的思维被激发，疑问随之而生：测定空气中的O2含量可以用红磷吗？要测定空气中O2的含量，如何将O2或N2除掉而不引入新的气体，或引入新的气体又能通过适当的化学反应及时除掉？

学生分小组进行探究实验的设计，通过查阅资料，相互商讨后，各小组交上设计方案。

方案一：实验用品有一根长玻璃管(具塞)，一只配有软木塞(或橡皮塞)的燃烧匙，水槽，酒精灯，药匙，铁架台，红磷(如图1所示)。

图1

方案二：在水槽中固定一只燃烧的蜡烛，注入一定量的澄清石灰水，罩上去掉底的可乐瓶，待蜡烛熄灭，测量石灰水进入的体积。此实验设计降低了实验成本，实验器材易得，更便于学生进行家庭小实验(如图2所示)。

图2

教师先不对方案的是否可行进行评定，而是协助各小组学生准备实验药品和仪器，然后就“袖手旁观”。各小组成员都跃跃欲试，迫切希望本小组的方案是最佳的，所以做实验时，一丝不苟，仔细观察每一个实验现象，认真记录每一个实验数据。虽然实验早有定论，但他们乐此不疲地去探究、去发现、去享受，体验和领悟科学研究的一般过程和方法，这是以往教学实验中难有的。所以学生通过自主探究性实验，自圆课本书刊上的缺憾，自悟难辨知识的真谛，自寻摆脱挫折达到成功的蹊径，自谋解决实际问题的良方。探究性实验更是培养了学生实事求是、科学严谨的科学精神，一丝不苟的科学态度和团结协作的科学作风，从而使学生初步掌握科学的研究方法，形成终身学习的意识与能力。

2.学生需要，激发兴趣，积极参与

学习最终是要靠自己去思考、去琢磨、去领悟。在实验教学中，我们尽可能从学生的需求出发，激发学生的兴趣，营造出动手操作的情境，尽可能让学生动起来，让学生的手、眼、脑、口等多种感官共同参与到实验教学中来。这样既有助于知识与技能的掌握，又培养了学生的动手能力、思维能力和探索精神，满足学生作为个体的人的需要，集中学生的注意力，调动学生学习兴趣，激励学生努力成为一个发现者、研究者、探索者。

我校历年校园科技文化艺术节中都有相应的探究实验项目，如2010年的“火山喷发”探究实验项目。

有小组这样做这个实验：高锰酸钾和甘油发生剧烈的氧化还原反应，放出的热量使甘油着火，重铬酸铵受热后迅速分解生成绿色的三氧化铬、氮气、水蒸气，所以分解后体积迅速膨胀，因为温度较高，气体和三氧化铬像火山爆发一样喷射出来。

还有小组这样做实验：小苏打和醋发生化学反应时产生的二氧化碳气体，产生大量泡沫，外溢并沿着铝箔流到报纸上，实验中外溢的气泡相当于岩浆，瓶口即火山口，而铝箔相当于火山体，报纸则代表地面。

3.实践体验，多元评价，感受成功

心理学研究认为：人们对过去过而且获得成功的事情容易发生兴趣。心理学研究也表明：正确而充分的激励能使一个人自身的潜力发挥80%～90%，而缺乏激励则只能发挥20%～30%。心理学家还指出：人最本质的需要就是渴望被肯定。俗话说：“好孩子是夸出来的。”学生在学习中的重要心理特征之一就是希望教师发现自己的优点并得到激励与肯定。有鉴于此，在探究实验教学中，教师应多给学生一些成功的体验：先从学生感兴趣并且容易入手的探究开始。

例如在探究平抛运动实验中，有的小组提出采用频闪照相法进行(如图3所示)，假若使小球沿桌面水平飞出，用数码录像机来拍摄小球做平抛运动的录像(每秒15帧)并将照片打印出来。问：大约可以得到几帧小球正在空中运动的照片？

图3

也有小组采用径迹法，由图4所示的轨迹怎样计算抛物体的初速度？

图4

学生就去探究，平抛运动的两个分运动为：

学生在自主探究的过程中，教师让各小组展示本小组的探究成果，展示是一种无声的表扬。当学生的活动取得了一定成果时，我们就利用一切可利用之时，一切可利用之地，为学生提供多维展示的空间，让学生在欣赏、品评的过程中达到互相启发、互相学习的目的，并在这一过程中增强自信，获取更进一步的力量。

正如爱默生所言：“自信是成功的第一秘诀。”只有学生建立了自信，才能进一步调动他们学习的积极性，诱发学生的学习兴趣，活跃课堂气氛，增强学生学习的自信心。

4.合作探究，反思总结，提升拓展

探究性学习是一种积极的学习过程，主要指的是学生在科学课中自己探索问题的学习方式。所谓探究式教学，就是以探究为主的教学，是以学生为主体的教学模式，其宗旨是培养创造型人才。而探究性学习更是以“学生为主体”的教学模式，以激发学生自主学习积极性为基础，以培养学生学习研究过程和方法的能力为目标。

图5

在探究“串联电路的总电阻与各串联电阻之间的关系”实验中，提供的器材有：定值电阻R1、R2和R3(阻值分别为2 Ω，3 Ω，6 Ω)，电源(电压恒定但准确值未知)、电流表和电压表各一只，开关和导线若干。

(1)有小组的探究方法是，用如图5所示的电路测量R1和R2串联后的总电阻，然后将总电阻跟R1和R2相比较，得出结论。实验中还应当用R3替换R1或R2进行上述实验，通过多次实验寻找一般规律。

图6

教师抛出问题：如何进行电阻并联的规律呢？有学生说可否用力学中两个弹簧的串并联类比，可以看到两者有相同的规律。

①电阻的并联规律：1/R1+1/R2=1/R；电阻的串联规律：R=R1+R2。

②弹簧的串联规律：1/R1+1/R2=1/R；弹簧的并联规律：R=R1+R2。

以小组合作探究的实验模式，就是学生在小组合作探究实践中发现问题，提出问题，并与教师或同伴分析、解决问题，这种实践反思与交流协作，能够在促进学生独立个体发展的基础上，提升学生整体综合能力。

四、结束语

早在半个多世纪以前，陶行知先生就曾经批评过，“中国教育之通病是教用脑的人不用手，不教用手的人用脑”，正切中我国教育长期以来忽视学生实践体验的弊端。学生只有通过不断“探究性地学”的探究实验，才能更好地掌握和理解知识与技能。通过教师的演示实验，让学生模仿一遍，不如让学生通过探究实验自己去获得知识与技能。给学生提供更多的动手机会，让学生参与更多的探究实验，是学生自身成长的内在要求，也是社会发展对人才提出的基本要求。我们应该充分利用现有的条件，以积极的态度创造条件，按新课标的理念和实验要求，开展探究实验教学，完善探究实验教学，完成探究实验教学，促进学生自主合作探究能力的发展。

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