初中科学实施开放式实验教学的实践研究

摘 要:实施开放式实验教学是改革传统的验证性实验教学的有效途径,其目的是为了落实新课程标准,实现科学的探究式学习方式,在于让学生在掌握有关知识和技能的同时,获得较高的创新意识和创新能力。开放式实验教学就是在实验的时间、空间、内容、管理手段和评价上开放,让学生自主选择学习内容,实现探究学习能力的培养。本文针对目前传统实验教学存在的问题,提出了初中科学实施开放式实验教学的基本思路,并分别从教学方法、教学管理、教学评价等方面进行了实践探索。

关键词:初中科学; 开放式; 实验教学

中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2010)4-006-003

新课程标准规定:科学课程将通过科学探究的学习方式,让学生体验科学探究活动的过程和方法,发展初步的科学探究能力。科学的核心是探究,所有学生在学习科学课程时必须突出科学探究的学习方式,为了达到这个目的应该向学生提供充分的科学探究机会,让学生通过手脑并用的探究活动,体验探究过程的曲折和乐趣,学习科学的方法,发展科学探究所需要的能力并增进对科学探究的理解。

实验教学的目的是学生通过实验的方法,加深对理论知识的理解,掌握基本的实验技能,让学生在实验过程中不断探索未知,从而提高学生自身探究科学的能力和实践动手能力。为了实现科学教学目标,根据科学课程的特征,我们认为应该大力改进科学课程的实验教学及管理模式,以促进教学目标的达成。因此我们在初中科学课程实验教学中尝试实施开放式实验教学,取得了较好的效果。

一、开放式实验教学与传统实验教学的区别

1.实验理念不相同

开放式实验教学推崇的是“人人都能成功”的理念。它是一种在时间上、空间上、教学内容上、实验资源上、管理手段上都对学生开放的个性化实验教学形式,是一种在学生掌握基本知识与经过严格的技能训练后,根据自己的能力、个性特点、兴趣爱好自主地选择实验内容和实验时间进行学习的实验模式。它要求教师必须有现代教育的观念和意识,在实验教学中必须体现素质教育理念、开放教育理念和能力本位理念。

2.教学主体不相同

传统的实验教学方法是以教师为中心,并限时在实验室里进行。教师是传授知识和技能的主体,讲究纪律秩序,追求精确有致,所以往往是教师先讲授、演示,并在黑板上写好预先设定好的实验内容、实验方法、实验步骤,学生依样画瓢地进行操作,被动地接受知识和技能。而开放式实验教学则关注每一个个体差异性和创造性的特质,充分调动学生学习的主动性、独立性和创造性,学生被推到实验的主体位置。在实验过程中,学生享有选定实验课题、选择仪器设备、制定实验步骤、处理和分析实验数据与实验结果的权利,教师只是对整个实验过程进行动态控制,在关键环节上对学生进行启发、激励、引导和指导,并及时对实验效果进行评价。

3.教学方法不相同

传统的实验教学方式单一,具有较强的验证性和模仿性。实验前,教师通常对实验目的、原理、内容、仪器设备、实验步骤、数据表格、数据处理方法等有详细讲解,甚至进行操作示范,学生做实验只需“按部就班”即可。而对那些超长时间的生物实验,就无能为力,只能不做,连老师的演示实验也被偷工减料。这种教学方式忽视了学生学习的主观能动性,不仅扼杀了学生的创新思维,也严重阻碍了实验教学质量的提高,不利于科学课程教学目标的达成。而开放式实验教学是动态的实验教学模式,它给学生提供宽松和谐的实验环境和较大的创新空间,更加注重知能的结合,把更多的时间留给学生自主思考、自主探索。同时,也把交流沟通技能和团队合作精神的训练融入实验环节中。

4.评价体系不相同

开放式实验教学要建立科学、开放的教学评价体系,改变过去以掌握知识为主要评价要素的传统人才评价标准,建立创新人才综合素质的评价体系。

二、开放式实验教学的方式

所谓的开放式实验教学,是指学校的实验室在时间、空间、内容和教学方法对初中学生开放,由学生自主选择并进行实验学习与探究,从而促进初中学生学习科学的积极性。

1.实验时间的开放

传统的实验教学只在课内时间对学生开放,无论学生动手能力强弱,动作的快慢,一律在老师规定的时间内完成。这样,从某种角度来说,促使学生模仿老师的示范赶进度,没有闲暇去思考,去分析。现在实行实验时间的开放,学生可以利用课余时间去实验室做实验,对学有余力的学生可以增加实验内容,进一步探究巩固有关知识,去思考,去举一反三,融会贯通。对动手能力欠强的学生,在规定时间完不成的实验可以利用课余时间继续实验,去完成学习任务。对有些生物实验需要几天的实验时间因开放也能完成了。

实验时间的开放既能满足学习能力强的学生继续深层次的探究,又能照顾学习能力偏弱的学生自主完成规定的实验内容,还能满足需要长时间观察的实验的完成,是真正实现学生学有所得的好途径。实验时间开放具体的形式可以实行老师规定的定时开放和学生要求的预约开放。

2.实验空间的开放

传统的实验教学,仅仅放在实验室里进行,抑制了某些实验的进行。如生物学中的光合作用实验需要花28小时以上,如果都在实验室里做,就会长期占用实验室而影响其它实验。现在我们开放实验空间,实验可以在在验室里做也可以在实验室外做,可以在校内做,也可以在校外做,甚至可以带到家里去做。我们改变了科学实验室的封闭式管理状态,把课堂搬入实验室,将课堂创设成“一个购物的超市”,学生需要什么就能取到什么,让学生随时随地设计实验、选择仪器、自主探究,全面提高每一个学生的科学探究能力。

比如上面所述的光合作用的实验共有四个步骤:第一步,把盆栽的天竺葵(银边天竺葵)放在黑暗的地方一昼夜。第二天,用两张大小相等的铝箔纸在叶片绿色部分的相同的位置从上下两面盖严,并用大头针固定,然后放到阳光下照射。第二步,4小时后,去掉铝箔纸,将叶片摘下。第三步,把叶片放到盛有酒精的小烧杯中,水浴加热,仔细观察叶片和酒精的颜色变化。第四步,到叶片褪成黄白色时,取出叶片并用清水洗净后,滴上碘液。几分钟后,用清水冲掉叶片上的碘液,观察叶片的颜色是否发生变化。这个实验前两个步骤完全可以在家里做,这样可以大大缩短实验室的占用时间。

只要有利于学生学习,在不影响他人和环境以及实验质量的前提下,什么地方都可以做。

3.实验内容的开放

实验内容既可以是书内的,也可以是书外;既可以是必做的,也可以是选做的;既可以是老师指定的,也可以是学生自行设计的;既可以是验证性的也可以是探究性;还可以是电子百拼、无线电测向、航模、海模等青少年科技活动的内容;一切不受限制。

对于老师在课堂上做过的演示实验,学生觉得没看清楚,可以自己去实验室亲手做一做;有些化学实验看起来好像是老师在变魔术似的,有点疑问,则可以自己去体验一下;学生还可以亲手准备上课要用到的实验观察对象,像《细菌和真菌》中需要观察的细菌和真菌,学生可以凭自己的喜好,带上自己平时喜欢的食物如肉、面包、米饭、水果等等到实验室来培养细菌和真菌,同时探究食物变质的原因以及保存的方法。这些身边的科学、生活中的科学的探究,能大大激发学生的学习兴趣。

4.实验资源的开放

一般实验设备和仪器分演示用和学生用两类,只要有利于学生学习,无论什么设备仪器,都可以向学生开放,也就是说所有的仪器学生都可以使用。教师一定要提高认识,一方面要最大限度地利用实验室现有的药品、器材,充分挖掘其实验功能,做到一物多用、废物利用;另一方面也要积极提倡用日常器具做实验,让学生身边的物品和器具成为重要的科学实验室资源,既有利于发扬勤俭办学的优良传统,又有利于开发学生的智力和培养动手能力。

如我们在科学教学中常常用贝壳或鸡蛋壳代替碳酸钙,用食用碱代替碳酸钠,用废电池的外壳代替锌粒,用食醋代替醋酸,用废弃的饮料瓶和小药瓶作反应容器,用脸盆作水槽等。这决不是权宜之计,而是让学生在潜移默化中意识到科学实验并不神秘,科学就在身边,从而培养学生热爱科学的情感。

5.管理手段的开放

利用现代教育技术手段,建立开放实验项目管理系统, 可以将开放实验的时间、地点、可供选择的实验项目、实验室拥有的仪器设备和仪器的使用说明、注意事项等信息公布于网上,以方便学生随时查阅。学生要求开放实验项目的申请,以及学生自行设计实验的报告,任课老师对学生自行设计的实验的可行性评价、审批;实验报告的提交,实验成绩的录入,实验的预约、登记等均通过网上办理。不仅大大节约了时间,提高了管理效率,而且使得管理工作更加灵活、科学。同时,还可以公布点评师生开发或设计的创新型实验的合理性和科学性,促进创新实验教学的进一步的深入。

三、开放式实验教学的管理

开放,不是放任。放而不能乱,放而有序是我们的追求,其实就是要实行合理的管理。

1.实验教师的管理

教师是开放性实验教学的主导力量。他们的科学素养高低直接影响着开放性实验教学的成败。所以要加强对教师业务的培训与敬业精神的培养。

科学课程融合了原来初中物理、化学、生物、天文、地理、气象等知识,是一门综合性、实验性极强的九年制义务教育课程。而我们的任课老师学的知识是分专业的,实验老师也不是专门的实验专业毕业的。因此我们要求任课老师和实验老师积极开展教研活动,参加各种有关培训,自学相关专业知识,并共同钻研教材,教学相长。尤其在实验操作上更要一起探讨,提高对所有器材使用能力和各类实验的操作能力。鉴于科学课程的特殊性和开放式实验教学的必要性,有关老师都应该取得相应实验教师的专业培训合格证书,使得每一位老师无论在理论知识的传授上还是实验技能的操作上都能独挡一面,以适应开放式实验教学。

2.实验学生的管理

实验室开放必须坚持面向全体学生、面向所有实验,这大大增加了实验老师的工作量和管理难度。实验室管理的制度化,规范化,科学化显得尤为重要。在强调落实《实验仪器的赔偿制度》、《实验室安全管理制度》、《中小学学生实验规则》、《实验仪器的操作规程》、《实验室学生实验规则》等常规管理制度外,结合开放式实验教学的实际应制订《实验仪器的外借制度》、《开放实验的预约制度》等,并必须严格执行。

开放式实验教学强调学生的主体地位,但是学生预约实验的可行性、安全性由指导老师把好关。实验的每个环节都由学生独立完成,指导教师在整个实验过程中只是起到启发和引导的作用,只有在学生提出请求时才给予必要的指导,而且应鼓励学生自行解决实验过程中遇到的困难,提高学生独立分析问题、解决问题的能力。

3.实验资源的管理

实验室课余开放后,实验项目增加,仪器设备与易耗品的需求量会大大增加。对学校的经费构成很大压力。我们有关老师在落实好常规管理工作外,根据新出现的问题应设计出新的应对办法,想方设法减少损耗,为学校减负,努力降低教学成本。

一是降低损耗率。降低实验器材损耗措施主要有三条:规范操作:鉴于初中学生刚接触实验仪器的实际,在开放前老师应该对他们实行基本仪器使用及操作的培训,正确使用仪器,规范他们的操作行为,减少操作失误的发生,降低仪器设备的意外损耗率。限量配置:在准备化学学生实验时,试剂的配置可以根据实际用量而定,经我们长期实践经验证明,绝大部分实验试剂的配置放量20%即可。对试纸、比色卡等易被污染的器材,更要限量发放,降低浪费。限量采购:对那些容易被氧化,易挥发的药品(如盐酸等)要限量采购。平时工作中要定期检查药品,防止药品变质。

改进实验可以减少仪器的使用数量。如晶体的熔解实验,需要用大试管、烧杯、酒精灯、铁架台、火柴、温度计、萘粉、水、搅拌玻璃棒、铁环、石棉网、线共12样器材,而且成功率不高,但改用冰来研究其熔解的特性,学生只要用一只温度计在家里就可以实验,步骤是:用家用冰箱获得冰块,把冰块用毛巾包起来,用铁锤将冰块敲碎。空可乐瓶截取上部后替代烧杯,然后将碎冰放入,在碎冰中插入温度计,用筷子做搅拌器,即可在室温下实验冰的熔解,观察晶体熔解的特性,而且效果不错。

二是提高利用率。化学药品要限量使用,即使多余了,要做好回收。例如:在用锌与稀硫酸反应制作氢气,未反应完的锌粒要回收,下次再用。同时把生成的硫酸锌收集起来,可以用作电解质导电实验,也可以用来钡离子检验硫酸根离子的实验。通过限量、回收既降低了成本,又培养学生节约的美德。

三是对外借仪器的约束。为了促进实验教学开放,给学生提供更多的实验空间,我们允许学生外借实验器材。但凡是外借的仪器一律要重新包装后出借。初中学生自我控制能力有限,自我保护意识不强,外借的器材许可范围要缩小,那些易燃易爆,有毒有害,有安全隐患的器材不能借。能产生易燃易爆、有毒有害物质的实验不能离开指导老师的视野,以防不测。

加强仪器设备及材料管理是促进开放实验室必要举措。实验老师应根据实验的需要提供相应的保障,加强对仪器设备及材料的管理、维修、保养,使所有器材时时刻刻处于完好可用状态,以保证实验教学的顺利开展。

四、开放式实验教学的评价

客观公正地对学生开放性实验的评价能促进开放性实验教学的深入。因此我们任课老师和实验老师要对学生实验成绩的评定,不是只以平时实验报告的成绩来总评,更不是以死记硬背的答卷方式来进行。应考评实验的整个过程, 包括实验内容的挑选、步骤的设计、准备过程、器材的使用、操作水平、数据处理等多个环节,通过整体分析,肯定其成功之处,指出其存在的问题,以便及时总结经验。特别是探究性、创新性和器材的替代性要给予高度的评价,积极地鼓励,以激发学生学习科学,探究科学的积极性。变知识考核为全面能力考核和综合素质考核,特别侧重学生的创新精神和能力的考核,对其实际能力进行全面的评价。

如我们在实验中采用了学生活动表现评价,把评价贯穿于实验的全过程。在实验中,我们采用了以小组为单位的设计、操作和全程的活动表现评价的方式。教师不再详细介绍整个实验过程,而是提供一定的材料、用具,请学生通过探讨并合作完成。学生可借鉴课本而不拘泥于课本,尝试各种方法得到最佳的实验结果。我们的评价则全程进行,及时对学生的实验过程提出问题,发现有创意的方法也即时反馈,在全班公示。

表:科学实验过程性评价表

与传统的单一评价方式相比,初中科学开放式实验教学的评价更有利于评价学生科学素养的提高与发展,并能有效地促进学生转变学习方式,学会反思和自我评价,并能有效地转变教师的教学方式,积极地促进学生的全面发展。

结束语:初中科学实施开放式实验教学,是充分利用现有的实验条件,为初中学生提供一个开放的、宽松的探究环境,同时也为初中学生进行科技活动提供了重要场地。开放式实验教学打破了传统实验教学模式的束缚,鼓励学生利用业余时间参加实验室的各种开放活动,主要目的就是培养学生的创新能力和动手能力、独立思维和设计思维、分析解决问题的能力以及团队协作精神等多方面的综合素质,为学生发展打下坚实的基础。总之,我们要以开放的实验教学观念、开放的教学方式、开放的教学管理和开放的教学评价去激发学生的创造欲望和创造热情,开发创新潜能,培养自主创新精神,也就是要以创新的教育,培养创新的人才。

参考文献:

[1] 张晓冬.关于实验室课余开放及其管理的探讨,教育教学研究2009年第29期

[2]李娜.实施开放式实验教学提高学生创新能力, 职业教育研究2009年8月