由實驗說理題談科學實驗教學

浙江寧波市北侖區靈山書院（315806） 李 娟

一、一道中考說理題折射出的科學實驗教學問題

科學說理題是以客觀真實的現象為素材，需要學生用正確的科學知識（如原理、規律等）、科學語言（如文字、公式、圖表等），按一定的邏輯順序闡述、解釋某一科學問題或科學現象的綜合性試題，它能考查學生的科學知識、科學技能、邏輯思維能力、語言表達能力，是能考查學生綜合能力的一類試題。近幾年來，浙江省各地科學中考及期末考試中都出現了不同類型的說理題，多數以解釋生活現象和實驗原理為主。對于這類實驗說理題，學生普遍得分不高。原因是學生對生活現象和實驗原理的認識不全面、表述不準確。這樣的現狀對科學實驗教學提出了新的要求。筆者回顧2020 年寧波市中考閱卷的經歷，對考生答卷中出現的各種典型錯誤依然記憶猶新。

［例題］（2020 年浙江省寧波市中考科學第29題）1852 年，法拉第經過深入的思考和大量的嘗試，建立了“力線”的概念。他認為在磁極周圍充滿了力線，依靠力線將磁極間的作用聯系起來。他還利用細鐵屑把這種所謂的“力線”形象地呈現出來。小科進行了如下實驗：①在玻璃板上均勻地撒上一層薄薄的細鐵屑。②把玻璃板放在條形磁鐵上，觀察細鐵屑的分布情況。③輕敲玻璃板，再觀察細鐵屑的分布情況。請回答：

（1）如圖1 所示為實驗步驟③得到的細鐵屑分布情況。請你在答題卷對應的位置上畫出經過A點的磁感線。

圖1

（2）實驗步驟②中未敲玻璃板“力線”未能通過細鐵屑呈現出來，而步驟③中輕敲玻璃板“力線”能通過細鐵屑呈現出來。上述原因分別是什么？

該題以法拉第大量嘗試，建立“力線”概念的科學史料為素材，以教材中“力線”概念的建立為出發點，要求學生畫出磁感線，然后通過力學知識分析力線呈現的原因。該題將力學和磁現象有機結合起來，要求學生運用力學知識和科學語言表述磁現象的形成過程，對學生建立磁感線的概念以及理解磁感線的意義具有積極的作用。精準說理需要學生具備縝密的邏輯思維和較強的綜合分析能力。

考生答卷中出現頻率較高的錯誤如下：

錯誤1：未輕敲玻璃板前，鐵粉撒在磁鐵四周，因為磁鐵兩極磁性大，中間磁性小，不能把鐵粉吸過來；輕敲后，鐵粉飛了起來，受到的磁性大，所以就被吸過去了，呈現“力線”。

分析：有些考生在面對陌生的科學實驗現象時，不能快速找到知識的切入點，不會準確地用科學語言來解釋，僅僅憑感覺，根據生活經驗來推斷現象成因。有些考生解釋科學現象時用語過于口語化，缺乏科學性、嚴謹性和條理性。

錯誤2：在磁鐵周圍撒鐵粉，有的撒在“力線”上，有的沒有，因為慣性，鐵粉保持原來的運動狀態，所以不表現，但是輕敲后，改變了運動狀態，所以呈現出來了。

分析：有些考生解答該題時雖然明白要用力的知識解釋磁現象，但在語言表達上眉毛胡子一把抓，抓不住關鍵點，東拉西扯，空話連篇，甚至自相矛盾、漏洞百出。

錯誤3：

（1）輕敲玻璃板前，鐵粉分布在條形磁鐵周圍，未做切割磁感線運動，所以不會產生感應電流；輕敲玻璃板后，鐵粉因為慣性保持不動，所以相對磁鐵做切割磁感線運動，表現出“力線”。

（2）分子之間同時存在引力與斥力，輕敲玻璃板前，鐵粉離磁極較遠，引力較小，不能形成“力線”；輕敲玻璃板后，鐵粉離磁極較近，引力大于斥力，所以能形成“力線”。

分析：有些考生對考查的知識點掌握不牢固，不知道從哪里著手，不知道用哪個知識點來解釋現象，即不明確題目中描述的現象到底與哪些科學概念相關，看著問題不知所云。

錯誤4：未敲擊玻璃板時，鐵粉受到重力、摩擦力和引力，因為重力大于引力，所以不能被磁鐵吸引；輕敲玻璃板后，摩擦力消失，引力大于重力，所以就被吸過來了。

分析：有些考生基礎知識掌握不扎實，理論聯系實際的能力較弱，對物體的實際受力情況、運動狀態以及鐵粉位置與力的關系的邏輯推理不正確，缺乏科學性。

二、引發上述解題錯誤的原因

（一）科學實驗教學誤區較多

在目前的科學實驗教學中，不同學校因為教學設施配備和課時安排有差別，讓科學教師認為進行科學實驗教學需要花費大量的時間，不如直接講解效率高，只要學生會解題，就無須再進行專門的實驗演示，部分實驗演示確實比較麻煩，可視性不佳，也難以取得相應的效果。而且有的學生做實驗時缺乏目的性和耐心，或操作實驗時不嚴謹，對自己的要求不高，所以實驗教學效率低下。多媒體應用的普及度和便利性，使不少實驗都可以通過視頻來展示，師生逐漸認可了這種“高效方便”的實驗演示方式。久而久之，學生的體驗性學習得不到落實，基礎知識得不到鞏固。因此，在解答實驗說理題時，學生就不容易準確把握知識的切入點，因而對復雜、陌生現象的本質的表達一籌莫展。

（二）科學實驗教學模式較單一

部分初中科學實驗教學仍然偏重于采用傳統的驗證性實驗方法，演示實驗通常采用灌輸式的教學方法，教師示范，學生觀察和聽講。在課堂分組實驗中，教師往往會講解實驗原理，有時甚至把詳細的步驟告知學生或呈現在實驗單上，把學生要用到的器材、試劑都擺在實驗臺上，學生只需按部就班地進行各自的實驗，完成即可，缺乏探索，甚至有的小組出現與預期不同的結論時也沒有及時地修正、拓展和創新，學生的“學”都限定在教師的“教”內。這些操作不利于學生科學思維的發展，讓他們對實驗現象一一做出解釋更是“紙上談兵”。其實，生活中處處有科學，事事講科學，因此教師在教學中要善于引導學生多發現問題，主動解決問題，不要讓科學理論脫離生活實際。

（三）科學實驗教學中用語不夠嚴謹

教師在科學實驗教學中使用通俗易懂的口語化語言進行講解，可以有效激發學生的好奇心，吸引學生的注意力。但是在實驗原理和現象解釋的教學中，教師若不重視科學術語的嚴謹性和邏輯推理的嚴密性，或是將教學用語與日常習慣用語混用，就會影響學生對實驗目的和過程的理解，影響學生對實驗現象的準確分析，進而影響學生對科學基礎知識的把握和應用，學生在表述說理時就會出現缺乏系統性、口語化明顯等問題。例如，教師在“摩擦力的影響因素”實驗教學中多用“某物體對某物體的摩擦力”這種表達，少用“某物體受到的摩擦力”這種沒有指出受力物體和施力物體的表達。學生經常聽到模糊不清的表達，就會不自覺地進行模仿，就會在遇到一個物體受到多個力或多個物體受到多個力的復雜情況中習慣性地從簡表達，結果勢必導致“漏力”“錯力”，受力分析就會亂成一團麻。

（四）啟發式探究實驗教學不夠深入

新課程標準倡導探究式學習，強調科學與實踐、科學與社會生活的聯系。因此，科學實驗教學需要多角度深入開展探究活動。實驗探究不僅僅是完成實驗而已，更重要的是學生在自覺、主動、積極、手腦并用的基礎上對在某個實驗過程中遇到的問題進行反復分析、思考，其間還穿插著學生間的合作與溝通。然而在現實實驗教學中，有些新實驗所需的裝置學校沒有及時配齊，40 分鐘的實驗課很難讓學生的想象得以充分發揮，導致探究實驗教學中啟發不充分，也不能很好地調動學生的學習積極性，學生的思維能力得不到很好的提高。

三、科學實驗教學中滲透說理的策略

科學實驗教學是提高學生科學素養的重要途徑，教師在實際教學中應立足教材，把思考、體驗、表達有機結合起來。具體可讓學生在實驗前明確實驗目的，并鼓勵學生一起設計實驗，理解實驗步驟和每個步驟可能達到的預期結果。讓學生完成實驗后及時反饋，自主創新，學會將科學原理滲透到生活的方方面面。這些操作對揭示實驗原理有實際的推動作用。

（一）關注問題導向，精設實驗主題

心理學家維果茨基的研究顯示，設置恰當的教學主題必須經過深入細致的考察，了解學生的“最近發展區”。在科學實驗教學的開端設置實用有效的實驗主題顯得尤為重要。為什么要開設這節實驗課？它與課本中的哪些知識點息息相關？應該采用怎樣的方式開展？可否用最接地氣的家庭實驗進行同樣的知識再現和應用？在開設實驗之前，教師對這些問題一定要了然于胸。將傳統的驗證性實驗逐漸拓展為探究性實驗，一方面要從學生實際出發，在常規的實驗教學問題的基礎上加以拓展，轉變教學設計的角度，鼓勵學生利用身邊物品進行演示，達到訓練科學思維、提升創造能力的目的；另一方面要加強課本知識與社會實踐以及當前熱點問題的結合，注重選題的實用價值以及在實際情況下與其他學科知識的融合。

比如，在學習電路連接的實驗中，傳統的驗證性教學會給學生提供現成的電路圖、實驗儀器和方案，學生只要照圖連接好實驗器材，閉合開關后就完成了實驗任務。這樣的過程不僅不符合學生的心理特征，還會讓他們在索然無味的機械操作中逐漸失去探究的興趣。學生需要在實驗操作中進行體驗，在或錯或對的結果中尋求未知。教師可以設計一個“你能否利用桌上的儀器使兩個燈泡同時發亮？”的實驗讓學生探究。學生在探究的過程中，可能連成了串聯和并聯電路，也可能連成了局部短路的電路，還可能連成了電源短路的電路。各種電路連接情況一一出現，這時教師再有針對性地講解，這樣的實驗教學才會使學生的印象更深刻。

（二）具化認知過程，建模實驗流程

新課改要求教師改變傳統思想和傳統教學模式，讓學生在實驗中有更為豐富的體驗。為此，教師可以在課前讓學生直接參與實驗計劃的制訂和實驗流程的安排，讓學生集思廣益，提出實驗設計方案，并不斷完善實驗設計方案。在全面了解實驗環節后，學生對實驗過程有了較深刻的認識和理解，過程體驗更豐富，也有利于發展邏輯推理能力。

教師利用生活中學生容易接觸到的物品和材料設計實驗方案，進行實驗教學的課外延伸，可讓學生多角度認知實驗原理。學生逐漸會用不同原理來解釋各種生活現象。例如，“瓶吞雞蛋”的實驗是關于大氣壓的一個體驗性實驗，相似原理的實驗還有如何使套在錐形瓶口的氣球鼓起和癟下等。那么“能否運用生活中常見的物品使雞蛋被吐出來或使氣球鼓起來呢？”利用這些拓展性實驗，教師可以引導學生深入思考。有的學生用蠟燭加熱，有的學生用熱水澆試管底部，有的學生用吹風機吹，最后總結出內外氣壓相互抗衡是使該類現象出現的根本原因。

（三）增強問題意識，強化知識遷移

美國心理學家、結構主義教育思想的代表人物布魯納說過：使學生對一門學科有興趣的最好方法是使他知道這門學科是值得學習的。為了使學生充分理解實驗原理、實驗現象的本質，教師在實驗教學中要增強學生的問題意識，引導學生像科學家那樣探索知識，體會實驗的樂趣，樂于把錯誤或失誤的部分表達出來，讓同學們評判。實驗結束后，教師可以鼓勵學生用個性化的圖文結合的方式重現實驗流程，用專業、嚴謹的實驗報告展示實驗的成果，針對實驗過程中的易錯點及現象，設置相應的問答題。

例如，在教學“磁力線”實驗后設置以下問題：

（1）撒在磁鐵周圍的鐵粉靜止時受到了哪些力的作用？以其中一粒鐵粉為例畫出受力示意圖。

（2）輕敲玻璃板后，有哪些力會發生明顯的變化？最終會導致什么結果？

學生在實驗活動中感受到了快樂，實驗結束后得到了有針對性的解答，認識到實踐活動對科學學習是有用的，進而提高學習科學知識的積極性。

綜上所述，科學現象蘊藏科學本質，科學實驗教學將實驗現象重現，實驗說理要求將相關本質問題表達清楚。在科學實驗教學中應多關注問題，剖析現象，這就要求教師設計的問題串一定要精準。只要教師不斷思考，不斷嘗試，就一定能讓科學實驗教學更加“有理”“有據”“有用”。