农村初中科学开放式自主实验能力的培养

林黄杨

摘要：培养学生开放式自主实验能力是科学课程改革关注的一个焦点，也是实施素质教育中的一个深层次问题。本文根据传统科学实验的特点和学生以往实验的实际情况，就如何多渠道地培养学生的开放式自主实验能力作粗浅的探索。

关键词：科学实验；开放式自主实验能力；培养策略

中图分类号：G632.0 文献标识码：A 文章编号：1992-7711(2014)07-0071

全国展开新教材实验，玉环也已成为第三批新教材实验区。新教材的设计新颖，生活化气息浓，实验设计图文并茂，探索性强。但传统意义上实验多为“验证型”的概念，实验被异化为“照方抓药”。因而使人产生“实验仅仅是一种手段”、实验是为教学“服务”的错觉，而忽视了科学实验所蕴涵的思想性、发展性、探索功能。特别是当前有些农村初级中学实验配备相对滞后，仪器陈旧。这些因素的存在，也为传统科学实验的生存提供了肥沃的土壤。传统科学实验的存在导致了学生在实验过程中产生了以大容量、机械化操作替代了探索性操作的倾向，使学生对实验探索性的思维培养、创造性思维的培养、智力的开发与能力的提高受到了很大的限制。尤其是农村初中学生信息闭塞，实验基础设施简陋。在此基础上进行的传统科学实验，更是大大限制了农村学生的创造性和探索性思维，也不适应社会的发展和需求。因而在农村初中开展科学开放式自主实验的开发和研究具有很重要的意义。

开放式自主实验是指实验中减少指令，提供学生独立思考，积极探索，从多方面多角度自主探求的实验。充分发挥学生的才智，不断地进行实践、创新。另外，开放式自主实验面向每个学生的个性发展，尊重每个学生的特别需要。实验活动方式等多方面都具有开放式自主的特点。尤其在农村初中研究开放式自主实验，可以在克服农村中学实验设备简陋的基础上，培养农村学生进行独立思考积极探索的能力。开放式自主实验，鼓励学生从多角度、多方面的探索实验，促进学生在实验中培养自主探索精神、创造性精神。农村初中学生毕业后，有相当一部分学生回到农村第一线，直接为当地的经济发展服务，他们是否具有科学素养，是否具有创新精神，将直接影响农村的发展进程。

为了明确学生传统实验中主动参与性和思维品质情况，采用问卷形式调查传统实验的情况，下表即为调查表：

开放式自主实验问卷调查表

1. 对于科学课堂教学实验你喜欢哪一种实验方式？()

A. 教师单独演示B. 个别学生参与演示C. 分组实验

2. 在学习过程中遇到疑问你如何解决？()

A. 查资料B. 问老师 C. 通过实验来解决

3. 在做分组实验时，你喜欢按怎样方式进行？()

A. 照方抓药(按设计好的步骤机械操作)

B. 自主设计，自主完成

4. 请任选一个任务进行设计实验。(1)请设计实验证明二氧化碳密度比空气大。(2)请设计实验来说明如何用水来做一面凸透镜。

5. 试一试请把直尺放在桌面上，用一只手按住直尺，并使直尺的大部分伸出桌面，以保证伸出桌面的直尺能够震动。

改变伸出桌面的长度时，发生了什么变化？

当你耳朵贴近桌面时，声音发生了什么变化？

通过本次开放式自主实验问卷调查，在问卷第一题中选Ｂ、C的学生占70%，在问卷第三题中，大部分同学都选择自主设计，自主实验。这说明在学生的心底有着强烈的自主实验的愿望。而在第四题和第五题的问题的做答中可以发现绝大多数的同学自主实验的能力是很弱的。因此，在农村初中实行对科学开放式自主实验能力的培养很有必要。

一、开放式自主实验类型

1. 让学生参与“演示实验”

(1)演示实验是科学教学中常用的直观教学手段，它能使学生加深记忆，便于学生理解和掌握。教学中教师除了要重视演示实验的直观性和操作的规范外应注意以下几点：

科学实验基本操作学完之后，一些简单的演示实验应让学生参与动手操作。初中课本中，多数演示实验的操作都不太难，在教师的指导下完全可让学生自己去做。如在学习二氧化碳的实验室制法时，，由于学生已具备了实验室制取氢气和氧气的基础，在引导学生分析完实验室制取二氧化碳的方法后，笔者就放手让学生进行实验操作，教师细心观察学生的操作并做个别指导。这堂课学生学习积极性很高，比笔者在讲台上演示，学生只观看的效果要好得多。再如学习《溶液》一章时，概念多，条件多，学生不易理解和掌握，对进行溶液计算的教学造成很大困难。针对这一点，笔者采用了让学生参与演示实验的教学方法：凡有关概念和计算的实验一律让学生动手去做，教师只是恰当的引导学生分析，使学生掌握概念的内涵和外延及规律。由于是学生自己发现的规律，所以理解掌握得比较深刻，产生了良好的教学效果。

另外，对一些较难操作或有危险性的演示实验，如一氧化碳还原氧化铜的实验，由于一氧化碳有毒，又是可燃性气体，在实验过程中如果操作不当很容易出现危险。这种实验可让学生在教师的精心指导下进行或不让学生进行这些操作。但是，为了更好地让学生掌握知识，我们就要创设条件将实验改进然后让学生去做。笔者在讲一氧化碳的还原性时，为了进一步加深学生对一氧化碳还原性的认识，笔者将一氧化碳和氧化铜反应进行改进并指导学生做了以下实验：先说明在酒精灯的内焰和焰心处，由于酒精跟空气接触不充分，酒精发生不完全燃烧生成一氧化碳。然后指导学生将钢丝在酒精灯外焰部位加热一会儿后，趁热移至酒精灯的内焰或焰心处，观察铜丝表面颜色的变化(现象为铜丝在外焰加热时表面由亮红色变为黑色，移至内焰或焰心处又变成红色)，并解释原因。这就使学生牢固地掌握了一氧化碳的还原性。

(2)要注意做对比实验。演示实验中除了要注意排除干扰因素外，还要注意灵活运用对比的方法，做对比实验。如在演示泡沫灭火器原理的实验时，笔者先向吸滤瓶中注入1/3体积的水，然后倒转，学生观察到：水很难从侧管流出。然后取下瓶塞，将水倒出，再加入碳酸钠浓溶液，放入盛浓盐酸的小试管，盖好瓶塞迅速倒转。学生观察到从侧管喷出大量的泡沫。这样一对比，学生自然容易想到：瓶内的压强增加了，从而得出“瓶内两种物质能相互反应，短时间内产生大量气体”的结论。另外，氢气、木炭、一氧化碳的还原性实验；实验室制取氧气、氢气、二氧化碳的实验等都具有很强的对比性，在学完这些内容后，应重新演示一遍，引导学生进行对比。这样，不仅能使学生更加牢固正确地掌握这些内容，且在无形中也学会了一种好的学习和研究方法——对比法。

2. 分组实验和边讲边实验

(1)灵活恰当地采用分组合作实验。不管哪种教学形式都有其优缺点，必须从实际出发，系统地考虑课程的性质和内容特点，灵活适当的采用分组合作实验，让学生在积极、主动、轻松自如的气氛中学习，使学生的个性得到充分的发展。如新实验，如果内容较容易理解的，则可以放手引导学生自我设计，并根据学生设计实验尽可能提供实验器材。小组内组员互相合作进行实验；相互找出实验错误的地方和原因，及时改正；互相小结实验心得，小组长作总结。各组派代表发言，讲述了本组中存在的疑问或主要错误的地方。教师则根据这些信息作指导和总结。发挥了学生的实验操作能力。如果实验内容较抽象，难理解，则引导学生通过小组合作，通过动手操作，动口讨论，动脑筋想办法去解决、理解新实验。在教师适当的引导下，让学生以小组为单位，发挥集体的智慧去探索新知。让每一个学生的聪明才智在小组中表现，让学生相互学习，相互启发，最后取得共识，设计实验步骤。在此基础上，教师根据学生自学的情况，引导学生从不同的角度，不同的思维方式去理解实验，加强对实验的认识。然后再引导学生利用实验解决实际问题，进一步巩固了实验，在实验中不断成长。

(2)推行“开放式主题实验”。很多学生在做完某个实验后还“意犹未尽”，又想新的“名堂”，但苦于常规安排，不知不觉中失去了再实际和再发展的机会。所以有必要推行“同主题扩展实验”活动。具体办法是：在某一“学生实验”做后的一周内，围绕该实验主题，由学生进行适当扩展，并填好《主题实验扩展申请表》，经教师审批后，与实验室联系，安排时间进行实验。

(3)做好实验安排，放手让学生自主实验。做好实验安排，既要考虑实验时间，又要考虑实验内容，时间的安排要与实验册上实验配合，要根据学生掌握的知识和具备的能力的实际情况来安排实验，因为充分准备是实施“自主实验”的根本保障。

学生要有熟悉实验册上实验操作的充分时间，特别是对在基本仪器使用更要熟悉。学生在实验前要见到仪器，因此教师要一方面通过开放实验室让学生认识仪器，另一方面必须让学生事先要求提供的哪些器材实验做好充分的准备。如：天平、螺旋测微器、电表等的使用，经过多次实验的重复出现，学生就能逐步熟悉，懂得其中的奥妙，达到应用自如。实验前要达到明确实验目的、内容、原理、方法以及注意事项等，预习做的好，在实验中获得的体会就较为深刻，最关键的、最本质的问题也才能领会得更深刻，并且还可能发现新的问题。

自主实验要注意加强师生之间、学生之间的合作，在和谐愉快的气氛中，尽量调动学生进行实验的主动性和创造性。爱因斯坦曾经说过：“提出一个问题往往比解决问题更重要，因为解决问题，也许是一个数学上或实验上的技能而已，而提出问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，都需要有创造想象力，而且标志着科学真正的进步。”故在实验中，要学生善于发现问题与提出问题，探索问题与解决问题。例如：学生提出改进实验或设计新的实验，以探索新的问题；要针对学生实验操作的情况及提出的问题，提出补充问题。要求学生回答或者再做某些补充实验操作，要当面对每个学生进行实验讲评以及成绩评定，指出学生掌握知识和实验操作、实验修养等方面的优缺点。

3. 推行“研究型小组”式的自主实验

对于一些有志于科学学习和研究的学生，上面的实验难以满足其要求，因而要结合“研究性学习”和学生实践活动，组织“研究小组”，试行“亚研究”式的学生小组自主实验活动，实验活动实行申请审批制，学生4人一组提出实验项目，填写申请表，教师审批后，每组中分成两小组进行实验提高报告。实验后，由教师组织讨论、交流，以共享实验成果。

“研究性小组”式实验是一种以小组为单位，通过分工协作、互相交流、综合概括，从而获得知识的过程。在这个过程中，有学生独立思考和操作，而且有学生之间的信息交流和竞争，更有学生之间的互相帮助，互相学习。因此，学生不仅在知识上，而且在情感处；在合作技能，互相理解尊重、宽容，以及互相学习等方面都得到提高。

由于我们所要研究的问题，需要通过实验来完成。这就需要在小组合作实验的过程中，每个人每个小组在自己组内都要承担一定的任务，并且要分工明确，目标一致。在这个多元互动合作研究过程中始终有一个主旋律，那就是个动与小组不断转换进行，个人与小组不断共同提高，共同发展，这就必须体现在一个项目的小组合作研究中，针对发现问题、提出问题、探索问题、解决问题、体验问题等。

二、开放式自主实验的意义

1. 学生对科学实验的兴趣得到了提高

经过一年的开放式自主实验的实施，学生对科学实验的兴趣有了很大的提高。除了科学实验本身的特点外，我们所采用的“学生参与实验”，“分组实验”等形式的实验，尤其是让学生“全权负责”演示实验的演示。学生都表示出了很大的兴趣，争先恐后的要求自己来演示。因为在每次演示时教师给予学生很大的“自由空间”。学会上的实验压力没有了。实验素质得到了很好的培养。即使是成绩差的学生，也很能积极的参与演示。因为这种形式的实验对动手能力的也往往大于对知识的要求。另外学生分组实验中，“逃脱”了实验册的束缚，可以自行设计实验步骤，并能在实验中很好的渗透自己的思想。无论最终实验是否成功，学生做的是“自己的实验”。且实验后不断反思和总结，并最终获得成功。在“任务型”实验中，给出一个需要验证的问题，由小组自我设计实验方案。小组成员在“自由空间”中，通过相互合作，不断探究，最终在实验中解决了问题。体会到了成功的喜悦，从而也提高了学生对实验的兴趣。

(1)通过对各类科学实验设计，不断提高了学生的思维能力。从科学实验设计能力的特点我们可以看出，实验设计是一个从认识到实践，在实践中提高学生的思维能力的过程，它具有如下的作用：

①实验设计可以激发学生的探索兴趣

学生根据所学的生物知识和实验技能，独立地或在教师的指导下设计出实验方案，成功地解决了问题时，会产生成功后的喜悦，会激发产生对知识追求的一种深层次的动力，并上升到探究实验的兴趣。

②实验设计可以培养学生的创新精神和实践能力

实验设计本身就是一个综合运用所学知识和技能构思解决问题方案的过程。在这个过程中，可以从不同的角度、不同层面，采用不同方法进行设计，其中必然蕴涵着对学生创新精神的培养和训练。如针对“酶具有催化作用”这个设计主题，由于题目没有说明使用何种“酶”进行设计实验，学生分别采用熟悉的酶如植物淀粉酶、唾液淀粉酶等来设计实验，形成了不同的设计方案而得出相同的结论——酶具有催化作用。

另外，实验设计不是凭空想象、主观臆造。在进行实验设计时，要考虑设计方案的可行性和可操作性，从该点上来看，无疑也是对学生实践能力的培养。

③实验设计可以强化学生的科学素质

学生运用生物知识和技能进行实验设计的过程中，必须对设计问题的每一个环节、每一种手段细致地分析研究和综合地比较，这有助于学生形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学态度。同时在进行生物实验设计中，学生除了应具备一定的生物知识和实验技能外，还需要掌握各种科学方法，如观察、记录、资料整理、数据分析、归纳总结、形成结论等，这对于培养学生运用科学方法解决实际问题有很好的促进作用。

④学生具有了自主实验的能力和习惯

通过开放式自主实验的研究，学生具有了自主实验的能力和习惯，发现问题、分析问题和解决问题的能力提高了，动手能力增强了，许多问题可以由学生自己通过自学和实验得到解决，教师则把精力放在重点、难点问题上，引导学生去攻坚。随着自主实验能力的提高，学生做实验的速度加快了，使教学进度得以加快，“注意创新精神和实践能力的培养”得以进一步落实。总之，培养学生自主实验的能力，不仅仅是提高教学质量的重要措施之一，更重要的是实施素质教育的问题，是培养人才的问题，是民族创新的问题，理所当然应该引起我们的重视。

2. 开放式自主实验中教师应具备的作用。通过对开放式自主实验的研究，我们发现教师应具备以下几点作用：

(1)教师要协调实验中的各种关系，创设良好的实验气氛，调动学生的实验积极性采用“分组实验”，教师必须先分配好小组的成员，小组长，小组组员的分工等，同时要协调好小组内学生之间、小组与小组之间、教师与学生之间的关系，必须从有利于学生全面发展的着眼点出发，有目的、合理地分配小组成员，选择恰当的组长。应该做到使小组内有一种团结协作的精神，有一促进互相信任，互相学习，大胆、公平竞争的气氛。小组与教师之间应该有互相信任，平等交往的关系。前苏联霍姆林斯基曾说过：“只有学的好，才能好好学。”因此，这要求教师发挥主导作用，协调好实验中的各种关系，创设良好的实验环境，尽可能提高实验的效果。

(2)教师必须要具备较高的实验素质。首先，当小组设计好实验方案上交教师审核时，只有具备了较高实验素质的教师，才能对各种实验方案进行审核。如哪些小组的实验方案具备可行性，哪些实验小组方案可行性较差，哪些实验小组方案中提到的器材实验室需补充。哪些实验小组方案不具备可行性。如有一实验小组提出如下实验方案来研究二氧化碳密度大于空气密度：

在此申请表中我们发现，实验设计步骤中的第二步把二氧化碳注入气球这一操作，对于仪器的要求很高。而且操作起来难度很大，教师应给予慎重审核，这就要求教师具备对实验操作具有高度把握性，要求教师的实验素养不断地更新。

三、存在的问题

1. 有些学生在开放式自主实验过程中，由于意志品质不坚决，自制能力差，做事有始无终，丢三落四，在实验中主要表现为：实验用品、材料乱放乱丢，实验结束后不清洁整理，实验报告不及时填写，不能养成良好的实验习惯。对于这些学生，在实验时要进行“人盯人”战术，迫使其“循规蹈矩”；实验结束后要适时提问，引起思考，达到培养分析和解决问题能力的目的，养成始终如一的实验习惯。

2. 有些学生往往在实验结束后把完成一个“实验报告”当成一个实验的终结，而所谓的“实验报告”也仅仅是流于形式，抄抄写写。写一些化学方程式，写一些实验现象就完事大吉，根本没有在实验中反思和体验。这样，学生做完实验在短期内就会把实验原理、操作流程忘得一干二净，使实验收效甚微。

3. 实验器材无法充分保障。在学生所设计的实验方案中涉及到的器材，实验室往往很难提供。因为实验所能提供的器材是非常“正统化”的器材，而开放式自主实验中所需要用到的器材，往往是“边缘性”的器材。这给实验带来了很大的难度，时下还需在器材上进行拓展和延伸。