核心素养理念下初中科学实验教学优化策略研究

蒋建峰

◆摘  要：随着广大教师不断剖析教学现状，探究教学实施的各种最优化方案，越来越多的教学工作者纷纷使教学主体回归学生，教学过程注重学生活动，提出一系列以学生活动作为教学主线的新课堂模式，本文将关注的焦点置于教师较少关注的科学实验创新改进方面，结合多年实验改进研究心得，从优化方面出发，力求最大限度完善科学实验，发挥实验的巨大潜能，激发学生探究科学的兴趣，培养学生严谨的思维方式，更好地提升科学教学质量。

◆关键词：核心素养;实验;优化

一、研究的背景

1.新课标对科学实验的新要求

初中科学是一门以实验为基础，初步认识自然现象，自然规律，以人和自然的关系为中心，以物质结构、性质和运动规律为基本内容，并注重科学、技术与社会的相互渗透，密切联系实际的一门综合性课程。

新课标下的教学更加强调学生在教学活动中的主体地位，而科学教学则更突出以实验为基础，激发学生兴趣，培养探索自然、改造自然的科学方法，通过学生提出问题、分析问题、探究问题，了解知识的產生和发展过程，最后解决问题，从而实现知识技能的学习，科学方法的启蒙，以及情感、态度和价值观的培养。

在大力倡导德育为核心，创新精神和实践能力为重点内容的素质教育的今天，针对科学的学科特点，广大一线教师在课堂教学改进、作业布置改进、作业批改及评价改进等方面都已经做了许多研究，也取得可喜的研究成果。相比之下，有关科学实验的研究和改进却因为种种原因，取得的成果远比其他方面来得小。

2.课堂新范式下科学实验的现状分析

作为科学的基础——实验，在初中科学的教学中实验大致可分为三类，演示实验、学生实验和课外实验。三种类型的实验相互配合、有机结合在科学教学中已经发挥了很大的作用，然而因种种原因，科学实验也面临着许多问题，限制了其更大功能的发挥，具体表现如下：

（1）教师在课堂教学中，为组织学生观察、思考而进行的演示实验，能克服许多外在因素的干扰，在较短时间里很好地演示实验操作的方法技巧，展现实验现象，培养学生观察实验、分析实验的能力，并以此为基础很好的促进知识的传授。但由于演示实验自身在设计、操作、实验程序等方面因素的限制，使得其很难充分发挥实验的功效，实现新课标对科学实验教学的要求。再加上部分学校实验设备、上课时间限制等方面的影响，出现了一部分老师以多媒体视频、动画代替演示实验的情况。

（2）学生实验往往由老师指明做哪个实验，然后规定怎样做或按照实验册上的实验步骤来完成实验，有的时候甚至是由老师做一步，学生跟着做一步，更有的时候甚至是按中考实验指挥棒来做串联式的复习实验，这些本来应该是学生主动去做的实验变成了老师在做实验而不是学生在做，或者变成老师叫他去做而去做实验、还或者是为了知识的掌握和巩固做实验、为了技能的熟练和应用做实验、为了证明某些事实做实验，这样长此以往就失去了学生到实验室做实验的意义。而在学生实验中也存在着许多问题。如有的学生由于实验操作的不规范或者不合理造成实验仪器的损坏;有的学生进行实验活动只是因为老师要他们去做，做实验的积极性不高。

（3）为实现新课标提出的要求，培养学生主动探究的精神以及解决实际问题的能力，使学生的个性得到张扬，培育出具有创造性的人才，广大一线教师纷纷将探究活动作为课堂教学的重头戏，然而，如何让学生能在课外提出问题，利用所学的知识分析问题，并利用课外实验探究问题，最终得出结论。有些学生在进行课外实验时往往会因为实验材料缺乏，实验仪器没有而没法做，又不知道可以将实验改进后用一些日常生活中常见的物品代替该材料，这样往往会使本来学习能力很好的学生无法进行实验，进而影响学生科学教学目标地更好完成，影响学生的学习效率。

二、理论依据

1.依据现代教育理论

教师和学生是教育活动中的两条基本要素，学生是学习活动的主体，教师必须以调动学生的主动性、积极性为出发点，使学生由要我学变为我要学，促使他们自己去获取知识、发展能力，做到自己能发现问题、提出问题、分析问题、解决问题。而科学实验优化设计的本质就是尊重学生的主体性，调动学生学习的主动性和积极性，给学生个性发展提供良好的空间，使教师的外因和学生的内因真正得到最佳组合。

2.依据学生认知结构理论

教师不能把学生教成一个活动的书橱，而要去启发学生主动求取知识，教学生学习如何从求知过程中去构建属于自己的知识体系。因此，学习是自主性的活动历程。学生实验的有效性也是建立在学生自主参与的基础上，它为学生提供更多发展、探索、创造的时空，让每一个学生公平地拥有最大程度的发展空间，激活各科学习的知识储存，获得亲身参与和探索的积极体验，培养学生探究的能力。

三、课题研究遵循的原则

1.创新原则

根据新课程标准中新的实验理念和新的实验内容，要求我们在进行科学实验时，要遵循创新的原则，培养学生提出问题、思考问题、研究问题、解决问题的能力，加强对学生的创新能力的培养，使学生具有较强的创新能力和自主学习的能力。无论是对书本上已有实验的优化，还是为探究未知问题而设计的实验，都更需要广大教师和学生充分利用创造性思维，开创科学实验的新局面。

2.生活化原则

新课程标准对科学实验的简单化、生活化、趣味化有了更高的要求，这也要求我们在进行实验改进时，必须要遵循生活化的原则，使科学实验变的更接近人类生产生活，更加简单易懂，更有趣味性。使实验真正成为学生体验生活的渠道，让学生从生活中来到生活中去。

3.人本原则

新课程标准中科学实验强调学生的自主学习、实验，把科学实验与学生科学素养的培养有机结合。这就要求学生能自己提出问题，猜想和假设，制定计划进行实验，收集证据，解释与结论，反思与评价，进行表达与交流。把学生动手做放到了第一位，强调学生要自己动手做实验，培养学生进行科学实验的能力。这就要求我们在进行实验改进时要强调学生的动手做，培养学生的实验操作技能。

四、概念界定

1.核心素养

学生核心素养是个人生活和适应社会所需要的必备品格与关键能力。素养是品格与能力之和，更强调后天培养的结果。品格是个人回应人生处境的方式，主要表现在人与人之间、人与团队之间是否具有良性互动。而能力的本质是面对一个环境（主体之外的）的个人适应性行为，包括知识、基本操作等低阶能力和计划、执行、检查、反馈、调整等高阶能力。

2.实验创新优化

核心素养理念下的实验优化，区别于传统科学课堂实验，不以完成实验任务为唯一目的，而是注重调动学生积极性，充分挖掘学生实验实践的潜能，将所学知识应用于如何设计实验，达到教学目标。而课堂新范式下实验创新优化则结合课本原有实验，根据学生实际情况、学校实验资源现状、课堂现有条件等因素，最大限度发挥教师创造性，改进完善原有实验，或者创新性的发掘日常生活用品和实验仪器的潜能，设计新颖实验，使之能更简洁清晰体现科学原理。从而实现实验展示科学实验现象、简化科学知识、再现科学情景、降低理解难度、提升学生动手能力等目的。

五、实验创新优化策略研究

1.优化实验设计，简明扼要突出事物本质

《科学》（浙教版）教材中有部分实验在设计时没有充分利用实验室的各种器材，出现个别实验在设计中目标不明，设计的实验过程弃简从繁，无法让学生在课堂上第一时间领悟实验想要阐明的科学原理。

如第三册第一章第5节，为了证明空气也能对浸在其中的物体产生浮力，教材设计了一个实验，然而在实际的教学过程中却难取得理想的效果，分析原因有三：①按教材所设计的实验，由于杠杆被一根穿过其中间的螺杆固定，增加了杠杆旋转时受到的阻力;而氣球充气后受到的浮力又很小;同时外在因素风等对实验现象干扰很大。综上因素，使实验中杠杆较难有一个明显的转动，不利于预期实验效果清晰地展现给学生。②对于初二的学生，思维推理能力还比较有限，即使实验效果明显，本实验方案也不利于学生在学习新知识时快速想到这是由气球受到空气浮力而引起。③在教学中，由液体能产生浮力进而学生很自然的会提出问题——“空气是否也能对浸在其中的物体产生浮力？”作为一个实现新课标教学目标的绝好机会，探究“空气是否也能对浸在其中的物体产生浮力？”多年的教学经历总结后认为，学生更能想到用氢气球来证明空气也能产生浮力。

优化方案：在学习“液体能对浸在其中的物体产生浮力”之后，引导学生自己设计实验（学生设计出氢气球上浮实验后，教师打开原先准备好的纸箱，让其内的氢气球上浮），以探究的方式学习气体产生浮力。如果学校条件允许，教师可以先在实验室制备好足量氢气，然后用一个大针筒储存，在学生设计完方案后可以动手将针筒中氢气推入气球尝试着感受空气浮力对气球的影响。

之后再循序渐进地展现教材设计的实验，同时为求实验效果显著，将螺杆固定杠杆改为用细线在中间位置悬挂杠杆，并且往篮球中充入尽可能多的气体，实现气球体积膨胀的最大化，最后再让学生分析产生此现象的原因。

2.优化实验设备，力求更好地展现实验现象

《科学》教材中许多实验在构思上很有典型性，如能按教材设计取得预期的实验效果，确实能非常突出地展示知识本质。然在设计时对实验的效果过于理想化，再加上现实教学中实验仪器老化等，使得实验现象不明显，影响学生对实验分析，削弱教学效果。

如第三册，第四章，第三节《物质的导电性》中，为验证绝缘体能在一定条件下变为导体，设计了将玻璃烧红时能导电使得二极管发光。然在实际课堂上却较难看到二极管有明显发光现象。分析实验弊端：①在实验中，玻璃烧红后虽已经由绝缘体变成导体，但这种导体的电阻依然很大，使电流很微弱;②导线和和玻璃之间的连接采用捆绑式，虽在实验中努力使两者接触紧密，但由于材料的关系，连接处电阻仍较大;③发光二极管在正常工作时发出的光本身就较弱，不易被后排的学生看到，现在有碰到电路中连接有电阻很大的玻璃，致使电路因电流太小更加影响发光二极管的发光效果。综上原因，玻璃变成导体后，电流有电流的现象较难被学生轻易观察到。为此，通过将实验仪器改进从而使玻璃能导电变得更直观明显。

实验优化：为减小电路电阻，用去掉灯丝的白炽灯灯芯代替玻璃，同时将连接在玻璃上的导线改为焊接到灯芯上;另一方面，适当加大学生电源的电压。以上两种途径能一定程度上增大电路的电流，但总体而言，流过的电流仍较小，为能更好展现电流的明显增强，将发光二极管改为灵敏电流计。

六、科学实验创新优化的效果分析

1.有利于学生在实验中自主发展

由于科学实验优化设计后，实验完全由学生自己查阅资料，自主准备实验，老师只是在旁边协助，实验原理即实验设计也完全由学生自己来设计，有利于学生个性的发展，增强学生的思维能力，以及创新能力和自主能力的提高，使实验改革真正符合新课程标准的要求。

2.有利于学生融入到学生实验中

科学实验优化后，学生进行实验活动变得不是因为老师要你做而去做，而是因为学生自己喜欢做实验，是学生自己对实验感兴趣。学生可以把自己的思想融入到实验中去，实验变成了学生生活的一部分，使学生能够真正融入到实验中去。

七、结束语

实验在科学教学中的地位毋庸置疑，其基本要求如下：一要紧扣教材，二要有启发性，三要力求明显、直观，四要力求简单、可靠。然因各种原因无法做到各个实验在课堂新范式中操作和效果的尽善尽美，以上这些科学实验创新优化方案是本人在教学实践中的一些初步探索，运用于教学实践中已取得了良好的效果。当然，方法无止境，在我们面前还有更长的路要走，行动起来，去掌握一些方法、规律，这无疑是为我们打开了方便之门，对提高课堂效率，培养学生科学探究能力应该是行之有效的！

参考文献

[1]卢义刚.重视比较思想 提升思维能力[J].物理教师，2020，41（04）：26-29.