科学实验探究型拓展课的实施策略

朱晓明

摘 要：在省厅文件的引导下，各校充分利用学科特点并结合学校实际情况积极开展各类拓展课。根据科学的学科特点及学生的实际学情，分别从联系生活情境、联系科学教材、联系科学史三个维度阐述科学实验探究型拓展课的开发，旨在培养学生的学习兴趣，拓展学生的知识面。

关键词：实验探究；拓展；创新；科学史

一、研究背景及现状分析

教育要适应社会日新月异的变化，课程改革势在必行。为进一步加快基础教育发展，提高学生的核心素养，浙江省教育厅于2015年下发《关于深化义务教育课程改革的指导意见》，文件提出在原来的基础课程的基础上，学校应积极开设拓展性课程，使学生在知识类、艺术类方面得到拓展提升。

在省厅文件精神的引导下，各校的拓展性课程迅速开展起来，如：趣味国画、民族文化、创意工艺、电刊编辑、风荷舞蹈、快乐足球等等，面对如此丰富的课程，学生的学习热情空前高涨。在运动场上能看到学生朝气蓬勃的身影，在音乐教室能听到学生优美的歌声……

可在如此热闹的情境下也存在一些不和谐的画面，如生命科学、应用物理、趣味化学等知识性拓展却无人问津。造成这样的现状，笔者认为有以下几方面原因：

第一，有些教师对知识性拓展的理解存在偏差，单纯地认为就是知识的训练。在他们的拓展课上就是不断地做题、讲题。将拓展课上成了复习课，这样的拓展课无法有效拓宽学生的知识面，激发学生的学习兴趣。

第二，有些教师能根据自己的特长及爱好开展拓展性课程，但起点较高不利于学生拓展。这样的拓展课让学生感到困惑，不利于学生自信心的提高，也不利于激发学生的兴趣，这样的拓展课自然也得不到学生的青睐。

可见，科学拓展课的开发仅凭教师的个人想法是无法真正达到拓展学生知识面，激发学生学习兴趣的目的的。因此要想开设一堂成功的科学拓展课必须从科学的学科特点及学生的实际学情出发。由于科学是一门生活化的学科，科学最大的特点就是通过实验探究引导学生认识科学本质。又由于初中生的心理特点不够成熟，因此也需要用实验来吸引他们对学习科学的注意力，培养学习科学的兴趣。另外，初中生的抽象思维能力还处在初步发展阶段，因此更需要用实验为他们科学抽象能力的培养搭建桥梁。综上所述，笔者认为通过开发科学实验探究型拓展课，达到拓展学生知识面、激发学生的学习兴趣是具有可行性的。

二、实施策略

（一）联系生活实际，开发情境化实验

1.开发情境化实验，感受科学就在身边

科学来源于生活，各种生活情境中都蕴含着科学原理。作为科学拓展课，更应该結合生活并通过一些生活化的情境分析，让学生感受科学就在身边。随着人们生活水平的不断提高，许多的餐饮商家为了能吸引顾客，菜品不断推陈出新，下面就让我们一起探究这些美味佳肴背后的科学原理吧。

情境一：纸锅饭的原理

在一个纸盒子里放上水，然后用酒精灯对这个纸盒进行加热，直到水烧开，观察纸盒子会不会烧起来。先让学生思考，然后请学生动手实验。学生惊奇地发现纸盒子真的没有烧起来，那是为什么呢？这时课堂气氛开始活跃起来，有同学认为“纸要是烧起来，水就会把火浇灭”。是否真是这样的？下面再提供给学生以下信息，酒精灯的火焰温度大约为600℃，普通纸的着火点约为130～250℃，而水在标准大气压下的沸点为100℃。有了这些信息再结合沸腾的特点，学生就能很好地解释纸锅饭能把饭煮熟而纸不会烧着的原因。由于纸吸收的热量传递给水，使水的温度升高并达到沸点，水在沸腾时仍要从锅底吸收热量但温度保持不变，从而使纸的温度达不到着火点。

情境二：石爆猪肝的原理

课前学生通过各种途径的查询对于这道菜的做法已经有所了解，但是对于油中煮沸的石头是否真能把猪肝煮熟，学生心中仍是将信将疑，为此我引导学生设计如下的情境实验。

将铝箔纸铺在盘子上，然后将切好的猪肝薄片铺在铝箔纸上，再将洗干净的鹅卵石放入油锅中煮沸，然后捞起石头迅速放在猪肝薄片上并进行适当的搅拌。同学们惊奇地发现猪肝瞬间被石头煮熟。通过实验演示能够很好地让学生认识石爆猪肝的科学原理。油锅中煮沸的石头温度高、内能大，当它与猪肝接触的过程中，由于热传递将热量传递给猪肝，猪肝得到热量，内能增大温度升高，就这样被煮熟了。

基于学生生活的体验，通过开发这两个情境化的拓展实验让学生体验了美食中蕴含的科学原理，感受到科学就在身边。这样的科学实验拓展课对于培养学生观察生活的能力，提高学习的兴趣，提升学生的核心素养有积极的促进作用。

2.开发情境化实验，拓展学生知识面

光是一种神奇的物质，太阳光不仅可以给我们带来光明，而且还能为我们人类做很多有意义的事。对光学的学习，学生的兴趣是很浓的，经过七年级下第二章第四节《光和颜色》的学习，学生已经知道看清物体是由于光反射进入我们眼睛所形成的像以及透明、不透明物体颜色的成因。基于学生已有的这些科学知识以及学生的生活体验，笔者也专门开设一节“相机中的科学”为主题的情境实验拓展课。

情境一：探究相机的成像原理

关闭教室电灯并拉上窗帘，用关闭闪光功能的手机完成一张自拍照，然后打开电灯和窗帘再完成一张自拍照。通过实验学生发现第一张自拍照全黑，第二张自拍照正常，进而引导学生分析原因。第一张自拍照在黑暗条件下拍摄，没有光线照到身上，所以就没有反射光线进入相机。第二张照片有光线照到身上再反射到相机就形成正常的照片。

学生通过这两张自拍照的对比发现相机的成像原理是由于被拍摄的物体发出或反射的光线进入相机而形成的，反之没有光线或很少光线进入相机则不能成像或成像较暗。

情境二：探究滤镜原理

打开手机的相机功能，让学生将不同颜色的透明塑料片紧贴手机摄像头并完成拍照。通过实验学生发现将绿色塑料片贴在摄像头前拍摄的照片呈绿色，将蓝色塑料片贴在摄像头前拍摄的照片呈蓝色，将红色塑料片贴在摄像头前拍摄的照片呈红色。这是为什么呢？进而引导学生利用已有知识进行分析。由于经过这些塑料片以后进入相机的光线就是对应的单色光，照片上就呈现出与塑料片相同的颜色。

通过以上的模拟情境实验，学生就能明白滤镜的原理是利用滤镜自身的颜色使相应的单色光通过，从而使拍摄的照片也呈相应的颜色。

情境三：探究色彩多变的表演服形成原理

学生在日常生活中发现舞台上的表演者穿着同一套衣服，但在不同的灯光下衣服的颜色也随之改变，学生对此充满好奇心。为此给学生提供手机、不同颜色的塑料瓶和纸衣服，让学生自行探究。首先，学生会打开手机的电筒功能并将塑料片紧贴在电筒前就得到一束单色光，然后将这束单色光照到“白衣服”上。“白衣服”就呈现出与单色光一致的颜色，逐步更换不同的塑料片，学生惊奇地发现“白衣服”的颜色也随之改变。实验进行到此，学生就能很好地解释色彩多变的表演服形成原理是由于将单色光照射到白纸上被白纸反射而形成的。

基于学生对光学的兴趣和对相机的热爱，通过开发这三个情境化的拓展实验，让学生认识相机中的科学。通过实验拓展学生的知识面，开拓学生的思维，激发学生用科学的眼光看待生活中的各种现象。

（二）联系科学教材，开发创新化实验

1.开发创新化实验，拓展学生对知识的理解

由于教学内容和学生个体的差异，科学教学仅仅依靠课堂教学是不够的。科学实验拓展课是日常课堂教学在时间和空间上的延伸。对于一些抽象的难以理解的科学知识，由于课堂时间有限，学生总会存在较大的困惑。如果能将此知识再给学生设计一堂实验探究课，那么能更好地帮助学生对科学知识的理解。

例如，七年级下第四章第三节《地球的绕日运动》一课中，由于课堂时间有限，教师仅能依靠教材、课件中的有关文字、图片及板书方式进行课堂教学，但“太阳高度角”的空间抽象性较强，仅依靠这些方式不利于七年级学生对知识的理解。因此，笔者专门制作实验器材开设拓展实验探究帮助学生理解该知识。

自制器材简介：钉子模拟旗杆，平板模拟地面，板上标有南、北回归线及赤道，手电筒模拟太阳，手电筒可以在半圆环上移动，半圆环模拟太阳东升西落的轨迹，圆环带着手电筒在板两侧的轨道上移动。

活动一：探究同一地点一天内不同时刻杆影的变化规律及原因

实验方案：把钉子放在4处（模拟4处的一根旗杆），将圆环保持在南北回归线之间的某一处不动，将手电筒从半圆的一侧沿着半圆环移到另一侧（模拟太阳的东升西落），观察钉子影子的变化规律。

活动二：探究同一天不同纬度正午太阳高度角变化规律及原因

实验方案：把三枚钉子放在①、②、③三个不同位子（模拟不同纬度的旗杆），将圆环保持在南北回归线之间的某一处不动，将手电筒保持在圆环的中间位置（模拟正午太阳），通过观察钉子影子的变化规律认识同一天不同纬度正午太阳高度角变化规律。

活动三：探究杭州正午太阳高度角年变化规律及原因

实验方案：把一枚钉子放在“杭州”位置，将手电筒保持在圆环的中间位置（模拟正午太阳），将圆环在南北回归线之间移动（模拟太阳直射点移动），通过观察钉子影子的变化规律认识一年内杭州正午太阳高度角随季节的变化规律。

介于学生实际学情结合教材制作了这样一套教具，学生借助自制教具开展拓展实验探究活动，使抽象的空间原理转化为看得见的实验现象，通过实验有助于学生理解太阳高度角的变化，激发学生的学习兴趣。这样的拓展课才是学生最想要的。

2.开发创新化实验，为学生应用科学知识提供舞台

通过科学教材的学习，学生掌握了许多科学知识，并能熟练地运用它们解释一些生活现象。如，制作水火箭是利用力的作用是相互的科学原理，指南针的制作是利用磁化的科学原理，热气球是利用浮力的原理，等等。但是学生对于如何成功制作一个水火箭、指南针、热气球充满好奇，因此我们的科学实验拓展课应该成为学生应用科学知识的舞台。

实验：简单热气球的制作

根据热气球的工作原理：通过加热使部分空气逸出，气球内的热空气密度减小，重力也随之减小，当重力小于浮力时就能飞起来。

课前让学生围绕如何让你的热气球成功升空进行大讨论，大家一致认为应该减轻热气球的自重并增大浮力。接下来提供给学生以下器材：垃圾袋、生日小蜡烛、吸管、铁丝、铁片、火柴、双面胶若干。让学生从以上器材中选择合适的器材制作热气球并让它成功升空。各小组在组长的带领下进行草图设计，并通过小组的协作都能顺利制作好简易热气球。最后进入学生最期待的放飞热气球阶段，如图2所示，有些组的热气球成功放飞，有些组的热气球却不能放飞。这时课堂气氛活跃万分，学生的目光都聚焦在这几个成功升起的热气球上。没有放飞的小组在这种气氛的鼓舞下积极寻找问题排除各种障碍，也成功地放飛热气球。进而引导学生分析原因，学生的回答如下：“我们用铁丝做支架，重力太大就飞不起来，改用吸管做支架就飞起来了。”“我们为了减小带内空气的密度用4支蜡烛来加热带内的空气，导致装置重力过大无法放飞，改为1支蜡烛大大减轻装置的自重就能飞起来了。”“我们选用的垃圾袋太小浮力不够，在装置重力不变的情况下我们改用大垃圾袋增大浮力就成功放飞了。”……

听听学生的分析就能感受到学生通过实验探究已经能够很好地运用所学的科学知识开发创新化学实验。当然成功的背后肯定离不开实验拓展课为学生提供的这个舞台。

由此可见，科学实验拓展课必须以科学教材为基础，否则科学拓展课就是空中楼阁。同时科学教材也要为学生科学拓展提供知识支撑，科学实验拓展课要为学生理解教材知识、运用知识提供舞台。只有将两者紧密结合起来才能更好地激发学生的兴趣，提高学生的实践能力和协作精神，培养学生的核心素养。

（三）联系科学发展史，引导学生认识科学本质

科学是一个开放的系统，科学结论的得出是一个不断被修正和补充的过程。在拓展课中融入科学发展史不仅可以引导学生逐步认识科学本质，还可以使学生体会探索自然奥秘的艰辛，培养学生不折不挠的探索精神和科学态度。

学生学习了光的反射和折射等知识后存在一个很大的困惑，那就是光到底是什么，为此笔者开设了一堂“光到底是什么”的实验拓展课为学生解惑。

实验1：比较小球反弹路线和光的反射光线

在光滑的玻璃板上将小球从侧面以某一角度去撞击光滑的挡板发生反弹，画出小球反弹的运动轨迹。再将一束光沿小球撞击的方向入射，发现反射光线与小球反弹路线基本一致。通过两个路线的比较引导学生猜想光可能是什么。那么学生很快就会想到光可能是由像小球那样的微粒组成的，进而再向学生介绍牛顿提出的“微粒说”，即光是从光源发出的一种物质微粒。

实验2：比较两球相遇和两束光相遇后的运动轨迹

在光滑的玻璃板上将两个来自不同方向的小球进行多次碰撞实验，发现小球碰撞后的运动轨迹都发生改变。依据此实验可以让学生猜想一下两束光相遇后会发生怎样的变化。有些学生不假思索地回答：“两束光相遇后的运动轨迹也会发生改变。”紧接着让学生进行实验，多次实验发现从不同方向照射过来的两束光相遇后互不影响仍能沿原来的方向前进。这样的结果与两球碰撞后的结果不同，再次向学生提问：“光真的是由微粒组成的吗？”此时学生有些不知所措，进而引导学生进行实验3继续探究。

实验3：杨氏双缝实验

如图3所示，将一束光射向白纸上的小孔，再经过后面白纸上开的两个缝，观察光屏上呈现的现象。学生惊奇地发现在光屏上出现明暗相间的条纹。教师再补充介绍此实验就是著名的杨氏双缝实验，根据光屏上出现明暗相间的条纹可以说明光并不是一种粒子，而具备波的特性。光就像声音一样是以波的形式进行传播的。通过实验3得出光的波动说就能很好地解释实验2中两束光相遇后彼此交叉而过仍沿原来的方向运动。

拓展实验探究进行到此学生自感心中的疑惑已经解决。此时教师再抛出问题：你们能解释一下影子形成的原因吗？学生顿时发现用光的波动说却无法解释，有些学生又想到了牛顿的微粒说。那光到底是什么呢？学生进入了激烈的辩论中……

教师借此契机引入爱因斯坦的波粒二象性，此时学生听得茅塞顿开，心中的疑惑瞬间散去。

由于一代科学家的不懈努力，人类的认知在不断地进步。因此在科学實验拓展课中适当地引入科学发展史，让学生了解科学知识的形成和发展过程，将有助于学生更好地认识科学本质，提高核心素养。

三、成效

科学实验探究型拓展课从学生的实际学情出发，经过教师的认真钻研而开设，通过近两年的实践也取得了一定的成效。首先达到《关于深化义务教育课程改革的指导意见》所提出的拓展学生的知识面，激发学生的学习兴趣。其次使学生养成用科学的眼光去看待生活现象的习惯，逐步形成科学探究意识和创新意识。再次，通过科学探究型拓展课的学习使学生的实验设计能力、动手实践能力得到提升，对于实际问题解决能力也得到拓展，进而也使学生的核心素养在实验拓展课中得到提升。

随着拓展课程改革的不断深入，相信科学实验探究型拓展课将获得更大的发展空间，为真正实现拓展学生的知识面，激发学生的学习兴趣，提升学生的核心素养发挥更大的作用。

参考文献：

[1]张红霞.科学究竟是什么[M].教育科学出版社，2003.

[2]丁谷一，孙双金.重建课堂文化[M].北京：教育科学出版社，2009.

[3]励兰英.新课程初中科学说课稿精选[M].宁波：宁波出版社，2009.

[4]易明.普通物理学教程光学[M].北京：高等教育出版社，2004.