课堂实验赋能科学思维的养成

摘要：科学思维是核心素养的一个方面，充分利用学生的求知欲以及动手能力，积极在课堂上开展实验活动，并通过设计引课、问题情境、对比实验、实验生活化等不同类型的实验活动，培养学生探究能力、实践能力和自主学习能力，赋能学生科学思维的养成，提高学生的科学素养。

关键词：课堂实验 赋能 科学思维

一、背景

课程目标明确指出：科学思维主要包括模型建构、推理论证、创新思维等。让学生在科学实验活动中获得科学知识，通过多种途径寻求证据，不断发现问题，运用创造性思维和逻辑推理解决问题，并通过评价与交流达成共识，解决科学问题，形成科学探究能力、实践能力和自主学习能力。那么在教学的过程中，如何利用课堂实验来激发学生的主动性和创造性，培养学生的科学思维，从而提高学生的科学素养呢？笔者来谈谈课堂实验对科学思维养成的赋能作用。

二、备课中的思考

思考（一）：七年级刚入学，学生对实验的积极性很高，经常跑到办公室问我，“老师，要做实验吗？”“老师，什么时候做实验？”若看到我拿着实验器材，好多学生就争先恐后地围过来帮忙“老师，我来帮你。”“哇！做实验喽！”那种激动的心情无以言表，如何充分利用学生的好奇心，提高学生对科学学习的兴趣，是值得思考的问题。

思考（二）：学生在实验室里非常兴奋，但大多数学生的兴致主要就集中在一些有趣的现象上，很少有学生能冷静观察和注意那些不明显的现象，能认真思考“这是为什么”的学生则更少了。如何引导学生在实验时既要去“探索”，还要去“深究”，是迫切需要教师思考和关注的。

思考（三）：在教学实践中，难免遇到课堂实验操作失败的事例，可能是偶发，也可能是教师特别的安排。当遇到类似实验失败的情况，学生大多数会选择重做，而不会深究失败的缘由，因此也错失了很多知识积累的机会。那么，教师该如何引导学生寻找错误的关键所在呢？

思考（四）：有些课堂实验，在探究活动过程会出现课本描述之外的现象。这些干扰现象会分散学生注意力；同时由于学生自身知识储备的局限，学生难以对实验现象做出准确分析，不利于学生形成正确的结论。如何引导学生将注意力集中在重要现象上尤为重要。

思考（五）：教师在课堂上的演示实验或布置给学生的课后家庭实验，若所选器材过于复杂，不利于学生实际操作，导致学生对科学实验的兴趣不高。如果能将实验器材简单化和生活化，使学生更亲近科学，更有利于学生的动手实践，提高学习科学的动力。那么如何让科学课堂更贴近生活，也需要教师多加思考。

三、教学片段设计及反思

片段（一）：在“物质的溶解”这节内容的教学中，笔者事先将一小块松香溶解在酒精中，配制成一杯无色透明的溶液。在新课引入时，将一定量的水倒入上述溶液中，以“如何让水变牛奶”的魔术形式进行课前导入，神奇的魔术立即激起学生强烈的好奇心，引起学生的探究兴趣，这份好奇心始终贯穿整个堂课。最后告诉学生三种物质成分，首尾呼应，很自然解决了“影响物质溶解性的因素”这一重难点知识。

反思：兴趣是最好的老师，能促使学生积极探索科学知识。教师设计出好的引课，充分运用各种手段，如魔术、谜语、游戏等，激发学习兴趣，进一步活跃课堂学习氛围，让学生能自主参与科学知识的学习，同时能激发学生的探究思维，促进科学思维的养成。

片段（二）：实验室制取氧气是学生学习的第一个制备气体的实验，也是操作装置最为复杂的一个实验。教材中只有一幅装置图，学生按照装置图进行实验操作时经常手忙脚乱毫无秩序。为此，笔者设计问题如下：1.实验室制取氧气的第一步是装药品吗？如果装了药品后发现漏气怎么办？（提醒学生制备气体的第一步是检查装置的气密性）2.装好药品后是否可以直接加热？本实验中高锰酸钾反应速度如何？如何防止反应太快时气流带出固体药品堵塞导管？（提醒学生在试管口放一团棉花）3.固定好试管后就能加热吗？是不是需要考虑需要收集几瓶气体，分别用什么方法收集？如果先进行加热操作，再进行集气瓶的准备结果会如何？（提醒学生事先准备好集气瓶再进行加热）4.反应开始时刚出来的气体是氧气吗？需要立即收集吗？何时收集更合适呢？（提醒学生开始出来的气体是空气，等气泡连续均匀冒出后再收集）5.收集需要的气体后要结束实验，能直接撤离酒精灯吗？是否该注意水槽中的水会倒吸？（提醒学生要先将水槽中的导管取出，防止水倒吸而导致试管炸裂）

反思：通过设置问题情境，引导学生学习氧气制取实验，内化成学生内在的知识，为学生学习其他气体的制取和收集构建模型。同时进一步激发学生学习的积极性，引导学生学会深度思考，还能培养学生严谨的逻辑分析思维，提高学生的实践应用能力。

片段（三）：在完成用石灰石和稀盐酸制二氧化碳实验教学后，笔者给学生布置了“将点燃的蜡烛插在食用碱中，后倒入适量食醋”的实验。同时布置学生完成以下几个问题：1.这个实验和实验室制二氧化碳有何不同？（原理相似都是碳酸盐和酸性溶液反应；都得到没有可燃性不具助燃性的气体；反应速度不同。）2.实验室能选用食用碱和食醋这两种药品制取二氧化碳行吗？（学生对比后知道，食用碱和食醋反应速度过快，不易控制，不适宜实验室制备二氧化碳）3.两组药品在形状上有何差别？如果相同反应时间，石灰石和食用碱哪种产生气体多？（提醒学生从表面积大小考虑影响反应速率快慢的因素）

反思：设置对比实验，学生可以通过对结果的比较分析，寻找相同点和不同点，获得新知。并且通过对比实验，更有利于培养和提高学生的观察、分析、推理和论证能力。

片段（四）：在演示铁丝在氧气中燃烧的化学实验时，笔者故意设置两组实验，一组铁丝表面的氧化膜没有用砂纸打磨干净，另一组铁丝表面是打磨光亮的。我和学生各做一组，结果学生实验失败了，我重新打磨铁丝后再次让学生完成实验，发现学生很激动，出乎意料的是比前一次实验时还要激动和兴奋。我抓住这次机会，让学生思考猜想为什么没有出现预期的反应现象？有学生猜想氧气不纯含杂质气体太多，火柴燃烧消耗了太多氧气导致氧气不足，这些猜想确实有一定的道理，不过通过分析最终一一给予否定，最后引导他们联系燃烧的条件，从而得出氧化膜对该实验的影响。在做铝在氧气中燃烧的实验时，学生自然而然能够先去除氧化膜再进行燃烧实验。且在以后遇到有关金属单质与其他物质的反应时（如生锈的铁钉与稀酸的反应），学生有了这一次深刻的体验，很容易就联想到氧化膜附着的问题。

反思：设置实验探究障碍，有利于激发学生的学习热情和动机，充分发挥学生的主观能动性，让学生享受付出努力后获得成功的自豪感，保证教学任务的顺利完成，同时进一步提高教学质量，促进提高学生的知识迁移能力和知识分析的应用能力。

片段（五）：教材上的演示实验“被压缩的气体对瓶塞做功”，是用打气筒压缩吸滤瓶中的气体，被压缩的气体将瓶塞冲出。我将其进行简化处理：取一个矿泉水瓶，里面装入少量的清水，盖上瓶盖，让学生用力挤捏瓶身，并注意操作安全，不要将瓶口对着他人，引导学生观察瓶口发生的现象（瓶塞冲出时在瓶口很明显能看到有一团白雾产生）并分析对应现象产生的原因（压缩气体做功使气体内能增加，水蒸气遇冷液化形成白雾）。

反思：改进实验器材，让实验活动和实验器材生活化，使学生的课堂学习与社会生活实践紧密结合，整合学生直接经验与学到的间接经验，同时发挥学生创造性思维，解决日常生活中遇到的问题，提高学生对知识的分析应用能力。

四、结语

教师通过课前学习课标，钻研教材，进行有深度的备课。在教学活动中，通过设计并开展相应的实验活动，打造有深度的实验教学课堂。通过实验，让学生初步形成科学探究意识，促进科学思维的进一步养成，从而提升学生的科学素养。笔者将继续致力于培养学生科学思维的课堂实验教学模式的探索。