由实验说理题谈科学实验教学

李娟

[摘 要]核心素养的培养是当前教育界关注的重要话题。科学方法是科学素养的四要素之一，是科学教学的核心，也是近几年中考考查的重点。让学生阐述各种生活现象、实验原理的说理题便应运而生。在中考复习中，教师发现中考对分析科学现象、解释科学原理的思维能力要求并不高，但学生失分严重。究其原因是学生的语言表达能力不足。文章以一道中考题为例，针对学生在解释科学实验现象类说理题时出现的典型问题，反思科学实验教学，认为教师应注意从实验设计、语言表达、演示推理等多个方面进行分析研究，在科学实验教学中提升学生解答实验说理题的能力。

[关键词]中考;实验说理题;科学实验教学

[中图分类号]    G633.98        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）08-0087-03

一、一道中考说理题折射出的科学实验教学问题

科学说理题是以客观真实的现象为素材，需要学生用正确的科学知识（如原理、规律等）、科学语言（如文字、公式、图表等），按一定的逻辑顺序阐述、解释某一科学问题或科学现象的综合性试题，它能考查学生的科学知识、科学技能、逻辑思维能力、语言表达能力，是能考查学生综合能力的一类试题。近几年来，浙江省各地科学中考及期末考试中都出现了不同类型的说理题，多数以解释生活现象和实验原理为主。对于这类实验说理题，学生普遍得分不高。原因是学生对生活现象和实验原理的认识不全面、表述不准确。这样的现状对科学实验教学提出了新的要求。笔者回顾2020年宁波市中考阅卷的经历，对考生答卷中出现的各种典型错误依然记忆犹新。

[例题]（2020年浙江省宁波市中考科学第29题）1852年，法拉第经过深入的思考和大量的尝试，建立了“力线”的概念。他认为在磁极周围充满了力线，依靠力线将磁极间的作用联系起来。他还利用细铁屑把这种所谓的“力线”形象地呈现出来。小科进行了如下实验：①在玻璃板上均匀地撒上一层薄薄的细铁屑。②把玻璃板放在条形磁铁上，观察细铁屑的分布情况。③轻敲玻璃板，再观察细铁屑的分布情况。请回答：

（1）如图1所示为实验步骤③得到的细铁屑分布情况。请你在答题卷对应的位置上画出经过[A]点的磁感线。

（2）实验步骤②中未敲玻璃板“力线”未能通过细铁屑呈现出来，而步骤③中轻敲玻璃板“力线”能通过细铁屑呈现出来。上述原因分别是什么？

该题以法拉第大量尝试，建立“力线”概念的科学史料为素材，以教材中“力线”概念的建立为出发点，要求学生画出磁感线，然后通过力学知识分析力线呈现的原因。该题将力学和磁现象有机结合起来，要求学生运用力学知识和科学语言表述磁现象的形成过程，对学生建立磁感线的概念以及理解磁感线的意义具有积极的作用。精准说理需要学生具备缜密的逻辑思维和较强的综合分析能力。

考生答卷中出现频率较高的错误如下：

错误1：未轻敲玻璃板前，铁粉撒在磁铁四周，因为磁铁两极磁性大，中間磁性小，不能把铁粉吸过来;轻敲后，铁粉飞了起来，受到的磁性大，所以就被吸过去了，呈现“力线”。

分析：有些考生在面对陌生的科学实验现象时，不能快速找到知识的切入点，不会准确地用科学语言来解释，仅仅凭感觉，根据生活经验来推断现象成因。有些考生解释科学现象时用语过于口语化，缺乏科学性、严谨性和条理性。

错误2：在磁铁周围撒铁粉，有的撒在“力线”上，有的没有，因为惯性，铁粉保持原来的运动状态，所以不表现，但是轻敲后，改变了运动状态，所以呈现出来了。

分析：有些考生解答该题时虽然明白要用力的知识解释磁现象，但在语言表达上眉毛胡子一把抓，抓不住关键点，东拉西扯，空话连篇，甚至自相矛盾、漏洞百出。

错误3：

（1）轻敲玻璃板前，铁粉分布在条形磁铁周围，未做切割磁感线运动，所以不会产生感应电流;轻敲玻璃板后，铁粉因为惯性保持不动，所以相对磁铁做切割磁感线运动，表现出“力线”。

（2）分子之间同时存在引力与斥力，轻敲玻璃板前，铁粉离磁极较远，引力较小，不能形成“力线”;轻敲玻璃板后，铁粉离磁极较近，引力大于斥力，所以能形成“力线”。

分析：有些考生对考查的知识点掌握不牢固，不知道从哪里着手，不知道用哪个知识点来解释现象，即不明确题目中描述的现象到底与哪些科学概念相关，看着问题不知所云。

错误4：未敲击玻璃板时，铁粉受到重力、摩擦力和引力，因为重力大于引力，所以不能被磁铁吸引;轻敲玻璃板后，摩擦力消失，引力大于重力，所以就被吸过来了。

分析：有些考生基础知识掌握不扎实，理论联系实际的能力较弱，对物体的实际受力情况、运动状态以及铁粉位置与力的关系的逻辑推理不正确，缺乏科学性。

二、引发上述解题错误的原因

（一）科学实验教学误区较多

在目前的科学实验教学中，不同学校因为教学设施配备和课时安排有差别，让科学教师认为进行科学实验教学需要花费大量的时间，不如直接讲解效率高，只要学生会解题，就无须再进行专门的实验演示，部分实验演示确实比较麻烦，可视性不佳，也难以取得相应的效果。而且有的学生做实验时缺乏目的性和耐心，或操作实验时不严谨，对自己的要求不高，所以实验教学效率低下。多媒体应用的普及度和便利性，使不少实验都可以通过视频来展示，师生逐渐认可了这种“高效方便”的实验演示方式。久而久之，学生的体验性学习得不到落实，基础知识得不到巩固。因此，在解答实验说理题时，学生就不容易准确把握知识的切入点，因而对复杂、陌生现象的本质的表达一筹莫展。

（二）科学实验教学模式较单一

部分初中科学实验教学仍然偏重于采用传统的验证性实验方法，演示实验通常采用灌输式的教学方法，教师示范，学生观察和听讲。在课堂分组实验中，教师往往会讲解实验原理，有时甚至把详细的步骤告知学生或呈现在实验单上，把学生要用到的器材、试剂都摆在实验台上，学生只需按部就班地进行各自的实验，完成即可，缺乏探索，甚至有的小组出现与预期不同的结论时也没有及时地修正、拓展和创新，学生的“学”都限定在教师的“教”内。这些操作不利于学生科学思维的发展，让他们对实验现象一一做出解释更是“纸上谈兵”。其实，生活中处处有科学，事事讲科学，因此教师在教学中要善于引导学生多发现问题，主动解决问题，不要让科学理论脱离生活实际。

（三）科学实验教学中用语不够严谨

教师在科学实验教学中使用通俗易懂的口语化语言进行讲解，可以有效激发学生的好奇心，吸引学生的注意力。但是在实验原理和现象解释的教学中，教师若不重视科学术语的严谨性和逻辑推理的严密性，或是将教学用语与日常习惯用语混用，就会影响学生对实验目的和过程的理解，影响学生对实验现象的准确分析，进而影响学生对科学基础知识的把握和应用，学生在表述说理时就会出现缺乏系统性、口语化明显等问题。例如，教师在“摩擦力的影响因素”实验教学中多用“某物体对某物体的摩擦力”这种表达，少用“某物体受到的摩擦力”这种没有指出受力物体和施力物体的表达。学生经常听到模糊不清的表达，就会不自觉地进行模仿，就会在遇到一个物体受到多个力或多个物体受到多个力的复杂情况中习惯性地从简表达，结果势必导致“漏力”“错力”，受力分析就会乱成一团麻。

（四）启发式探究实验教学不够深入

新课程标准倡导探究式学习，强调科学与实践、科学与社会生活的联系。因此，科学实验教学需要多角度深入开展探究活动。实验探究不仅仅是完成实验而已，更重要的是学生在自觉、主动、积极、手脑并用的基础上对在某个实验过程中遇到的问题进行反复分析、思考，其间还穿插着学生间的合作与沟通。然而在现实实验教学中，有些新实验所需的装置学校没有及时配齐，40分钟的实验课很难让学生的想象得以充分发挥，导致探究实验教学中启发不充分，也不能很好地调动学生的学习积极性，学生的思维能力得不到很好的提高。

三、科学实验教学中渗透说理的策略

科学实验教学是提高学生科学素养的重要途径，教师在实际教学中应立足教材，把思考、体验、表达有机结合起来。具体可让学生在实验前明确实验目的，并鼓励学生一起设计实验，理解实验步骤和每个步骤可能达到的预期结果。让学生完成实验后及时反馈，自主创新，学会将科学原理渗透到生活的方方面面。这些操作对揭示实验原理有实际的推动作用。

（一）关注问题导向，精设实验主题

心理学家维果茨基的研究显示，设置恰当的教学主题必须经过深入细致的考察，了解学生的“最近发展区”。在科学实验教学的开端设置实用有效的实验主题显得尤为重要。为什么要开设这节实验课？它与课本中的哪些知识点息息相关？应该采用怎样的方式开展？可否用最接地气的家庭实验进行同样的知识再现和应用？在开设实验之前，教师对这些问题一定要了然于胸。将传统的验证性实验逐渐拓展为探究性实验，一方面要从学生实际出发，在常规的实验教学问题的基础上加以拓展，转变教学设计的角度，鼓励学生利用身边物品进行演示，达到训练科学思维、提升创造能力的目的;另一方面要加强课本知识与社会实践以及当前热点问题的结合，注重选题的实用价值以及在实际情况下与其他学科知识的融合。

比如，在学习电路连接的实验中，传统的验证性教学会给学生提供现成的电路图、实验仪器和方案，学生只要照图连接好实验器材，闭合开关后就完成了实验任务。这样的过程不仅不符合学生的心理特征，还会让他们在索然无味的机械操作中逐渐失去探究的兴趣。学生需要在实验操作中进行体验，在或错或对的结果中寻求未知。教师可以设计一个“你能否利用桌上的仪器使两个灯泡同时发亮？”的实验让学生探究。学生在探究的过程中，可能连成了串联和并联电路，也可能连成了局部短路的电路，还可能连成了电源短路的电路。各种电路连接情况一一出现，这时教师再有针对性地讲解，这样的实验教学才会使学生的印象更深刻。

（二）具化认知过程，建模实验流程

新课改要求教师改变传统思想和传统教学模式，让学生在实验中有更为丰富的体验。为此，教师可以在课前让学生直接参与实验计划的制订和实验流程的安排，让学生集思广益，提出实验设计方案，并不断完善实验设计方案。在全面了解实验环节后，学生对实验过程有了较深刻的认识和理解，过程体验更丰富，也有利于发展逻辑推理能力。

教师利用生活中学生容易接触到的物品和材料设计实验方案，进行实验教学的课外延伸，可让学生多角度认知实验原理。学生逐渐会用不同原理来解释各种生活现象。例如，“瓶吞鸡蛋”的实验是关于大气压的一个体验性实验，相似原理的实验还有如何使套在锥形瓶口的气球鼓起和瘪下等。那么“能否运用生活中常见的物品使鸡蛋被吐出来或使气球鼓起来呢？”利用这些拓展性实验，教师可以引导学生深入思考。有的学生用蜡烛加热，有的学生用热水浇试管底部，有的学生用吹风机吹，最后总结出内外气压相互抗衡是使该类现象出现的根本原因。

（三）增强问题意识，强化知识迁移

美国心理学家、结构主义教育思想的代表人物布魯纳说过：使学生对一门学科有兴趣的最好方法是使他知道这门学科是值得学习的。为了使学生充分理解实验原理、实验现象的本质，教师在实验教学中要增强学生的问题意识，引导学生像科学家那样探索知识，体会实验的乐趣，乐于把错误或失误的部分表达出来，让同学们评判。实验结束后，教师可以鼓励学生用个性化的图文结合的方式重现实验流程，用专业、严谨的实验报告展示实验的成果，针对实验过程中的易错点及现象，设置相应的问答题。

例如，在教学“磁力线”实验后设置以下问题：

（1）撒在磁铁周围的铁粉静止时受到了哪些力的作用？以其中一粒铁粉为例画出受力示意图。

（2）轻敲玻璃板后，有哪些力会发生明显的变化？最终会导致什么结果？

学生在实验活动中感受到了快乐，实验结束后得到了有针对性的解答，认识到实践活动对科学学习是有用的，进而提高学习科学知识的积极性。

综上所述，科学现象蕴藏科学本质，科学实验教学将实验现象重现，实验说理要求将相关本质问题表达清楚。在科学实验教学中应多关注问题，剖析现象，这就要求教师设计的问题串一定要精准。只要教师不断思考，不断尝试，就一定能让科学实验教学更加“有理” “有据”“有用”。

[   参   考   文   献   ]

[1]  杨晓燕，钱伟兴，陈宁.培养创新性人才的实验教学体系与模式探究[J].实验室研究与探索，2009（11）：156-158.

[2]  陈晨.初中物理教师实验素养现状与影响因素的研究[D].沈阳： 沈阳师范大学，2016 .

[3]  熊春玲，王卫.新课程背景下初中物理实验教学评价初探[J].教育实践与研究（中学版），2009（2）：8-10.

[4]  黎莎，谢立.关注知识本质 注重科学探究：关于实验“阻力对物体运动的影响”的深入理解[J].中学物理，2021（14）：57-58.

（责任编辑 易志毅）