初中科学实验中学生观察能力培养策略探究

作者简介：施烨（1975～），女，汉族，浙江缙云人，浙江省杭州市西溪实验学校，研究方向：科学教学。

摘  要：观察能力是科学实验中至关重要的技能之一，它不仅有助于学生更好地理解科学现象和原理，还能培养他们的批判性思维和问题解决能力。在初中科学教育中，培养学生的观察能力是一项重要的任务，文章将分析在初中科学实验中培养学生观察能力的重要意义，并探讨有效的策略。

关键词：初中科学实验；观察能力；虚拟实验

中图分类号：G633.7    文献标识码：A    文章编号：1673-8918（2024）12-0005-04

观察能力是指学生通过观察、实验和数据分析等方式，能够系统地收集信息、识别模式、发现规律，并以科学的方式解释和表达这些观察结果的能力。在科学实验中，观察能力包括对实验现象的观察和记录，数据的收集和分析，以及从实验中得出合理结论的能力。这些能力不仅在学术方面有重要价值，还在日常生活和职业发展中具有广泛的应用。

一、 观察能力培养的意义

（一）有助于激发学生学习科学的兴趣

科学实验可以让学生亲身参与并亲自观察科学现象，这种体验有助于激发他们对科学学习的兴趣。通过实验，学生可以亲自发现科学原理，这种积极的学习体验能够激发他们的好奇心和求知欲，使他们更愿意深入学习科学知识。观察实验结果时，学生会产生好奇心，想要了解为什么会出现这些现象，这种好奇心有助于学生更乐意深入科学学习领域。

（二）有助于学生更深入地理解科学概念

较强的观察能力是学生更深入地理解科学概念的关键。科学概念通常是抽象的，初学者可能难以理解，通过实验，学生可以亲自观察和体验与这些概念相关的现象，抽象概念就会变得更加具体和实际，有助于学生更好地理解它们。此外，观察实验现象也可以使学生更直观地理解所学知识。

（三）有助于发展学生的批判性思维

批判性思维是培养学生综合素质的关键因素之一，培养观察能力有助于发展学生的批判性思维。科学实验通常要求学生仔细观察实验现象，并收集数据，并要评估实验的可信度，分析数据的合理性，提出问题并寻找解决方案。在这个过程中，学生需要识别、记录和解释模式、趋势和异常。这能培养他们的观察力和数据分析能力，帮助他们理解事件之间的因果关系。

（四）有助于培养学生的问题解决能力

观察能力也有助于学生增强问题解决能力。学生在实验中可能会遇到各种挑战和困难，需要寻找解决方案。科学实验鼓励学生采用科学思维方式来探究和解决问题，这包括提出假设、设计实验、观察数据、分析结果和得出结论。这种思维方式强调了逻辑推理、数据分析和实验设计等关键技能，这些技能对问题解决至关重要。

二、 科学实验中培养学生观察能力的策略

（一）分析实验原理，确定观察对象

观察是一种有目的的科学认识方法。了解实验原理，分析实验设计的过程，能帮助学生明确观察的重点，确定观察对象，从而知道在实验过程中需要做什么，观察记录什么。

如在学习“牛顿第一定律”时需做如下实验：“不同大小的阻力对物体运动的影响”。首先，引导学生确定自变量、因变量分别是什么。其次，分析、设计实验，可以如何改变自变量（大小不同的阻力）；如何觀察因变量（物体速度变化的快慢），从而确定应控制的变量，以及如何控制变量。最终确定实验观察对象：当同一小车从同一斜面的同一高度，由静止释放时，观察小车在粗糙程度不同的平面上运动，测量小车在水平面上运动的距离。当学生知道在实验过程中应该观察哪些量，以及在什么情况下观察这些量时，观察就会变得有效且准确。在改变不同大小阻力时，也不会出现将棉布、毛巾从斜面开始铺设等错误。

观察、实验与思维相结合，是科学学科的基本特征，学生观察过程，也是建立模型的过程，适用于控制变量的设计与观察。

（二）了解观察方法，使观察有章可循

观察是认识自然的一种重要的科学方法，观察是有顺序、有方法的。观察一个物体时，可从整体到局部，从外到内，从下到上等进行有序观察。例如，观察植物的根，可从根系→根→根尖的整体到局部的顺序进行观察。第一，观察根系结构。注意观察主根和侧根的分布、长度、粗细等特征。第二，观察根特征。第三，观察根尖的结构。在显微镜下观察根尖临时或永久装片，比较从下往上根尖结构有什么特点，分析这些结构可能具有什么功能。第四，记录观察。在观察过中，可以使用素描或拍照记录根系和根尖的特征。同时，可以记录下不同植物的根系结构和根尖特征之的差异。

在化学实验中，一般按从下往上，从左到右的顺序组装发生装置和收集、检验装置。观察实验现象时，一般先描述反应物的变化，再描述生成物的变化。如在CO还原CuO实验中，反应物CuO减少，生成物有固体Cu和气体CO2，其现象可描述为：黑色固体变为红色，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。再如，铁锈与盐酸的反应，先描述反应物的变化：红色固体消失，再描述生成物的变化：溶液变为黄色。有序的观察不仅能帮助我们排除各种无关因素的干扰，提高观察的准确性和细致度，还有助于提高思维能力的有序性和系统性。

（三）利用观察工具，扩大观察范围

引入科技工具，如微型摄像头、显微镜、数据记录仪等，学生可以更清晰地观察实验现象，并帮助他们记录和分析数据。通过使用微型摄像头，学生可以将实验现象实时传输到显示屏上，使得观察更加直观和准确。而显微镜可以放大细小的物体，使得学生能够更仔细地观察微观结构，这对于生物学、化学等实验尤为重要，也可通过同频将显微镜下的微观结构投到大屏幕，分享观察结果。数据记录仪则可以帮助学生自动记录实验数据，避免手工记录的误差，并且可以进行数据分析，使得学生能够更深入地理解实验结果。如用针筒粗测大气压强实验，可用电动机的转动代替手的拉动，使针筒匀速直线运动。用力传感器和显示器代替弹簧测力计，使读数更加精准。

再如，在做铁钉生锈实验时，可用压力传感器测得密闭容器内的压强变化，说明容器内氧气含量的变化。压力传感器能将细微的变化放大，大大缩减实验观察时间。通过使用这些科技工具，学生的观察精度和数据处理能力将得到提高，他们将能够更准确地观察实验现象，更深入地分析实验数据，从而提升实验能力和科学素养。

（四）通过视频分析，展现观察细节

使用视频录像或在线资源是一种有效的教学方法，可以帮助学生更深入地理解科学知识。通过观察和分析实际的科学现象，学生可以目睹科学原理在现实生活中的应用，从而加深对知识的理解。视频录像或在线资源的优势在于，学生可以根据自己的需要随时暂停、慢放、回放等，更好地观察细节。这样一来，他们可以反复观察和分析现象，进一步理解其中的规律。例如，在学习物理时，学生可以通过观看视频来观察物体的运动轨迹、力的作用等现象。在学习生物时，他们可以观察植物的生长过程、动物的行为等。在学习化学时，他们可以观察化学反应的过程、物质的变化等。通过这种方式，学生可以更加直观地理解科学的原理和规律，提高科学素养和科学思维能力。此外，视频录像或在线资源还可以为教师提供更多的教学资源，使教学更加生动有趣。教师可以根据学生的学习需求选择合适的视频资源，让学生在观看中获得知识的同时也能感受到科学的魅力。总之，这种方式可以激发学生的学习兴趣和积极性，使他们更加主动地参与到学习中来。

（五）设计虚拟实验，增设观察视角

与传统实验相比，虚拟实验提供了更多的观察细节和变化过程，使学生能够更清晰地理解实验原理和现象。虚拟实验还允许学生进行多次尝试和调整，以便更好地理解实验结果，掌握实验技巧。通过虚拟实验，学生可以在安全的环境下进行各种实验，无须担心实验操作中的意外风险。虚拟实验还可以模拟一些难以观察或控制的实验条件，例如，微观实验或极端环境实验，从而使学生更深入地了解实验原理。虚拟实验还可以提供实验数据的实时显示和记录，学生可以通过图表和曲线更直观地观察实验结果的变化。同时，虚拟实验还可以提供实验设备和材料的详细介绍和操作指导，帮助学生更好地理解实验步骤和操作要点。通过虚拟实验，学生可以在自己的节奏下进行学习和实验，可以根据自己的理解和兴趣进行多次尝试和调整。这样可以培养学生对于实验现象的观察能力和设计实验的能力，提高学生的实验思维和创新能力。

（六）设计探究项目，增加观察機会

首先，可鼓励学生参与实践探究项目。如在改良校园土壤项目中，学生需要思考如何选取校园土壤样品，如何设计方案检测土壤成分，如何改良土壤等问题，在实验与交流分享中，不断观察思考，改进方案。其次，也可让学生设计并搭建自己的小型科学装置或模型。如让学生设计制作浮力秤，学生需思考浮力秤的原理是什么？如何确定零刻度线？如何确定量程（最大测量值）？如何标刻度？如何提高浮力秤的精确度和量程？要想将设计变为产品，需要进行哪些操作等。最后，还可指导学生制作简易电动机、天平、密度秤等。在这些过程中，学生所面临的一系列挑战和问题需要通过观察和实验来解决。通过自主设计和搭建过程，学生将学会观察和分析实验现象，发现其中的规律和关联，他们需要不断调整实验参数，以达到预期的结果。这样的实践活动可以帮助学生将理论知识应用到实际中，培养他们的观察力和实验设计能力。同时，可以激发学生的创造力和想象力，他们可以根据自己的兴趣和想法设计独特的科学装置或模型，从而提高他们的创造力和解决问题的能力。

（七）引导实地考察，丰富观察情景

组织学生进行实地考察是一种有效的教学方法，可以帮助学生通过亲身观察和体验提高对实际环境中科学现象的观察能力。这种教学方法可以让学生更加直观地了解科学知识，并且激发学生的观察兴趣。

参观科学博物馆是一种常见的实地考察方式。在科学博物馆中，学生可以看到各种科学实验、展品和模型，通过观察这些展品，学生可以更加深入地了解科学原理和现象。例如，学生可以观察静电的实验，了解静电的产生和作用；还可以观察光的反射和折射的实验，了解光的传播和变化规律。通过这些观察和体验，学生可以更加直观地理解抽象的科学概念，从而提高他们的科学观察能力。

参观实验室也是一种很好的实地考察方式。在实验室中，学生可以亲自参与科学实验，观察实验过程和结果。通过亲身体验，学生可以更加深入地了解实验原理和方法，培养实验技能和科学思维。例如，学生可以参与化学实验，观察化学反应的过程和变化，还可以参与物理实验，观察物理现象的产生和规律。通过这些实地考察，学生可以在实践中掌握科学知识，提高自身的观察能力和实验能力。

此外，组织学生进行自然环境的实地考察也是一种很好的方式。在自然环境中，学生可以观察到各种自然现象和生物群落，了解自然界的奥秘和规律。例如，学生可以观察植物的生长过程，了解植物的生命活动和适应环境的能力，还可以观察动物的行为和生态系统的运作，了解动物的生态习性和生态平衡的重要性。通过这些观察和体验，学生可以更加深入地了解自然界的奥秘，进而培养他们的科学兴趣和观察能力。

三、 结论

综上所述，培养学生的观察能力在初中科学教育中具有重要意义，它不仅能激发学生的兴趣，帮助他们更深入地理解科学概念，还有助于发展他们的批判性思维和问题解决能力。因此，科学教育应该重视学生观察能力的培养，并提供充分的实验机会，以促进学生在科学领域的全面发展。在培养观察能力的过程中，教育者可以采用多种策略。首先，科学实验应该成为教育课程中的重要组成部分，需要为学生提供足够的实验机会。其次，教师应该指导学生科学进行观察和数据记录，鼓励他们使用科学方法来分析和解释观察结果。此外，教师可以提供多样化的实验体验，这些体验应涵盖不同的科学领域和主题，以激发学生的学习兴趣和好奇心。

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