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1、在科学探究性实验教学中培养学生的科学素养缙云县新建镇中心学校 朱志光摘要: 科学教学过程中充分利用探究性实验教学既是贯彻落实新科学课程标准，又是培养学生科学素养的有效途经.本文对科学教学中如何 实施探究性实验教学，及探究性实验 教学中如何培养学生的科学素养 进行探索。关键词：科学教学；探究性学习；科学素养科学是一门以实验为基础的学科，其知识的阐述和理论的构建都是通过科学探究得出的，但长期以来，科学学习过分突出和强调知识的接受和掌握，冷落和忽视发现与探究，形成了“听、记、背、练”的现状，这已成为影响素质教育在课堂教学中推进的一大障碍。 “学生要认识科学探究的意义和基本过程，能从日常生活或科学学习
2、中提出问题，进行初步的探究活动，能用变化与联系的观点分析科学现象，解决一些简单的科学问题，在探究过程中进行反思，发现自己与他人的长处以及存在的不足，并提出改进建议，在与他人进行交流和讨论时，既能清楚地表达自己的观点，又能善于倾听别人的意见，逐步形成良好的学习习惯和学习方法，应保持和增强对生活和自然界中科学现象的好奇心和探究欲，发展学生学习科学的兴趣。 ”1 因此在科学教学过程中充分利用探究性实验教学既是贯彻落实新科学课程标准 ，又是培养学生科学素养的有效途经。然而，在教学的实际工作中如何实施？实施过程中还应当注意哪些问题？笔者有以下观点。一、探究性实验教学与科学素养的界定所谓探究性实验学习，在
3、教学意义上是指学生学习科学实验时以亲历体验、实践探究活动为主的学习方式。学生在教师的帮助下，依托教材和社会生活经验，把自己不知道而又想知道的科学问题拟定为探究性问题，自己制定实验计划和实验步骤、自己设计实验活动、自己选择实验方案和实验策略、自己分析总结实验结果的学习。科学素养也称科学素质，这一词源于英文 Literacy，是指人们在认识客观事物的过程中必须具备的科学知识、科学的思维方式、对科学的理解、科学精神和科学态度，对个人、社会、环境的责任心和价值观，以及运用科学知识和方法解决问题的意识和能力。 2二、科学素养的培养要突出科学方法的培养科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来
4、的正确的思维方式和行为方式，在科学研究中它被认为是产生知识的“知识” 。英国物理学家贝尔纳说过：“良好的方法能使我们更好地发挥运用天赋的才能，而笨拙的方法则可能阻拦才能的发挥。 ” 我们从中不难领会教学过程中培养科学方法的重要性。新科学课程标准明确指出：“科学探究的八个基本要素是：提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释结论、反思与评价、表达与交流。 ” 科学探究不是过去的科学实验，以往的实验是教师或教科书“划”出了从问题到结论的单一路径，学生只是进行验证性的操作一遍。而科学探究是让学生运用观察、实验、调查等方法广泛获取信息，从日常现象和科学学习中提出问题，作出猜想或假设，设计
5、实验或有关的活动方案，寻求解决问题的依据或证据，定性或定量处理有关的信息和资料，从而提出解决问题的合理化建议。为此我认为在实验教学中不仅强调学会做实验，更要强调学会做科学，在科学实验教学中，指导学生正确地运用科学的方法进行实验不仅是培养学生科学方法的重要途径，也一直是科学实验教学中的焦点。 41、培养学生在实验中独立思考、认真观察，探究实验中出现的每一个实验现象，特别是一些新的、书本中未提出的实验现象。科学家爱迪生说过：“一个人不下决心独立思考就会失去生活的乐趣创造。 ”指导学生正确地运用科学的方法进行实验，培养学生在实验中去独立思考、认真观察，去发现问题。我认为，首先要要求学生学会观察，要善
6、于捕捉那些不易被观察到的细微现象，那些呈现时间短暂，稍纵即逝的现象。其次要培养学生的观察兴趣，养成乐于观察、勤于观察、善于观察的良好习惯，使学生由“目的性”观察变为“思维性”观察。为此，在实验教学中我要求学生特别注意以下几点。1.1 既要观察实验中的主要现象，又要观察实验中次要现象每做一个科学实验都是有一定目的，因此一些与达成一定目的相关的实验现象，无疑是该实验过程中应该重点观察的主要现象，但是，任何一个科学反应所产生的现象都不是唯一的。例如，金属钠跟水反应的实验，不仅要求学生要观察到有氢气放出，以及反应后的溶液能使酚酞变为红色这两个主要现象，而且要求学生注意观察实验过程中出现的一切现象。实践
7、证明，通过学生认真仔细的观察，他们还能在实验过程中观察到钠浮于水面、熔成一个金属小球、不断地在水面上游动、发出“嘶嘶”的声音、有水雾产生等现象。1.2 既要观察明显现象，又要观察不明显现象实验教学的目的不单纯是传授知识，而是要让学生在实验过程中“学会认真观察、学会全面观察” 。例如，活泼金属单质与酸的反应，除了氢气的生成外，还有热放出。如果我们能让学生摸一摸反应仪器（试管） ，及时捕捉到这些现象，不仅有利于学生观察能力的培养，还能对所研究的事物有一个更加全面、深入的认识，并从中发现问题。1.3 既要观察主要反应的现象，又要观察副反应的现象任何事物的变化和发展都不是孤立的，化学反应也是一样，在主
8、要反应发生的过程中，往往伴随着许多副反应的发生。例如，用无水乙醇和浓硫酸混合后加热制取乙烯的实验过程中，除了乙醇和浓硫酸反应生成乙烯这一主要反应外，还同时发生很多副反应，比如说，浓硫酸使乙醇发生碳化，然后浓硫酸又与碳发生氧化还原反应等等，所以，在引导学生注意观察主要反应现象的同时，也应该引导学生观察反应物变黑以及生成的气体具有刺激性气味等副反应的现象。学生在实验中观察现象，在观察现象中思考问题、发现问题，这就是学生在实验中进行“探究” ，也是在“探究”中进行实验。他们发现的问题可能暂时还不能解决，但是在发现问题的过程中，使他们的思维得到了培养、他们的能力得到了提高，并为进一步进行探究打下了基础
9、。2、培养学生探究、设计实验原理传统自然科学实验教学中的科学知识主要侧重于以实验现象为代表的“经验知识”和以实验原理为代表的“理论知识” ，它们是基础，反映了自然科学教学的一般特点。以往的实验教学也只强调讲清原理和实验效果，近年来，虽然教学中加大了学生动手的机会，注意了学生能力的训练和培养，但训练的重点是放在学生能否弄清实验现象，能否弄懂实验原理，学生“照方抓药”无须思考即可达到实验要求。自然科学实验教学要从根本上取得突破，关键是要站在全面培养学生科学素养的高度对实验教学的功能进行探究，既要强调实验在训练学生观察和动手能力方面的功能和作用，更要强调实验在培养学生动脑研究问题方面的功能和作用。因
10、此，可从以下两方面进行探索。2.1 挖掘课本知识，探究实验原理的设计课本知识是探究实验原理的有效题材，例如，在归纳总结“二氧化碳的制取”时，为了增强实验的探究性，可以引导学生从有二氧化碳生成的反应进行思考，他们可以找出十几种生成二氧化碳的反应或方法来，例如人和动物的呼吸；木炭、煤、酒精、甲烷、一氧化碳等等的燃烧；碳和一氧化碳还原氧化铜；碳酸氢钠、碳酸钙、碳酸铵的分解；碳酸钠粉末、碳酸钙粉末、碳酸钙块状固体分别跟稀盐酸、浓盐酸、稀硫酸进行反应等等，再引导学生从科学性、安全性、可行性、简化性等方面进行分析、评价，从中找出可行的方案进行实验，最后采用对比的方法研究碳酸钠粉末、碳酸钙粉末、碳酸钙块状固
11、体分别跟稀盐酸、浓盐酸、稀硫酸进行反应，从而得出制取二氧化碳的实验原理。2.2 利用生产、生活中的科学现象，探究实验原理的设计“新科学课程标准有两大特征：一是提倡从生活走进科学，从科学走进社会，二是科学探究贯穿始终。 ”所以我们教师应注重从生产、生活中引出科学问题，并引导学生对一些可行性强的科学问题进行探究，比如“铁为什么生锈？”可进行如下探究，第一步，提出问题：铁为会什么生锈？第二步，引导学生充分考虑后提出实验假设；（学生提出了三种假设：铁生锈是因为和空气中的氧气发生了氧化还原反应。铁生锈是因为和空气中的水蒸气发生了氧化还原反应。铁生锈是因为与空气中的氧气和水蒸气一起发生了氧化还原反应。 ）
12、第三步，指导学生根据假设设计和观察实验；（学生设计：取一支试管，烘干，放入一根铁钉，然后用塞子塞紧试管口，使铁钉只与干燥的空气接触。再取一支试管，放入一根铁钉，注入蒸馏水至浸没铁钉，然后在水面加入一层食物油，使铁钉只与水接触。取一支试管，放入一根铁钉，然后注入蒸馏水，不要浸没铁钉，使铁钉同时与水和空气接触。 ）第四步，引导学生观察实验现象；（结论是：几天之后，会发现试管和中铁钉都没有生锈，试管中铁钉生锈了。 ）第五步，通过分析和讨论得出结论。 （常温下铁在干燥的空气中或在隔绝空气只与水接触时都不生锈，而在与空气和水同时接触时便会生锈。 ）三、科学素养的培养还要突出科学精神的培养科学精神是科学素
13、养的灵魂，是各种价值观念、思想观念、行为准则以及道德与意志品质的总和。在科学实验教学中，不仅要培养学生严谨细致的科学作风、实事求是的科学态度，更重要的是要培养学生敢于超越现状的科学精神。创新精神则是科学精神的重要内容，它是一种能够敏锐地把握机会，勇敢地去探索，顽强地去拼搏的精神状态。 “科学的道路是不平坦的，只有不畏艰险，百折不挠的精神才有希望到达光辉的顶点。 ”因此，科学精神培养的核心工作是创新精神的培养。科学实验教学中培养学生创新精神的题材很多，其中，科学实验的设计和改进是培养学生创造性精神和提高学生创新能力的最佳题材。1、探究课本实验中的不足、设计实验新方案，培养学生的创新意识对于一个现
14、有的科学实验，实验方案的可行性是不容置疑的，但由于当时的条件限制和传统习惯的影响，使某些实验的方案呈现出或多或少的问题，譬如，仪器使用过多，操作不方便，有毒气体未处理等等。针对这些问题，可以充分调动学生的积极性，对这些实验进行改进或重新设计实验方案，从而有效地发挥学生的想象力，培养他们的创新思维，提高学生的创新能力。例如，在探讨溶解能放热时，我发动学生对浓硫酸溶于水的实验进行改进，经过学生的努力，设计出很多可行的新方案，其中一个方案特别方便、有效。方案如下：将浓硫酸放在一个培养皿中，再用一个大漏斗，在大漏斗内壁上贴几条湿润石蕊试纸，把大漏斗倒扣在培养皿上，再在大漏斗的管中插入一个细而长的吸管，
15、吸管中吸满水，将吸管的下端接近浓硫酸液面，滴加水，可以清楚地看到，水立即沸腾，飞溅的酸液溅在试纸上，使湿润石蕊试纸上出现红色的斑点。2、改装或自制实验仪器，培养学生的创新精神中学科学实验中所需的实验仪器，一般都能在实验室找到，所以，在教学实践中大多数人都已养成了“顺手取来，将就用”的习惯。这样一来，不仅是使实验效果降低，更重要的是忽视了创新题材的发挥。实际上，我们可以借此题材大胆地发动学生根据实验的需要进行实验仪器的设计和制造（包括现有仪器的改装） 。例如，使用启普发生器制取氢气时，由于学校的启普发生器不够用，于是我就先将启普发生器制取气体的原理给学生讲解清楚，然后发动学生利用实验室的常用仪器
16、进行设计组装，很快就设计出来一些新颖、别致，方便、适用的新仪器，那就是各种各样的简易启普发生器。从而既达到了完成实验的目的，又达到了培养学生的创新意识和创新精神的目的。此外，通过教师创新后的演示实验，学生自己动手操作的家庭小实验等手段，对激发学生学习科学的兴趣，培养学生的创新思维，开发学生的创造潜能，提高学生的科学精神都是大有裨益的。在进行创新活动中，无论是教师还是学生都可能出现一些“失误”或“失败” ，但只要把握好安全这一关口，那些“失误” 或“失败”是允许的。实际上，有些新发明或新发现，就是在一些意外之中得到的。比如说：中国古代的炼丹家在一次失火事故中发明了火药；细菌学家弗莱明在观察细菌培养碟中葡萄球菌的生长情况时，突然发现一种来自空气的绿色霉菌掉进了细菌培养碟中，培养碟中葡萄球菌全部消失了，这一现象使弗莱明产生了极大兴趣，并对这一现象进行深入研究，最终发现了青酶素；溴是 1824 年由一个法国药学专科学校17 岁的青年巴拉德，在研究他家乡一个盐湖水时偶尔发现的;以及近年来一些获得诺贝尔大奖的重
