时间:2022-08-22 06:57:07

本文作者:梁亦龙卢利平范欢曾垂省张继承作者单位:重庆邮电大学生物信息学院
验证性实验强调证明科学事实、概念、理论的活动,通过完整的实验框架和实验过程的完成,重新验证实验结果是否达到原理所描述,目的重在使学生理解和掌握这个实验,以达到熟悉生物相关原理的目的。一般常规是通过介绍相关原理,回顾重要的概念,再介绍实验步骤分析实验结果,提出注意事项,或针对学生普遍容易出现错误的实验操作进行示范,最后引导学生科学结论验证。
验证性虚拟实验教学过程
(1)验证性虚拟实验网页组成验证性虚拟生物化学实验室的网页页面由图1所示。(2)实验例证基因体外扩增技术(PCR实验)①原理:先图示或动画PCR原理、过程和应用,并解释相关概念,包括引物、DNA聚合酶、核苷酸、模板等基本概念。②样品、材料准备:包括相关试剂、PCR仪、手套、无菌操作台、枪、枪头等,并配上相关图片。③PCR扩增:包含PCR过程、结果,用动画和图片,充分让学生了解其原理和过程。④PCR结果检测:对出现的结果分别进行分析。有单一条带是表明PCR是特异性扩增,无条带可能是什么原因,条带不单一可能是什么原因,每一结果都用不同的图片来显示给实验者,让学生在虚拟情况下就能分析实验结果。用虚拟PCR仪代替传统仪器来进行数据处理,观察和分析实验结果,结合实验图片或动画将每个步骤的过程展现给实验者,把每个步骤中容易出错的部分给标记出来,并对实验的不同结果进行分析,这样能有效地帮助学生理解问题并对错误操作有感性认识。
综合性虚拟实验教学组成
虚拟实验室也可增加综合性实验。在虚拟实验室中,尝试用已有的报道的研究资料作为综合实验的来源。将生物实验研究的学习置于探究的背景下,将综合性实验已有报道看成“问题是什么”,“用何种实验能回答这个问题”,“如何设计实验进行验证”,也就是“What?How?Why?”从而重视在探究过程中获得综合素质的提高,使科学知识能在不断的设问中得到升华。(1)综合性虚拟实验网页组成本实验室所作的综合性实验网页如图2所示。其中研究文献包括本实验的研究报告及相关文献。综合性实验还可通过让学生自由选题,设定实验方案后,利用虚拟仪器进行实验,并作出结果预测,从而来提高学生的创新和科研能力。(2)实验例证研究干旱对植物抗氧化酶的影响[6]。①写出本实验的研究背景,研究目的。首先阐明植物受不良外因影响后,会出现的各种现象。研究干旱地方植物抗旱生理生化状况,对干旱地方植被恢复奠定良好的理论基础。开展植物抗旱的生理抗(耐)性机理能为植物物种栽培提供依据。②列出实验的假设,并据此设计实验过程。植物在不良环境,会出现相应生理生化变化,测定相应气体交换参数,测定相关的抗氧化酶的活性变化。各种抗氧化酶在生物体中的作用,并分别写出相关酶的测定方法。③结果分析。对不同状态下的结果进行分析。④后续实验的进一步完善。对实验证明不完善的地方加以分析,并提出完善的方法,运用多种实验方法加以改进研究。本实验则可以在测定生理生化变化后,进一步进行基因表达的研究,检测不同条件下基因表达的变化。再将相关的文献附上[7-9],即可让学生明白研究具体课题的一个基本步骤,为其今后的科研打下良好的实验基础。本实验室的综合性实验包括植物的抗氧化酶研究、内生菌的抗菌物质提取、多糖的抗肿瘤研究等8个实验。这些实验,通过选取不同的实验材料,采用不同的实验方法,让学生对科学研究的过程有一个深入的了解,能弥补简单的独立实验不足,对学生今后的更进一步的深造打下坚实基础,效果显著。学生普遍反映对其生物化学知识有了深入的了解,并对科研论文有了基本认识,提高了学生毕业设计的实验设计能力与实际动手能力。
虚拟实验视频
实验视频是通过现场录制,展示实验所需仪器、操作过程、实验要点。通过视频,教师进行详细讲解并作出示范,可给学生直观认识,并在视频中详细指出实验过程中易错之处,对出现的不同结果进行分析实验。大型精密仪器也可以在虚拟实验室中全面展现,诸如基因测序仪、细胞流式仪、核磁共振等。学生还可掌握生物医学中前沿实验技术如酵母双杂交技术和蛋白质双向电泳。通过虚拟的过程了解其原理、操作条件、操作过程,在无消耗的情况下可节省资源、节约时间、节省场地,并可加深实验认识,开拓视野,增强学生的动手能力。
虚拟实验反馈
反馈系统由在线答疑、讨论和测试等组成。以BBS的形式为学生提供答疑和学习讨论、学习心得交流园地,在线测试可根据每个实验设计不同的试题,通过在线提交,并及时反馈实验信息,并要求学生提交后续实验的设想。虚拟生物化学实验建立在一个虚拟的实验环境中,注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。它可以有效缓解很多高校在经费、场地、仪器等方面面临的困难和压力。而且开展网上虚拟实验教学能够改变传统实验对时空要求的限制,在任何地点,只需联网,都可以自由、进入虚拟实验室,操作仪器,进行各种实验[10],有助于提高实验学生对实验掌握,提高教学质量,还可以减轻实验室管理的压力,方便异地协作和资源共享。虚拟实验室这种教学方式必将受到愈来愈多得重视和青睐,成为改革实验教学手段、强化实验室建设的一个重要发展趋势。
摘要:小学生、创造力、培养、实验
一、新问题提出
创造力是人的综合素养,包括多种心理成分。在本探究中.作为操作定义,创造力是指创造性思维能力和创造性个性倾向。
创造力是人类进行创造性学习和工作的心理基础,是创造型人才的关键特征。近年来,世界各国都把开发学生的创造力作为改革的目标。当前,我国的基础教育改革的方向是全面实施素质教育,而实施素质教育的重点是培养学生的创新精神和实践能力。总书记多次强调摘要:“创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力,也是一个政党永葆生气的源泉。”一个没有创新能力的民族难以屹立世界民族之林。21世纪是一个知识经济的时代,社会和经济的发展主要依靠知识创新和知识的创造性应用。因此,培养学生的创造力,是我国培养世纪人才,实施“科教兴国”战略的迫切要求,是我们教育改革的重点课题。
还在40年前,日本在《有关人的能力政策的报告》里说摘要:“比什么都重要的是通过教育使广大国民具有可能实现自主技术的基础教养和创造性能力”、“培养基础能力就是养成不依靠他人,而是独立思索,自己产生解决新问题的思想、态度和方法,即形成创造力。”发达国家的教育普遍重视培养学生的创造力,并作了大量的实证性探究为教育提供了切实的依据。但是,我国到目前为止在培养学生创造力方面的实证性探究还不多,非凡是在语文、数学教学中如何实施创造性教学还缺少系统的探究。
为了深入探索培养学生创造力的有关新问题,我校确定在四年级语文、数学学科教学中进行创造力实验探究。探究的新问题主要有三个摘要:一是创造力能不能培养摘要:二是小学语文教学和数学教学能不能培养学生的创造力;三是小学生语文、数学学习负担较重,若再进行创造力实验,会不会影响学业成绩,影响教学质量。
本实验探究的目的在于摘要:用实证性方法对上述新问题进行检验,并探索小学语文、数学培养学生创造力的教学策略。本假设是摘要:
1、智力一般正常的学生都有创造潜能,但这种潜能只有通过培养才能得到现实的开发。
2、在语文教学、数学教学过程中,只要根据教材特征,充分地运用创造性教学策略,有目的、有计划地激发学生的创造潜能,就能使学生的创造力得到发展和提高。
3、创造力的发展能给学生创造性地学习语文和数学提供条件,从而促进学生对语文、数学知识技能的把握和运用,创造力实验将有助于提高学生的学业成绩,提高教学质量。
二、探究方法
本实验探究在自然状态下,并施加一定的人工控制,采用目标对比和横向辅助对比相结合,定量和定性相结合的实验方法。目标对比就是将实验检测结果和实验设计目标对比,从而验证“自变量”对“因变量”的功能的有效性。横向对比就是将实验班检测结果和同年级非实验班在创造力方面的检测结果进行对比。利用对比的结果来说明的有效性。
(—)实验对象
根据智力水平、学业成绩相当原则,从我校四年级的两个教学班中抽出四一为实验班,四二为对照班。实验学科为语文、数学。实验班共49人,对照班共47人。实验班三年级期末语文、数学成绩平均分为88.1和80.07,对照班语文、数学平均分为89.07和85.5,两班以上成绩,都无显著差异。实验周期3年,1999年9月至2002年7月止。
(二)实验检测
1、检测项目
为保证实验结果的信度和效度,我们按如下实验项目,进行检测摘要:
(1)学生思维的流畅性、变通性和精致性的检测;
(2)学生个性倾向的好奇性、想象性、挑战性和冒险性的检测;
(3)学生的语文、数学基础知识、基本技能等素质的检测。
2、测试工具
(1)《托兰斯创造思维测验—图画》(TTCT—图画)这是美国明尼苏达大学教育心理系前主任托兰斯(E·P·Torrance)于20世纪60年代中叶设计的、用来测量学生创造性思维的工具,是目前国际上公认的信度、效度很高的“权威性的测量创造性的手段”(格洛弗,1990)。四年级团体施测。
(2)《威廉斯创造力倾向测验量表》摘要:这是美国闻名的创造力教学探究专家威廉斯(F·E·willians)设计的,被认为是一个“信度高、效果好”的测量创造性的工具。主要测量受试者的好奇心、想象力、挑战性和冒险性四项个性特质水平。该量表共50道题,答案为三选一,团体施测,测验后可得到4种因素分数和总分,共5个分数。
(3)“知识、技能标准测查”,将根据语文、数学教学大纲和教材要求,采用教研室统—试题测试,主要考查学生的“基础知识、基本技能”等项素质。
3、检测步骤
以教学班为单位,用团体施测的方式对实验班和对照班的学生,同时进行上述各项检测,测验后,先根据常模评出每个学生的(TTCT-图画)成绩,按评分要求评出每个学生的创造性倾向和学业成绩。然后全部输入电脑进统计分析。各项数据小数点之后,保留两位,四舍五入。
4、检测时间
前测在四年级入学后第一个月进行,后测在六年级结业前一个月进行。
(三)教学策略(自变量)
1、实验班的语文、数学课教学,在依据现行教材认真传授知识技能的同时,自觉地运用18种教学方法,如发散性提问、延迟评价、集体讨沦、思路提示、急骤联想、多向求解、指导发现、激疑存疑等,对照班则不系统地运用这些策略。
2、实验班每周一节的活动课改上创造性思维练习课。结合有关知识,创设新问题情境,鼓励和引导学生积极进行联想、想象、类比、推理、判定,培养学生灵活运用多种方法创造性地解决新问题的能力、喜好和独立解决新问题的习惯。对照班仍上常规的活动课。
3、不论是课堂教学,还是创造性思维练习课,都要十分注重对学生创造性个性倾向的培养,因此都要贯彻如下l0条教学原则摘要:主体主导原则、求异求优原则、启发探索原则、实践操作原则、民主和谐原则、因材施教原则、成功激励原则、积极评价原则、全体全面原则、不悖论理原则。
(四)干扰变量的控制
1、实验班和对照班学生,在智力水平和学业成绩等方面,要大体相当;
2、实验班和对照班,在任课教师水平和班主任管理水平,要大体相当;
3、实验班和对照班所使用的教材相同,进行课堂教学和课外辅导的时间大致相等,实验班不另外增加课时;
4、保证正常的教学秩序,不造成人为的竞争氛围。
三、结果和分析
(一)实验班(A)和对照班(B)学生TTCT(图画)前、后测成绩和分析
TTCT(托兰斯创造性思维检测)图画部分,包括3个项目,按照流畅性、独创性、标题抽象性、精致性以及抗过早封闭性(沉思)计分,连同总分可得5个分数。5项的均分为图画分,实验班(A)和对照班(B)学生TTCT(图画)的前后测成绩见表1摘要:
表1摘要:学生TTCT前后测成绩比较
NMaxMinXSZ检验
前测A491106490.210.342.07
B471126385.3211.89
后测A49156.480.2113.715.646.15**
B47113.679.896.4711.50
注摘要:*P%26lt;0.05,**P%26lt;0.01下同
表1说明摘要:实验开始时,实验班和对照班学生的TTCT水平基本相同,均分(X)和标准差(S)都相差无几,但在实验结束时,两班水平则有了非常显著的差异,实验班非常显著的超过了对照班,均分(X)超过对照班近17分,Z检验值高达6.15(P%26lt;0.01)。
进一步分析显示,作为TTCT(图画)测试的几个项目,即思维的流畅性、独创性、标题抽象性、精致性和抗过早封闭性等5个项目分,全部十分显著的超过对照班(P%26lt;0.01)无一例外。从表1可以看出在创造性教学策略的指导下,经过3年的创造性教学,实验班和对照班学生的TTCT(图画)成绩已有了很大差异,这说明3年的创造性教学使学生的创造性思维得到了较大的发展。
(二)、实验班(A)和对照班(B)学生创造性倾向前后测成绩和分析
威廉思创造性倾向测验包括冒险性、好奇性、想象性和挑战性四项内容,这四个项目之和为总分,总分代表创造性倾向水平,实验班(A)和对照班(B)学生创造性倾向前后测成绩比较见表2摘要:
表2摘要:实验班(A)和对照班(B)学生创造性倾向前后测成绩比较
NMaxMinXSZ检验
前测A4912689105.949.62-0.09
B4712781106.119.46
后测A49142116130.456.616.45**
B4713785116.7713.02
表2显示,实验开始时,两班学生的创造性倾向水平无显著差异,两班水平基本一致,但经过3年的创造性教学,实验班和对照班的创造性倾向水平发生了非常明显的变化,两者的总分出现了显著的差异,实验班明显高于对照班(Z=6.45P%26lt;0.01)。
进一步分析显示,构成创造性倾向的四个项目分,即冒险性、好奇性、挑战性和想象性,均由无显著差异而变为差异非常显著,Z检验值介和4.79至9.02之间,(P%26lt;0.01)。这说明了实验班学生的创造性倾向的发展比对照班快的多。
(三)、实验班(A)和对照班(B)学生学业成绩前后测成绩和分析
为检验实验变量对学生学习的影响,我们对实验班和对照班的语文、数学知识技能进行了测查,测试采用区教研室统一命题,以统考分数为依据,语文包括基础知识、阅读理解和作文三大部分,数学包括数的概念,空间关系和基本能力三个部分,前后测成绩见表3摘要:
表3摘要:实验班(A)和对照班(B)学生学业成绩前后测成绩比较
NMaxMinXSZ检验
前测语文A4999.55788.17.31-0.65
B4797.57089.077.30
数学A4910018.580.0719.81-1.92
B4710040.585.513.89
后测语文A499454.579.79.01-1.54
B4792.55282.357.84
数学A4910034.586.815.58-1.17
B4710037.589.9910.82
从表3可以看出,实验开始时,对照班的学生的语文、数学的学业成绩均略高于实验班,虽然都未达到显著差异的程度,但数学科目的Z检验值已高达-1.92,不可忽视。实验结束时,实验班学生的语、数平均分均低于对照班,Z检验值语文由原来的-0.65变为-1.54,呈下降趋向,数学由原来的-1.92变为-1.17,差异程度有所降低,但两者的差异程度均未达到显著水平。由此可知,虽然经过3年的创造性教学,未能使学生的学业成绩大幅提高,但至少可以说明,进行创造性教学不会降低学生的学业成绩。另外说明一点,在3年的实验中,由于一些非凡的原因导致创造性思维练习课在中途换了教师,因此也可能影响实验的效度。假如实验教师能够再深入的领会创造性教学的原则、方法和教学形式,并结合自身实际情况,创造新的教学方法,可能会产生更好的效果。
四、讨论
1、学生的创造力能不能通过教学加以培养
国内外有不少学者认为,学生的创造力是不能通过教学培养的。我们实验组的老师也曾产生过这样的疑问摘要:“创造力能教吗?带着这些新问题,我们开始了实验。经过3年的实验探索,结果证实摘要:学生的创造力是可以通过教学加以培养的。实验班和对照班共96名学生,实验开始时,他们的创造性思维、创造性倾向水平均无明显差异,但在严格控制了干扰变量的条件下,通过3年的创造性教学有目的、有计划的培养,实验班学生的创造性思维和创造性倾向都有了明显的进步。而没有进行这种培养的对照班学生的创造性思维和创造性倾向都在“原地踏步”。这就充分说明;具有正常智力的学生都有创造潜能,但这种潜能不会自发地转化而成为现实的创造力,只有通过有目的、有计划的培养才能得到现实的开发。学生的创造力培养则发展,不培养则停滞。这是我们实验证实的结论之一。
2、小学语文、数学教学能不能培养学生的创造力
本实验探究证实摘要:语文、数学教学是可以培养学生的创造力的,但前提是实施创造性教学策略,即实施能够促进学生创造力发展的教学原则和教学方法。实验班和对照班,都开设了语文、数学课,而且教材相同、要求相同、课时相等,就连教师的教学和管理水平也大体相当。但3年之后,实验班学生的创造力发展却远在对照班之上,产生这些变化的原因是什么?原因是实验班教师在教学中很好地运用了创造性教学策略,即坚持了全体全面、求异求优、启发探索、成功激励等原则,使用了发散性提问、延迟评价、集体讨论、多向求解等方法,、鼓励学生质疑问难、猜测想象、大胆创新,正是这些教学策略使学生的创造能力和创新精神有了很大的发展。
一般地说,课堂教学是创造力培养的主渠道、主阵地。但我们的实验结果表明,这一命题只有在改革教学方法,实施创造性教学策略的前提下才能成立。不改革教学方法,学生的创造力不可能自发地发展。目前课堂教学中有些陈旧的教学方法和思想,可能是束缚学生创造力发展的重要因素,这一新问题应该引起大家的关注和思索。
3、创造性教学实验是否会降低教学质量
本实验探究证实,创造性教学实验虽然没有使实验班学生的学业成绩产生大幅度的提高,但也没有降低学业成绩。我们从实验班49名学生和对照班47名学生的期末语文、数学成绩对比中可以看到摘要:实验前,实验班和对照班学生语文和数学成绩均无明显差异。经过3年实验,实验班和对照班的语文和数学平均成绩也未产生显著差异。但从实验班学生在平时口头作文时思维灵敏、表达流畅、想象独特,敢说、会说,说得出色;在“口头分析解答应用题”时,思路清楚、思维广阔,能迅速发现算题中的数量关系,说明解题的思路和过程,并力求“一题多解”、“求新求异”;所有这些都说明,创造性教学实验在不影响学业成绩的情况下,还能促进学生思维能力的发展。在当前大力发展素质教育的情况下,结合课堂教学开展创造力培养,就更值得肯定了。
五、结论和建议
1、智力正常的学生都有创造潜能,但创造潜能要发展为现实的创造力,需要有目的、有计划地培养教育,培养则发展,不培养则停滞,甚至萎缩。因此,我们建议学校、社会、家庭要十分关注对青少年进行创造教育,方方面面都要为创造教育的实施创设良好的氛围。
2、语文、数学课堂教学是培养学生创造力的主渠道,但这一命题只有在实施创造性教学策略的前提下才能成立。因此,我们建议摘要:对现行教学中,那些不利于学生创造力发展的教学思想、教学方法、教学手段等应当进行改革。
1大学物理实验双语教学的目标
大学物理实验双语教学,是一门非语言课程利用关语教学的一种方式。在教学过程中,使用关语教材、用关文讲授、关文板书、关文提问、采用关文布置作业和考试命题。开展双语教学,可使教师跟踪掌握国外先进的教学模式和最新课程内容,提高学生获取国外先进利技成就的能力和专业外语水平,培养学生的国际视野和国际交流能力.。将双语教学运用十物理实验教学之中,其宗旨是不仅要使学生掌握物理实验的基础知识、基木原理和基木方法;同时给予学生应用关语的机会,学会物理实验的专业关汉术语,提高自学能力。在此基础上,训练学生用双语思维能力获取知识,从血达到培养学生创新意识和创造力的目的。
2大学物理实验开展双语教学的可行性分析
2.1教学对象
我院大学物理实验课程选择在学生的第二学期和第二学期开设,这时的学生己基木适应了大学的课堂学习,有了一定的学习卞动性。但双语教学毕竟不同十母语教学,双语教学的开展和实施对学生提出了更高的要求,学生不但要听懂外语,还要同时理解语言背后的物理含义。由十学生木身存在着个体差异,学习能力和外语水平参差不齐。许多来自部队的学生,几乎没有接受过任何听力和曰语训练,突然接触专业关语教学,难免会觉得课程难度大。所以木课程不适宜而对全校所有木利生开展。为了达到较好的教学效果,我们选择关语起点水平较高、专业基础知识扎实井且学有余力的学生开设这门课,井让这部分学生自愿报名的方式进行。给自卞学习能力高、学习兴趣大的学生创造发展的空间和条件。
2.2教学实施而临的困难
虽然开展双语教学具有重要的意义,但教学实施起来仍具有一定的困难。
(1)缺乏相关教材。对十大学物理实验,国外的原版教材从内容到课程标准都和我们不一样;目前国内物理实验双语教学教材只有3木,由十各个院校实验课的项目不一致,即使有相同的实验项目,我们采用的实验方法以及仪器设备也不尽相同,所以教材匿乏成了教学实施的极大阻碍,教师需要自己编写适合木院实验课程的讲义,提前发给学生供学生学习。
(2)迫切需要一支关语水平较高的教师队伍。实验教学上,不仅要求教师精通专业知识,而且对教师和学生的关语听、说、读、写能力提出了极大的挑战。所以这也是导致木课程没有广泛开展的重要原因。
(3)可以借鉴的经验少。目前国内进行大学物理实验课程双语教学的高校比较少,可以借鉴的经验少。教师需要不断从物理实验的教学体系、教学内容、教学方式以及教学手段等方而不断地探索、实践来提高双语教学效果。
2.3教学实施的优势条件
虽然教学实施有一定的困难,但也具有以卜得大独厚的条件。
(1)师生互动便利条件
授课时师生共处一个小实验室,具有适度大小的空间和便十交流的实验小组,使得教师的表达可以清晰地被学生听见。可以而对而进行近距离的各种交流,会使交流双方印象深刻,实验教学效果是理论课堂所无法达到的。
(2)话题条件
实验课堂有具体的实验仪器、实验目的、原理、操作步骤,可以让学生正确地学习专业关语的表述。物理实验的双语教货有利十学生对物理实验的基础知识、基木技能和基木技巧的理解和掌握,可显著提高关语的实际应用能力。
(3)听说读写的自然条件
教师用关语讲解,可以给予学生听力上的训练;学生实验前回答教师提问,以及操作过程中遇到问题请教教师可以训练,学生说的能力;阅读实验讲义涉及一个“读”字;实验结束后,用关语书写实验报告,涉及一个“写”字;显然,学生会得到“听、说、读、写”四个技能的全能训练。因此学生有充裕的时间和良好的环境进行交流,可以通过“边听边看边交流边实践”的方式提高教学效果‘。大学物理实验双语教学比大学物理更容易提升学生的关语水平。该课程的开设为学生的创新实践活动提供了一个途径固。
3教学实施方案设计
目前双语教学普遍有二种模式:过度型、保持型、沉浸型。在性个课程的教学过程中我们可以按照以卜模式循序渐进开展教学。
(1)过度型教学模式
在性个课程的前二分之一阶段可采用过度型双语教货,教师上课之前发放词语表,课堂用语用关语知句,卞要让学生进行专业词7}的积累,让学生慢慢适应双语的教学形式。
(2)保持型教学模式
课程的中间阶段随着学生对专业关语词7}的熟悉,课堂知句听力能力的提高,教师再逐步加大关语授课的比重,实行保持型教学模式。货生使用关文讲义,上课教师基木上中关文各一半授课。课前发给学生顶习材料:讲义、专业词语,开始上课时对专业词语进行强化,减少学习的语言障碍。教师用关语讲解实验背景,使学生逐渐适应关语教学环境;实验原理用关文讲授,对于学生理解困难的部分,需要加入中文解释;实验设备部分涉及的专业词语较多,可根据实际情况采用设置中关文的使用比例;实验内容和要求,涉及实验的难点,讲授时以中文讲授为卞;注意事项和课后思考题用关语讲授;实验报告要求学生用关文撰写。学生实验或讲解中会出现一此疑问,鼓励学生用关语提问。对于多数学生在实验中普遍出现的问题,组织学生使用关语讨论,充分调动学生用关语学习的积极性。
(3)沉浸型教学模式
课程的第二货期,我们在综合性实验中,可以选出部分实验项目进行沉浸型教学,让学生进行分组双语讨论,根据讨论情况,撰写关文实验报告。实验课灵活性较大,我们坚持循序渐进的原则,在进行实验讲解中,中关文使用的比例要根据学生的实际情况来灵活变通。
3总结
固体、液体、气体都可以产生压强,压强对于初中学生学习难度比较大,原因是,压强的知识比较抽象,特别是液体压力的知识需要较强的抽象思维能力;本单元知识又需要综合运用力的概念、密度、二力平衡等知识;解释有关现象、解答问题需要一定的分析表达能力。而且固体、液体、气体的压强量度和测量方法等都各不相同,是中学物理教学中的重要概念,属于物质间的相互作用,具有很强的规律性,它与生活、生产有密切的关系,为了让学生能深刻理解压强的有关知识,我在教学中做到了以下几点。
一、进行比较与归纳,加强物理概念的教学
1.压力与重力的区别与联系。在讲解压力概念时,为了让学生把压力与重力区分开来,我采用了对比教学法。让学生认识到压力与重力是两种不同性质的力,压力不一定由物体的重力产生的,但将一个物体放在水平支撑面静止时,物体对支撑面的压力大小与物体重力的大小相等,讲解时通过画力的示意图举例说明。如:手用力往墙上按图钉,墙壁受图钉尖的压力,压力方向与墙面垂直。施力者是图钉,受力者是墙壁,与图钉受重力大小无关。还可用列表说明,如:以放置在斜面上的质量为m的木块对斜面产生的压力为例,说明这两个力的区别。
施力物体
受力物体
力的作用点
力的方向
力的大小
力的性质
重力
地球
木块
重心
竖直向下
mg
引力
压力
木块
斜面
斜面
垂直于斜面向下
小于mg
弹力
因此,放在水平桌面上的物体,对桌面产生的压力的大小,等于物体本身重量大小的事实,仅说明压力在数值上等于物体的重力,方向相同,不能把它们混为一谈。
弄清楚了压力与重力的区别后,在探究压力作用效果与哪些因素有关时,学生就不会猜想压力作用效果与重力有关,而会猜想与压力有关了。这样将物理量通过比较分析,讲深讲透,学生自然就可以突破难点了。
2.压强公式P=ρgh与P=F/S的关系
学完了固体、液体、气体的压强之后,学生对于公式P=ρgh与P=F/S的应用经常会混淆,不理解各自的适用范围。所以跟学生分析它们之间的区别与联系,有助于学生对于公式与原理的理解,以便能正确的解决实际问题。
(1)公式P=ρgh中的压强是液体由于自身重力产生的压强,它不包括液体受到的外加压强。因而此公式是液体压强公式。由公式可知,液体的内部压强只与液体的密度、液体的深度有关,而跟液体的体积、液体的质量无关。由于液体有流动性,能够传递压强,因而液体压强规律与固体压强不同,分析问题时必须考虑其各自的特殊入情入理。我们可采用列表对比、类比分析问题的研究方法,分析下面一下问题。引导学生学习对前后知识的联系、分析问题的方法。
如将盛一定量液体的容器放置在水平桌面上,容器对桌面产生的压力、压强,与液体对容器底产生的压力、压强是否一定相等(容器重不计)。请看下表:
作用对象
产生原因
压力的大小
压强的大小
对水平桌面
容器和液体都受重力作用
等于容器和水所受的总重,与受力面积无关。
计算方法:F=G
与容器和水所受重力有关,与受力面积有关。
计算方法:p=F/S
对容器底
液体受重力,液体能传递压强
不一定等于液体重,与液体的压强、底面积有关。
柱体:F=G
上小下大:F>G
上大下小:F<G
计算方法:
F=pS=ρghS
与液体密度、深度有关,与容器形状、底面积无关。
计算方法:p=ρgh
由上表可知,求固体压力和压强时一般先求压力再求压强,而求液体压力和压强时,一般先求压强再求压力。懂得了这个求解顺序,再加上对公式意义的理解,以后碰到此类问题时,出错几率大大降低了。
(2)公式P=ρgh的适用范围
这个公式只适用于计算静止液体的压强,不适用于计算固体压强。尽管有时固体产生的压强恰好等于ρgh。例如,将一密度均匀的高为h的长方体或圆柱体铁块放在水平桌面上,桌面受到的压强为P=F/S=ρgV/S=ρghS/S=ρgh,但这只是一种特殊情况,不能由此认为固体由于自身所受策略而产生的对支撑物的压强都可以用p=ρgh来计算。
(3)公式P=ρgh与P=F/S的关系
公式P=F/S是压强的定义式,也是压强的决定式。无论是固体、液体或气体,它都是适用,是普遍用的公式。而P=ρgh是结合液体具体情况,利用P=F/S推导出来的,它只适用于计算液体的压强。能否用公式P=ρgh计算大气压强呢?由于液体很难被压缩,液体的体积不易改变,因而容器内的液体自上而下,其密度都是相同的。由于气体是可以被压缩的,气体的体积容易改变,一定质量的气体,当外加压强增大时,它的体积将缩小,气体密度要增大,所以,在大气层内不同高度的地方,空气的密度不一样,靠近地面的空气密度比较大,越高的地方空气的密度越小。由于大气层中空气的密度不均匀,因此不能用p=ρgh计算大气层中某一高度的大气压强。
通过以上的分析与比较,学生对于固体、液体、气体的压强就有了深刻的理解,分析问题时就能依原理和公式来解决实际问题,同时也培养了学生学习物理知识的技能和方法。
二、加强实验与探究,重视科学方法的教学
我在教学中尽量多安排探究性学习活动,虽然学校的器材缺乏,分组实验很难开展,但我一定会尽量的多利用身边的器材给学生做许多的演示实验,同时将实验进行改进,尽量让学生自己动手用身边的器材进行一些实验探究。做演示实验时,实验的过程仍然遵循实验探究的环节,多数程序要求学生来共同完成。在实验教学中,我的教学程序是:提出问题──进行猜想──设计实验──进行实验──归纳分析──得出结论──交流与评估──应用与延伸。
比如,在探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验中,首先通过观察生活中各种跟压强有关的现象,了解什么是压力,知道压力可以产生一定的作用效果,然后再让学生进行猜想。“猜想”是一种科学研究方法,在科学探究的学习过程中,猜想有着举足轻重的地位,它是物理智慧中最活跃的成分,所以平时我很重视这一环节的教学。先让学生的思维进行扩大和发散,充分发展他们的创新思维,但是为了防止学生胡乱猜想,还要让学生说出猜想的理由,这样能去伪存真,去粗取精,从而能让探究活动顺利进行。学生的猜想因素有许多,比如:压力、重力、质量、受力面积、体积等因素。然后我再引导学生进行分析与筛选,合并与归纳,最后得出压力的作用效果可能与压力大小和受力面积大小有关。
猜想之后,再让学生进行实验设计,在设计实验前向学生强调“控制变量法”的科学方法,“控制变量法”是初中物理中常用的探究问题的科学方法。也是我们教学中的重点。当一个物理量与几个因素有关时,我们一般是分别研究这个物理量与各个因素之间的关系,再进行综合分析得出结论。这样就必须在研究物理量同其中一个因素之间的关系时,将另外几个因素人为地控制起来,使它们保持不变,以便观察和研究该物理量与这个因素之间的关系,这就是“控制变量法”。有了这种科学的思想,学生的实验设计是没有太大的难度的。即先保持受力不变,改变压力的大小,研究压力的作用效果与压力大小之间的关系,然后再保持压力不变,改变受力面积大小,研究压力作用效果与受力面积之间的关系。
压力作用效果如何观察呢?力是一个看不见摸不着的物理量,如何把压力的作用效果显示出来呢?这里又涉及到一个“转换法”的科学方法的教学。所谓“转换法”,主要是指在保证效果相同的前提下,将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象;将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题;将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。要把压力的作用效果显示出来,也就是要让压力的作用效果比较显著,那么在选择被压物体(支持物)的时候应该怎么选择呢?学生一下子就会想到,要选择比较松软的表面来做支持面,比如沙子、海绵、软泡沫、面粉甚至肌肉等。
实验前期的工作都做好了之后,就可以选择适当的器材进行实验了,在实验观察的基础上,自然而然的就能顺利的得出实验结论。
三、重视拓展与应用,引导学生创新
实验结论得出后,让学生进行讨论与交流,分别指出实验中存在的问题,以及还可以进行怎样的改进?比如做完以上实验,有一个学生提出“课本上改变压力是通过改变物体的重力来实现的,我觉得这里容易让我们将压力与重力混淆。我觉得在这个实验里,只需要在木块表面加压力,然后观察在压力增大的情况下,海绵是不是凹陷得更深,即可得出结论。”学生的创造精神得到充分体现。然后我再问学生,除了刚才的实验,你还能通过身边的器材设计一些小实验来探究这个问题吗?许多学生想到了这种方法:将铅笔削尖的一头压在手指上,手会感到疼痛;然后增大压力,疼痛感觉加强,手指凹陷得更深,从而说明在“受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显”。然后我趁机问学生,如何探究“压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显”呢?学生通过思考一般能想到方法:用两只手的食指分别压住铅笔两端,由于此时两只手对铅笔的压力相等(二力平衡),而两只手指的受力面积不同,通过两个手指的不同感觉,即能得出实验结果了。所以在遇到“如果在超市买了米的时候,你会想哪些办法来减小方便袋对手的压强?”的问题时,学生就能迎刃而解了,一是将米分装两袋来减小压力;二是在袋与手之间垫上一块布来增大受力面积。
试验结果
1试件破坏过程
该试验中,与传统节点相比较,核心区采取加强措施后,夹心节点试件的破坏过程和破坏特征并没有明显改变,与国内其他类似试验研究[4-7]情况基本一致。试验过程中最先出现梁弯剪裂缝,而后是核心区剪切裂缝出现;随着裂缝的开展,梁纵向钢筋与节点箍筋及部分竖向短筋、柱纵筋先后进入屈服状态;加载后期框架梁裂缝发展缓慢,核心区裂缝迅速发展成网状,并向上下柱端延伸,直至节点混凝土破碎、剥落。试件失效时,框架梁变形明显,核心区破坏较严重,试件均为节点箍筋屈服后核心区斜压型剪切破坏导致失效。各个试件试验过程中核心区形成比较明显的X形裂缝,梁端破坏也比较严重。后期加载过程中,核心区保护层混凝土劈裂成锥形,延伸至柱端,损伤部位基本都集中在节点核心区;但加插短钢筋后的试件G2-G4核心区裂缝发展及柱端破坏情况要轻于传统构件G1,试件损伤主要集中在梁端和节点区。
2试件破坏形态
反复荷载作用下,各个试件的裂缝分布图和试件的破坏形态照片如图2所示。
3梁外端竖向荷载-竖向位移曲线
梁端的荷载-位移滞回曲线见图3(只列出左侧梁端的曲线)。
试验结果分析
1受压承载力
对夹心节点采取加插短钢筋措施主要是用来解决抗压的问题的,通过对4个试件的柱纵筋应变的研究,发现即使到了较高位移延性下,柱筋也只是个别测点才屈服,且短筋较多的G3柱筋屈服程度明显轻于其他构件,这说明加插的短钢筋抗压效果比较明显。依照国内外单调轴压试验的研究结果[8-11],楼盖采用较低强度等级的混凝土时,夹心节点核心区可能出现受压破坏;当柱与楼盖混凝土强度比小于1.4时,夹心节点试件核心区轴向受压承载力不低于柱端,此时受压破坏的部位可能出现在柱端。由于我国规范有严格的轴压比限值,轴向压力作用下框架柱发生受压破坏的可能性较小,但承受弯矩较高时可能发生偏心受压破坏。因此对夹心节点采取一定加强措施是必要的,采取加插短筋措施的构件提高了夹心节点的抗压能力,短筋分担了柱筋在节点周围的压力,使核心区和柱端发生受压破坏的可能性减小。该次试验中,试件的试验轴压比超过0.4以上,这种情况下,没有发生核心区轴心受压破坏、偏心受压破坏,也没有出现轴压比较高导致试件抗震性能严重降低的情况,夹心节点的抗压性能并不低于传统节点试件。因此可以看出,加插短筋是一种行之有效的解决抗压的措施。
(一)高中化学探究实验的含义
高中化学探究实验通常是指在课堂教学中,教师要把学生当作学习的主体,同时发挥自身在课堂教学中的主导作用,为学生创建一个自主学习探究的平台。探究实验的教学方式是让学生发现化学领域中的问题,提出实验假设,设计实验方案,最终让学生自主完成化学实验并得出实验结果的学习过程。
(二)高中化学探究实验的具体步骤
高中化学探究实验的具体步骤是按照发现问题—提出问题—提出实验假设—设计实验方案—验证实验假设—得出实验结论的顺序进行的。在发现问题和提出问题的阶段,由于一部分学生只把目光局限于化学课程或化学课本中,所以很难发现问题和提出问题。针对这种情况,教师应该要引导学生将目光范围扩大,从生活中、学习中发现问题,进而提出问题。教师还要从学生的实际情况以及教学内容出发,帮助学生寻找具有代表性的、可操作性的问题进行探究实验。在提出实验假设和设计实验方案的阶段,学生会对已经发现和提出的问题产生好奇,进一步引发学生对问题提出实验假设,借助教学工具书、互联网等手段查阅资料,设计实验方案。教师可以组织学生以小组讨论的形式完善实验设计方案,并对学生的实验设计方案进行适当地补充,最终确定实验设计方案。在验证实验假设和得出实验结论的阶段,学生在教师的指导和监督下,自行完成实验,认真记录实验中的现象及数据,对实验现象和数据进行归纳总结,最后得出实验结论。在实验完成后,教师要指导学生完成实验报告,并对学生的实验进行有效的评价。
二、探究实验在高中化学教学中的具体应用
(一)高中化学探究实验应注意的问题
探究实验应注意以下问题:①策略性问题。教师可以明确高中化学课本中的重难点,进一步帮助学生完成化学探究实验。②理论性问题。教师需要让学生理解和掌握探究实验的理论依据和实验原理,从而进一步引导学生进行探究实验。③实事性问题。由于化学与日常生活息息相关,教师可以将化学课堂“生活化”,以达到激发学生学习热情的效果。
(二)高中化学探究实验的种类
高中化学探究实验的种类通常可以分为四类。第一类是高中化学的操作性探究实验,主要是指学生在进行实验操作的过程中,通过使用不同的实验设备完成实验,达到熟悉和巩固化学知识的目的。第二类是高中化学的知识性实验,主要是通过实验让学生“温故而知新”,使学生复习旧知识、学习新知识。第三类是高中化学的能力性实验,这类实验主要通过锻炼学生的动手能力、思维能力以及想象力等,培养学生的综合能力。第四类是高中化学的创新性实验,主要让学生利用所学知识对实验步骤或实验方法进行创新,通过对新的实验步骤或实验方法进行探索,进一步针对实验结果分析研究,使学生巩固所学知识。
(三)高中化学探究实验的教学实施过程
在进行探究实验的过程中,教师应该从学生的身心发展特点和教学内容出发,把传统的验证性实验教学转变为探究性实验教学,使学生积极主动地参与到探究实验中,从而达到提高化学课堂效率的目的。
三、结束语
1.设置相关课堂情境,引出本节课的实验课题。展示几种溶液,如2mol/LHCl,1mol/LK2SO4等,使学生思考:如何得到这样的溶液呢?依据这一课堂疑问笔者引出本节实验内容:配制250mL1mol/LNaCl溶液。课堂上给出几种实验室常用化学试剂,使学生获得直观认识,从而引发学生思考,很自然地引出课堂实验内容。
2.学生通过亲身设计、分组讨论实验方案,初步完成本次实验方案设计。实验室管理教师在课前已为每个小组准备了本次实验可能要用到的一些实验用品,笔者要求每组学生先初步选取实验所需的各种仪器、试剂,亲自完成实验设计,然后小组内组织质疑、讨论,对实验方案进行完善。
3.小组展示,确定最终严密的实验设计方案。在小组展示过程中,学生热情很高,各小组学生踊跃发言。各小组在互相讨论、质疑过程中使实验设计方案得以完善,最终确定了合适的实验设计方案。通过小组展示、讨论、质疑,极大地提高了学生的自学能力、与人合作能力、创新能力。
4.学生依据实验设计方案进行实验,验证其正确性。学生依据实验设计方案配制250mL1mol/LNaCl,教师在课堂上巡视并给予个别指导。
5.教师在以上基础上引导学生分析实验误差,再引导学生分析引起实验误差的原因和操作。
6.课后学生做好实验课总结,进一步探究提高。实验课结束了,笔者告诉同学们,实验课上其他问题利用课外时间探究解决。
二、“盐类水解”探究性实验教学案例
1.设置问题:常温下,水的电离程度如何?水的离子积常数?溶液的酸碱性与pH、c(H+)、c(OH-)有何关系?
2.学生实验检验:用pH试纸检验KCl、NaCl、Na2CO3.、NH4Cl、CH3COONa、Al2(SO4)
3酸碱性。3.以NH4Cl、CH3COONa为例,教师引导学生自主分析盐溶液呈现酸性或碱性的原因,给出盐类水解定义。
1.国内外的研究及现状分析
一些发达国家对探究性实验的研究比较深入,美国、德国等国家已逐步在中学化学实验中推广探究性教学。如美国《现代化学》中的“实验计划”就列出了22个技术创建者与问题解决实验,这些实验强调科学探究,给学生提供解决实际问题的机会。在我国,许多教育工作者也积极主动地开展了一些实验探究教学活动,如华中师范大学姜乐仁教授主持的“启发式教学实验”研究项目;苏州大学、西北师范大学等师生也发表相关的实验探究教学论文。虽然新课改实施试点已近10年时间,但由于受到教师素质以及教学实验设备等影响,使得我国化学教育界关于化学实验探究教学的实际研究成果还不是很显著,大多数只是在理论上进行论述,而对理论的实践,尤其是对探究性实验教学的资源性开发设计、策略运用的着重点、探究教学的突破口及实例论证报道较少。
2.广西化学探究性实验教学存在的问题与对策
广西在2012年首次实施新课改,在基础教育如此薄弱及教学资源匮乏的条件下,开展新课程探究性实验教学面临着更为严重的困难:实验条件不足、工作量大、课时紧、高考压力大、教师怕麻烦等。虽然有关性探究教学的理论也在不断地发展和完善,但在新课程背景下,探究性实验教学还缺少系统的、全面的、深入的研究,尤其是针对教学实践中师生面临的实际问题的研究。这也是我国很多地方现行高中化学实验的教学现状。
基于上述背景的分析,我市提出“高中化学新课程探究性实验教学的实施难点及改进研究”的新课题,侧重于探究性实验教学的实践研究,了解、分析探究性实验教学和学习的现状,发现存在问题,寻找对策,反思总结经验,逐步形成适合我市师生化学探究性实验教学的模式,并利用本课题的研究成果进行辐射推广,实现资源共享,分享经验和智慧。
二、研究目的与意义
1.研究目的
(1)聚焦课堂教学,选取典型案例,进行研究分析,努力建构新课程探究性实验教学模式和典型的探究方法,汇编成校本教参,改进化学实验教学现状,提升化学教学质量。
(2)结合教学实践,撰写有价值的课堂教学课例与实验教学论文,以更好地适应新课程,增强学生对化学的学习兴趣,增强学生的探究意识,培养学生的创新精神和创新能力。
2.研究意义
(1)通过本课题的研究来丰富探究性实验教学理论,大胆地开创实验教学的新局面。
(2)将课题的研究成果辐射推广到其他学校,实现资源共享,分享经验和智慧,为推动本市及全省系统地开展探究性实验教学提供借鉴。
(3)为高中化学探究性实验教学的研究提供一些实用性的建议与方法,同时,以点带面为教育部门及教育者提供一些教育理念及教学策略,提升教师的综合素质,改变传统教学方式,改进中学化学教师的教学方法,使广西能更好地实施新课改。
三、研究内容与重点
1.研究内容
以课题组成员任教班级学生为研究对象,立足教材,以高中化学的教学内容为出发点。基于高中化学新课程标准,针对必修和选修模块的内容,搜集、整理探究性实验教学素材,课题组共同研究并对实验进行分类,以模块的形式开展探究性实验教学环节的设计及策略研究。
2.研究重点
(1)高中化学探究性实验教学的教学模式。
(2)高中化学探究性实验教学的设计与实施策略。
四、研究过程与方法
1.研究过程
本课题的研究时间为两年,大致分为三个阶段。
第一阶段(准备阶段):2013年1月~2013年8月。
成立课题组,收集理论资料,组织课题组成员学习相关的材料,召开研讨、协商会议,确定课题研究方向、目标和内容,完成课题研究的前期准备工作。
第二阶段(研究实施阶段):2013年9月~2014年12月。
根据课题制定的实施方案,课题组成员分工协作,开展工作并定期汇报。在此过程中,对实施方案不断补充、完善。
(1)搜集、整理探究性实验教学素材,备课组共同研究并对实验进行分类,以模块的形式开展探究性实验教学环节的设计及策略研究。
(2)进行探究性学习的教学实践。教师基于高中化学新课程标准,针对必修和选修模块的内容,选取合适的教学内容,开设研究课、示范课,撰写实验教学案例、教学反思与论文,并在备课组活动中进行交流。
(3)通过学生反馈、观摩课教师评课,总结经验,编写典型案例,完成优秀课堂教学实录,逐步构建独具特
色的化学探究性实验教学实施策略。
(4)在第一轮实验的基础上调整方案,实施二轮实验,初步构建化学探究性实验教学模式。
(5)课题组每半个月召开一次会议,对研究情况实施监控。
利用2013年9月~2014年6月和2014年6月~2014年12月两个阶段进行中期评估,分析、归纳、反思、总结研究取得的阶段性成果、存在问题及解决策略。
第三阶段(结题阶段):2015年1月~2015年3月。
全面分析、总结探究性实验教学的设计思想,构建探究性实验教学模式,形成探究性实验教学理论系统。课题组成员收集、整理、完善实验数据、文字资料、教学视频等结题素材,系统总结课题研究的成果、积累的经验、存在的问题以及今后攻关和努力的方向,完成课题结题申请表和论证书。
2.研究对象和方法
本课题以我市高中2012级、2013级2600名学生为观察对象,针对目前化学实验探究课存在的假探究、脱离实际等重大问题,研究能够促进学生主体探究的校本教材、学材和习材以及与之相适应的实验教学模式。拟采用的研究方法有:文献资料法、问卷调查法、经验总结法、案例研究法、测验法等
五、研究基础与理论假设
1.研究基础
(1)本课题成员具有较高的教学、科研水平,其中课题负责人有着丰富的教学和科研经验,是市级学科带头人之一,曾获得“高中化学教学改革实践的教师”称号以及省级“优秀教师”称号,成功负责两个课题的研究,并获得相关奖项,所撰写的论文有2篇在核心期刊《中学化学教学参考》上发表,3篇获得省级论文评比奖,并多次指导中学生研究性学习的课题研究,取得显著成果。课题组其他成员具有本科和研究生学历及丰富教学经验,已参加过不同类型的教学研究,并在国家级刊物上发表相关论文,具有较高的教学科研能力。此外,组内多位成员参加过省级的新课改培训,拥有1~2年的新课程教学实践,对新课程实验教学模式有着充分的了解,积攒了丰富的教学实践经验。这是课题研究最重要的软件基础。
2.理论假设
教学最优化理论、认知学习理论、建构主义学习理论。
关键词:“实验探究”模式;新课程改革;化学教学
文章编号:1008-0546(2012)09-0057-02
中图分类号:G632.41
文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2012.09.026
化学与很多基础学科一样,是建立在实验的基础之上的。化学中的实验有着重要的作用,它不但能让学生了解化学知识点产生和发展的全部过程,还能有效提高学生的动手能力、充分培养学生的创新意识。新的化学课程标准也告诉我们,化学课堂中进行探究的主要手段是实验,实验的作用是任何其它形式都不能取代的。作为高中化学教师,应该充分重视实验教学,改革传统实验教学中的弊端,设计丰富的探究实验,用实验探究的方式引导学生积极主动地学习。大力开展实验探究,是化学实验教学中体现和落实科学探究教学思想的重要方面。从传统的注入式的实验教学模式,向以探究式为主的化学实验教学模式转变,是当前新课程改革的重中之重。笔者在此结合近年来新课改探索,谈谈“实验探究”这一模式在高中化学教学中的实践与体会。
一、“实验探究”模式的概念
实验探究本质上就是探究性活动,不过是以实验的形式来实现的。化学教学中的实验探究其实是科学探究通过化学实验的一种外化,它借助实验教学培养学生科学探究的兴趣,增强他们的探究能力,从而提高他们的科学素养。
实验探究需要想象能力和逻辑思维能力,在这个过程中学生不但要大胆猜测而且要勇敢假设,然后借助动手实验来加以验证。因而实验探究的实施既要学生具有基本的逻辑思维水平也要学生具有丰富的想象力,能对探究对象进行必要的假想和预判。
实验探究是一项科学性活动,它要经过搜集证据、分析材料等步骤来作出合理的推断,进而得出相对合理的结论。实验探究的实施需要学生在科学方法的指导之下灵活运用所掌握的化学知识、实验技能等进行。在整个活动过程中,学生必须要坚持科学的理念,使用科学的方法,拥有科学的精神和态度,一切尊重客观现实。
总而言之,“实验探究”这一模式针能有效培养学生的实践精神、动手能力和科学素养,应该成为高中化学新课程教学的一种重要方法。
二、“实验探究”模式的过程
模式中的假说是指根据已知的事实和理论,对未知的现象和规律做出推理和解释。假说的形成一般要经过提出假说和验证假说两个阶段。假说的提出通常包括两个环节:一是根据实验事实和科学理论提出假说:二是在假设的基础上进行推理和判断。假说的验证包括实验验证和理论验证,其中实验验证是最直接、最可靠、最有力的方式。
三、“实验探究”模式的实践
案例:易拉罐中主要成分的探究
(1)问题的提出——由生活中的事例提出
在高一复习金属元素时,展示一种装碳酸饮料的易拉罐,并告诉学生常见的易拉罐有两种:铁制和铝制。大多数装碳酸饮料易拉罐为铝合金,其中以铝铁合金、铝镁合金较为常见。该易拉罐主要成分是什么?
(2)明确问题
该易拉罐为铝铁合金还是铝镁合金?
(3)预测与假设
①假设该易拉罐为铝铁合金。
②假设该易拉罐为铝铁合金。
学生已有的知识:
1.铝可以与NaOH溶液反应生成气体。
2.铝、铁都能溶于酸并产生气体,再加足量NaOH溶液会生成白色的氢氧化亚铁沉淀并很快转化为灰绿色,最终生成红褐色的氢氧化铁。
3.铝、镁都能溶于酸并产生气体,再加足量NaOH溶液会生成白色的氢氧化亚镁沉淀。
学生通过可能的假设,讨论分析设计出可能的实验,然后操作,记录、分析,得出结论。
(4)实验设计
将易拉罐剪开平展,用砂纸打磨,再剪成条状。
①在装有样品的试管中加入一定溶质质量分数的NaOH溶液;
②在装有样品的试管中加入一定溶质质量分数的盐酸,向反应后的溶液中加入一定量的NaOH溶液。
(5)交流探讨
展示学生的设计,由学生点评后分析设计实验的可行性和危险性等级,然后操作。
(6)实验操作、现象记录和现象分析——验证假说阶段
(7)初步得出结论和进一步分析解决实验中出现的新问题
由上述分析,该易拉罐可能为铝铁合金。进一步实验探讨,实验①中黑色颗粒状物质究竟是什么?怎样检验?
实验3过滤实验①黑色颗粒状物质,用磁铁靠近,观察能否被磁铁吸引。
现象:黑色颗粒状物质能被磁铁吸引。
这个实验更进一步说明,易拉罐中含有铁。
(8)得出结论
该易拉罐为铝铁合金。
(9)交流和讨论
使用铝合金易拉罐的优点是什么?同时存在的弊端是什么?
四、“实验探究”模式的体会
1.“实验探究”模式是培养学生积极自主学习的重要方式
实验探究意义在于使学生自主地获取知识和技能。学生经历了“预测与假设,实验设计,动手实验,解释与结论,交流与讨论”的完整探究的过程,他们的认知活动与非智力因素紧密性关系起来,学习的积极性和主动性得到了极大的调动,真正成为了学习的主人,充分体现了教师的“导”完全为学生的“学”服务这一新课程思想理念。
2.“实验探究”模式是培养学生创新思维能力提高科学素养的重要手段
实验探究教学采取的新课程理念下的“预测与假设,实验设计,动手实验,解释与结论,交流与讨论”的探究式学习模式的目的虽然不同于科学家的探究活动,但其探究过程的实质是一致的。在整个探究环节中不但培养了学生的创新思维,而且提高了学生们的科学素养。使学生们亲自体验和了解了科学探究的过程和方法,形成和提高了创新意识。这对于学生们树立科学的探究态度,理解科学探究的意义,提高科学探究的能力,改变学生的学习方法,形成终身学习的能力具有重要的意义。
3.“实验探究”模式是增强学生的团队精神和合作意识的重要途径
实验探究教学模式,常常需要学生进行分组制订实验计划,分组实验,分组讨论等合作、交流的探究活动。探究中的合作,交流与分享,可以使小组的每位学生贡献各自的经验和发挥各自的优势,从而使小组完成个人难以完成的复杂任务。小组成员之间,各小组之间的相互质疑、争议、交流、意见综合等探究活动可以更好地引起学生的认知冲突和自我反思,深化各自的思维;有助于激起彼此的灵感,促进彼此制定出更优化的实验计划;得到更深层的理论解释与结论。这种学习方式既扩展学生的视野,同时也增强了学生的团队精神和合作意识。
总之,通过以化学实验为主实验探究教学,使学生体验科学研究的过程,构建了自己的知识体系。这种方法能激发学习化学的兴趣,培养了学生进行科学探究的意识,促进了学生学习方式的转变,生成了学生的创新意识,增长了学生的学习能力。
参考文献
论文摘要:随着新课标课程的实施,课程改革也随之开始,生物开设开放性探究实验可以}i导学生积极参与科学探究的过程,转变传统的以讲授为主的教学方式和学生的以接受为主的学习方式,让学生参与教学当中,把学习变成人的主体性、能动性、独立性的不断生成、发展、提升的过程。在教学中实施开放性探究实验主要价值应体现培养学生科学探究方法和创新思维,发展学生的能力,养成尊重事实,探索真理的科学态度。
生物开放性探究实验应具有的特征:(1)自主性。开放性探究实验需要学生自己设计并完成实验,就要求学生熟悉教材内容,并能运用实验设计的原则方法和原理设计出合理的实验方案。并会观察实验现象、分析实验原理、解释实验原理、得出实验结果。这样,才能够最大限度地激发学生学习的兴趣和创造的潜能,也能充分体现学生学习的自主性,符合现代主体性教育理论的要求;(2)探究性。开放性探究实验不同于验证性实验,这使得实验中出现什么现象,学生不能直接从课本中找到答案,只能通过细心的观察和思考得出。正因为其步骤、过程的多样性,结论的非唯一性,对于开拓学生视野,养成求异思维品质,提高创新意识和实践能力是十分有效的;(3)开放性和灵活性。开放性探究实验对于所探究的问题,可以提出不同的假设;可以有不同的探究方法;可以有不同的材料用具;实验设计、操作的独立性,只要能够解决问题就行。开放性探究实验的意义在于:有利于培养学生的创新思维和创新能力。开放性探究实验注重探究式学习,这有利于学生体验科学探究的一般方法,养成科学探究的态度,学习科学探究的方法。
生物开放性探究实验教学的难点
(1)实验设计难。由于学生以前没有这样的经验,同时受学生年龄的限制,他们的思维往往有较大的局限性。因而,学生难以完成一个比较完整合理的实验设计方案。
(2)实验完成难。由于以往认识的偏差和条件的限制,对学生动手能力的培养不够,而且学生对实验仪器的认识和控制能力较差,因此,学生独立完成实验较难。
(3)实验分析难。限于学生的思维能力,学生独自分析实验结果、探索和思维获取结论。学生独自分析实验结果、得出正确结论比较困难。特别是对实验中某些条件的忽视或控制不好而造成的实验结果的偏差,难以得出合理的解释。
然而对于我校这样一些硬件设施较差的学校来说,可以采用简便的方法和现成的材料进行开放性探究实验,甚至可以根据自己学校的实际情况,结合课程教学,取消或增加一些开放性探究实验,针对生物开放性探究实验,学生有选择实验器材的余地,设计的实验方案和操作过程也多种多样性,这大大拓展了学生思维的空间,从而使学生的创新思维和创新能力不断提高;同时开放性探究实验也需要教师积极参与,这促进了相互交流,加深了师生友谊,达到教学相长从而有的放矢地开展素质教育。
生物开放性探究实验课的教学环节。科学探究通常包括通过实验来探究、通过调查来探究等不同形式。生物学实验教学在生物学教学中有着十分重要的地位,教师应积极提供机会,让学生亲自尝试和实验进行探究,并将其内容要求尽可能多地渗透到各主题内容的教学活动中去。以探究为本的生物学实验教学与一般意义上的探究是有区别的,也与科学家从事的科学探究有着明显的不同。中学生物学开放性探究实验是基于中学生物学实验前提下的,由教师给予学生指导的科学探究活动。在科学上,实验的结果、结论或许早就有了,但为什么还要组织学生去探究呢?因为要教会学生科学探究的一般方法,考察学生在实验过程中的操作表现,思维表现,学习能力表现等。开放性探究实验一般以小组合作开展,提倡“以问题为中心,自主探索,小组交流,重在发展”,它要求学生既要对所研究的课题开展学习活动,同时又要对实验过程开展学习活动。
生物开放性探究实验课的教学过程结构归纳为以下六个环节。
(1)背景下提出问题(2)假设(3)设计实验(包括实验a、b、c)(4)实施实验(包括实验a、b、c)(5)结论(6)表达交流。
以上六个环节可以解释如下:
(1)教师提供背景材料或学生从日常生活、生产实践或学习中发现与生物学相关的问题,并以书面或口头表述这些问题。描述已知科学知识与所发现问题的冲突所在。
(2)应用已掌握的知识,引导学生对问题的答案提出可能的设想,估计假设的可检验性。
(3)制定探究计划,提出实验步骤,列出所需要的实验材料与用具,选择控制变量,设计对照实验。
(4)实施计划,观察实验现象,收集实验数据,评价这些实验现象和数据的可靠性。
(5)描述实验现象,处理实验数据,得出合乎实验的解释,形成结论。
(6)撰写实验报告,口头或书面表达交流探究实验过程、结果和结论。显然,开展开放性探究实验从整体上应体现上述六个环节。
开放性探究实验应注意的问题:1、要重视实验的探究过程。教材或教师提供给学生的实验,是想让他们去领悟科学的思想、体验科学家研究自然界所用的科学方法。因此开放性探究实验中探究活动的教学过程具有创新教育意义,十分重要。在教学中要花大力气组织好在生物探究实验中学生的分工合作、交流讨论、分析总结。注意课堂内外实验的结合。教材安排的实验,通常要求在课内完成。但往往时间不够,要在课外时间才能完成,需要课前收集材料、处理材料;有的探究活动需要组织学生外出参观、访问、调查等。所有这些教师都要在学期教学计划中早有安排,真正做到开放性。2、要重视总结报告的撰写和交流。培养学生通过文字描述、数字表格、示意图、曲线等多种方式完成实验报告,通过摄影、摄像,使报告更生动形象。组织各种形式的交流活动,培养他们的合作学习的精神和语言表达能力,让他们体会到不同的实验方法,会有不同的实验结果,这也属于开放性的一个方面。学生的很多感受和体会也得到了交流,同时有利于学生形成正确的情感态度价值观。3、尊重、鼓励学生。在开放性探究实验中,学生会有各种想法,会提出种种问题,会得到各种不同的结论、甚至会是错误的结论。无论如何,教师都要应该尊重学生,爱护学生,善于发现他们的优点。当学生在实验中遇到困难,有消极、畏难的情绪时,教师应及时找学生谈心,鼓励他们不畏艰难。
通过生物开放性探究实验教学,学生有了充分想象和独立思考的空间,培养了学生主动探究科学知识的精神。学生的个性、独立性、协作性得到充分发展。学生的创新思维、创新能力不断提高,这才是真正意义上的创新教育和素质教育。通过开放性探究实验教学,我校学生学习生物学的兴趣大大增加,生物学成为他们最欢迎的学科。
参考文献
关键词:实验探究精神;文化;原态;学力;趣理
文章编号:1008-0546(2017)02-0084-04 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.028
高中化学核心素养是学生通过接受高中化学课程的学习,在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面发展过程中形成和发展具有化学学科特质的关键能力与品格。以实验为基础是化学学科的重要特征,因此“实验探究”应是化学学科培育学生具有良好化学学科核心素养的关键。但当前课堂化学实验探究几乎异化为“教师填药,学生放炮”的验证式程序:情境理想化、方案单一化、结论定向化,这种去情景化的教学流程严重束缚学生实验探究应有的培育学生化学学科核心素养的价值,尤其是实验探究精神的培育。
精神泛指人的意识、思维活动和一般心理状态。化学实验探究精神是指在科学认识论的指导下,以实验为手段学习化学知识的具有稳定、持久的心智活动和情绪状态。德国著名物理学家、诺贝尔奖获得者冯・劳厄说,教育所给人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后剩下的东西,若干年后学生学习的很多化学知识都将淡忘,植根在记忆中的应是超越具体知识、最具学科特色的化学实验。化学实验探究具有问题情景的复杂性、探究过程的交叉性和实验结果的不确定性等特点。但现在如何让化学实验探究成为学生学习化学、浸润思想的精神修炼方式?笔者结合自己20多年教学经验,对实验探究精神进行解读和塑造,使之成为学生修习化学的物化媒介,真正通过化学实验探究培育学生的化学学科核心素养。
一、借助实验探究诠释实验探究精神的本义文化
核心素养要培养国民认同自然科学的“共同文化”。化学实验是人类文化传承的一部分,塑造化学实验探究精神应该培养学生对化学实验操作范式的认同。因此,解读实验探究精神浸染的本义文化是教学首义。
化学科学诞生于人们的生产生活实践,“点石成金”和“长生不老”的诉求反映了人类追求健康和财富的天性,这也是化学科学发展的社会心理原动力,欧洲炼金术和中国炼丹术因而推动化学知识和实验技术的传播[1]。囿于化学理论和测量仪器的匮乏,早期化学实验被称为“试管魔术”,它多是人们的一种无意识、混沌的试探行为(如布朗特在加热人尿过程中没有制得黄金却发现磷等),现代化学实验则是有目的地、精确地控制技术(如利用蔗糖水解测定速率常数和半衰期等)。之,化学实验是人类追求真理、改造自然的天,经历了从散乱到控制,从粗糙到精确,从低级到高级的文化变迁。如何在教学过程体现“实验探究”精神的本义文化?笔者进行了教学尝试。
【课例1】讲授苏教版《化学1》“氯气生产原理”,很多教师先讲授完氯气工业制法,然后过渡:“好,下面我们学习氯气的实验室制法。”笔者讲完氯气的工业制法后提了两个问题:①电解食盐水能否用作实验室制氯气?②1774年瑞典化学家舍勒在实验室,能否用电解食盐水制氯气?学生议论纷纷,师生讨论后形成共识:现代氯碱工业是为了获得重要化工原料Cl2和NaOH,当然可以用于实验室制少量Cl2;在没有用电的背景下(1774年人类还没有发电机,1831年法拉第制造第一台发电机标志进入电时代),人们只能试探性地用化学物质氧化含氯物质制氯气。这两个问题启发学生从社会技术条件辨析工业生产和实验室制备物质的区别,这使单纯的知识教学充满厚重的历史味。
教师的后续评说尤为精彩:大气、海洋、山川是人们生活中最常见事物,它们也是化学家最早“玩”的对象,化学家玩“土(矿物)”产生了水煮、酸浸、碱熔,研磨、焙烧,过滤等实验操作,还发现了许多新的物质性质,舍勒就把他家附近矿石(软锰矿)和盐酸放在一起煮出“黄绿色气体”(当时称之为海酸减燃素或氧化盐酸),戴维则利用电解装置证明其是氯元素(氯单质),氯气的无意识制备和有目的确认过程推动了元素和化合物概念的发展。
化学实验探究精神的本义文化就是“玩”东西,这种观点令学生感到亲切而欣喜,他们会想:“我可以玩身边的什么东西,会发现哪些化学性质?”“玩中学”对学生产生有意味的“文化影响”,有助于学生形成正确的化学史观――化学学科是一种人类努力,其所扮演的角色和化学观念是随时间而发展的,是为解决社会生活问题为己任而产生的[2]。理性的实验探究技术被赋予社会共同文化内涵,凸显了人的个性精神,这种实验观将深刻影响学生的认知行为。
二、借助实验探究培养实验探究精神的原态思维
核心素养要激发国民领悟科学的“创造能力”。塑造化学实验探究精神应大力培养学生的原态思维。原态思维是指在没有外界植入观点的影响下,人们思考问题的最初方向和原始轨迹,原态思维是最具个性创造力和价值的思维形态,是衡量个体探究精神的重要指标。
【课例2】苏教版《有机化学基础》专题四第一单元介绍卤代烃的取代反应,教材直接安排“溴丙烷与KOH的水溶液反应”的实验,理论依据是伯卤代烃与碱的水溶液发生SN2反应,演示难度不大,但显得突兀而生硬,学生心中有疑惑:怎么就想到做这个实验?教师可这样组织教学,师问:“丙烷能与水反应吗?为什么?”生答:“不能,因烷烃性质稳定。”师补充信息:“碳和氢的电负性差别小,C-C键、C-H键能相差不大,烷烃分子中电子分布均匀,不易与酸碱氧化剂反应;当H原子被Br取代后,C-Br键极性增强,外加试剂影响C-Br断键生成Br-,你想找什么试剂破坏C-Br键?如何检验Br-?学生议论纷纷:“常见试剂有水、酸、碱,用它们试试?用硝酸、硝酸银检验Br-。”于是学生有了如下探究和思考:
实验① 取1 mL 1-溴丙烷于试管,加入2mLH2O振荡,取半滴管水层液加硝酸酸化的硝酸银,无现象。结论:H2O分子不能破坏C-Br键。
实验② 取1 mL 1-溴丙烷于试管,加入2mL20%H2SO4振荡,取半滴管水层液加硝酸酸化的硝酸银,无明显现象。结论:H2SO4分子不能破坏C-Br键。
实验③ 取1 mL 1-溴丙烷于试管,加入2mL 20%KOH振荡,取半滴管水层液,加入硝酸银,有棕褐色沉淀生成。结论:生成Ag2O沉淀,KOH不能破坏C-Br键。
实验④ 取1 mL 1-溴丙烷于试管,加入2 mL 20%KOH振荡,取半滴管水层液、加入足量稀硝酸和硝酸y,有淡黄色沉淀!结论:KOH破坏C-Br键,生成Br-!
实验⑤ 向实验③棕褐色的物质再加入足量的稀硝酸,黑色消失,可见淡黄色沉淀。结论:KOH破坏C-Br键,生成Br-;说明Ag2O能与稀硝酸反应:Ag2O+2HNO32AgNO3+H2O。
师再问:“如何增加AgBr的量使现象更明显?”学生想到加热,但1-溴丙烷易挥发(沸点),有学生想到用水浴加热控制温度(低于1-溴丙烷沸点72℃)、再接冷凝管平衡气压防挥发,改进装置如图。
师追问:如何从断键部位理解1-溴丙烷生成Br-,卤代烃水解反应实质是什么?
学生总结卤代烃水解反应实质 (负性基团取代Br-), 书写出新方程式:CH3CH3Br+NaCN……;CH3I+CH3COONa……,完成“结构决定性质”的意义建构。
培养实验探究精神的原态思维要解放学生思想,鼓励学生敢想、会想、敢批判、会反思,眼界开放程度越大,思维碰撞得越剧烈,知识理解就越透彻,上述实验探究过程丰富学生认知:H2O中c(OH-)很小,不能与1-溴丙烷发生取代,用KOH试剂、水浴加热加快反应速率; ④⑤实验说明用水解法检验卤代烃的卤元素,稀硝酸最好先加,也可后加,但不能不加;改进的实验装置更严密更环保,这些认知高于教材观点。
培养实验探究精神的原态思维要引导学生尝试像科学家一样思考:为什么想这个问题?怎么想这个问题?如何解释反常现象?怎样优化实验装置?学生用原态思维分析问题,用接近科学本质的学习心理重演知识的“动态”进化史,化学学习是讲道理的,学生实现从被动接受到主动探究的精神嬗变,表现为学习素养的提高和创造精神的形成。
三、借助实验探究锻造实验探究精神的核心学力
核心素养要培养国民终身学习的“核心能力”。隶属于自然学科群的化学科学承担培养学力的职责,应培养学生的直觉思维与逻辑思维,引导学生进行生活感悟与科学体验。所以塑造化学实验探究精神应该提高学生的核心学习能力,其一般步骤为:发现问题文献调研设计方案解决问题。
【课例3】如何制备白色Fe(OH)2一直是教学的难点,它的教学价值甚大,笔者在一次化学兴趣活动课中,引导学生进行探究。
【实验目的】如何制备白色Fe(OH)2,Fe(OH)2易被氧化成红褐色沉淀Fe(OH)3,反应方程式:4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3
【发现问题】 学生取新配制的1mol/LFeSO4和1mol/LNaOH混合,立即出现灰绿色沉淀,久置变成红褐色。教师提示,制备Fe(OH)2的要点是排除溶解氧,防止Fe2+被氧化, 学生重新用煮沸蒸馏水新配制NaOH溶液,用过量铁粉与稀硫酸反应制备FeSO4,采取图1装置反应,仍然得到灰绿色沉淀。
【文献调研】学生通过查阅文献,互相讨论,演示图2、图3装置发现,图2很难将A中的溶液压入B中反应,实验操作失败;图3电解时间长还是出现了灰绿色沉淀。
【设计方案】学生很疑惑,图1、图2、图3都是制备Fe(OH)2的经典装置,为何实验还是失败?实验中一定生成了Fe(OH)2,溶液中的氧气含量不多,Fe(OH)2不可能迅速、全部被氧化,它去哪儿了?一个学过美术同学提出新想法,灰绿色沉淀可能含有Fe(OH)2,白色被掩蔽了?于是学生将图1灰绿色沉淀倾析出,置于50℃水浴加热,灰绿色沉淀竟然变成白色沉淀!惊喜之余,师生讨论认为,氢氧化亚铁在溶液里形成胶体,胶体表面积巨大,吸附Fe2+呈灰绿色,加热Fe(OH)2胶体吸附能力减弱释放Fe2+显示白色。若此推理成立,那么减少Fe2+能生成白色Fe(OH)2!学生采取图1装置,向新配制5mL、4mol/LNaOH溶液加入2mL、1mol/L FeSO4溶液,果然得到白色沉淀!
【解决问题】NaOH过量,用常规仪器“滴管+试管”即可成功制白色Fe(OH)2!
锻造实验探究精神的核心学力要培养学生改变认知的精神,改变从批判开始,批判在实践中完善,学生实践发现经典制备Fe(OH)2装置的缺点,依靠收敛思维的威力改变研究方向――寻找Fe(OH)2,实验轻易成功;学生又发挥发散思维的魅力,设计制备Fe(OH)2的简单方法,解决困扰教学已久的疑难。
锻造实验探究精神的核心学力要培养学生形成科学研究的方式:做做实验,看看实验能否成功?调研文献,学学别人是如何研究的?改变方向,查查实验症结在哪里?分享观点,听听同伴有何建议?这种研究事物的核心能力一旦形成,将使学生分析问题具有历史的厚重感和现实的变革性,发现解决问题的新思路。化学实验探究教学要以认知疑点为锚,以核心学力为桨,以终身发展为岸,打造未来社会公民应具备的文化教养和学术精神。
四、借助实验探究建构实验探究精神的生活趣理
核心素养要培养国民处理生活世界的 “关键能力”,化学实验探究教学可采用模型建构的思路,指导学生应用化学视角和实验手段分析生活问题,挖掘出有情趣的生活现象背后蕴含有道理的化学知识,为社会的和谐发展和人的健康生活提供科学证据和决策,这是塑造实验探究精神的生活维度。
【课例4】笔者曾开设公开课“吃菠菜补铁,这是真的吗”,展示了化学科学的生活之美。
【问题引入】动画片《大力水手》中大力水手吃菠菜补充力气,百姓餐桌中流传是菠菜补铁,这是真的吗?
【板块一:如何检测菠菜中铁元素?】学生设计方案,分组实验。
(1)水煮检验法 实验发现,加水煮沸菠菜,取滤液检验Fe2+失败,原因可能是新鲜菠菜中含有大量叶绿素等,加热煮沸对有机色素破坏不彻底,有色物质影响实验现象。
(2)灼烧检验法 实验发现,灼烧菠菜,将灰烬溶于水煮沸,取滤液检验Fe2+,现象稍好于水煮沸法,原因可能是高温灼烧能破坏菠菜中的有机物,但Fe2+浸出率不高。
(3)灼烧-酸浸检验法 学生检索文献发现,菠菜中铁元素是以草酸亚铁存在,草酸亚铁的溶解度是0.022g/100g,于是再做实验。
实验Ⅰ:称取0.02g草酸亚铁固体于烧杯,加入25mL蒸馏水,烧杯底部有不溶物,取上层清液依次加入1滴管的6% H2O2、5滴KSCN溶液,溶液无色。结论:草酸亚铁饱和溶液的c(Fe2+)小,检验现象不明显。
实验Ⅱ:称取0.02g草酸亚铁固体于烧杯,加入2mol/L H2SO4使之溶解、配制成100mL标准溶液,取2mL 标准液,加入1滴管6% H2O2、5滴KSCN溶液,溶液变成血红色。结论:用强酸溶解增加c(Fe2+),现象明显。
实验Ⅲ:称取30g晾晒菠菜,灼烧成灰烬,用25mL 2mol/L的稀硫酸浸泡灰烬,加热煮沸1min,取2mL无色滤液加入1滴管6% H2O2、5滴KSCN溶液,溶液显红色!结论:灼烧-酸浸法是检验菠菜中铁元素的理想方法。
【板块二:如何测定菠菜铁元素含量?】
学生设计实验方案:向处理液中加足量NaOH,测Fe(OH)2质量?向处理液中加足量NaOH,过滤灼烧,测Fe2O3质量? 用滴定法、比色法测定铁含量?学生测定发现,只有精确度高的滴定法、比色法较合理,测出100g菠菜含铁元素约2mg,与文献介绍的数值相近。
【板块三:如何科学食用菠菜补铁?】
成人需要铁元素20mg/天,100g菠菜含铁元素是2mg,人体对铁的吸收率0.05,计算成人一天需吃50斤菠菜才能足够补铁!医生建议:菠菜中含有丰富营养物质,含铁质对缺铁性贫血有辅助治疗作用,但菠菜中草酸含量高,一次食用不宜过多;肾结石患者不宜多食。
【板块四:生活问题“化学化”模型建构】
师生建构“生活问题”的化学分析模型:发现生活问题分析物质形态预测物质性质处理生活材质(焙烧、酸浸、碱熔)检测元素含量巩固化学思想、建构健康生活观。
核心素养要提高国民的“生存能力”,这是学科教学的终极目标。建构“实验探究”精神的生活趣理要求能够学以致用、学能善用:“从生活走进化学”要求实验探究教学善于发现生活中的有趣现象,用化学知识和实验手段分析问题,巩固学科知识;“从课堂走向社会”要求实验探究教学应用化学学科知识指导社会实践,提高生活能力;二者有机融合,充分体现实验探究教学“有趣、有理”的特点。
核心素养与学科素养是全局与局部、共性与特性、抽象与具象的关系,它的实现需要诸多学科素养的支撑和推动[3],塑造化W实验探究精神是操作“实验探究”的一个途径。理解实验探究精神的本义文化要求学生从“玩化学”的角度容纳化学实验,培养实验探究精神的原态思维要求释放学生的创造潜力,锻造实验探究精神的核心学力要求学生形成研究问题的学术思路,建构实验探究精神的生活趣理则是化学科学社会价值的延伸,使学生真正喜欢化学,这四个方面层层递进、环环相扣地设计化学实验探究教学。
基于塑造化学实验探究精神的教学是从文化传承、科学探究和生活素养的云端设计课堂,所以我们会收获更持久的学科教学价值、更深远的学科审美价值,也会培养出更多的既有人文情怀,又有科学素养,还有生活理趣的社会公民,让我们为迎接教育改革的春天且做且思,一路疾行!
参考文献
[1] J.R.柏廷顿.化学简史[M].北京:中国人民大学出版社,2010:29-30
关键词 初中物理实验教学;探究式教学法;教学改革
物理学是一门实验科学,探究式教学发在初中物理实验教学中的运用,就是引导学生像科学家搞科研一样在实验的过程中学习和获取知识。初中物理实验探究式教学模式更能体现物理学科的特点,更能遵循学生学习物理的心理规律,强调从学生已有的生活经验出发,让学生亲身经历或者教师积极为学生创设物理情景,提出研究课题,然后让学生设想实验方案,并通过学生亲身做实验,验证实验方案,得出实验结论,最后把结论应用到生活中,解决与物理知识有关的问题。
一、初中物理实验同探究式教学法结合的表现形式
1.多种形式的演示实验
演示实验包括在课堂上教师操作演示、师生共同演示、学生小组演示、学生演示等多种形式。爱因斯坦说过“兴趣是最好的老师”,激励学生学习兴趣是很重要的。要求教师在进行演示实验探究教学的过程中,要抓住学生的这一心理状态,深入研究教学内容,深入研究开展演示实验教学所应采取的教学策略和方法,巧妙设计一些趣味性浓厚的演示实验。要注意把学生的观察和思维活动紧密结合起来,一方面通过观察促进思维活动的展开,另一方面又通过思维指导观察活动的进行,在逐步认识物理概念、规律的基础上,逐步发展学生的观察和思维能力。
2.多种类型的操作实验
从教学目的的侧重点划分,学生操作实验可分为四类,即研究性、验证性、测定性和基本练习性实验。学生操作实验探究是指在教师指导下,学生围绕某个问题独立进行实验,观察现象,分析结果,从中发现科学概念或规律,以获得知识、培养探究能力的一种教学活动方式。
3.科技小制作、小实验
科技制作探究包括科技小制作、小设计、小发明等。教师要利用物理活动课和实践课,结合学生的认知特点和智力发展水平,遵照维果茨基的“最近发展区”理论,指导学生因地制宜利用当地自然资源,如实验室闲置器材、学生身边的物品、廉价的材料等,设计和制作完成这类科学性、趣味性很强的实验。
二、初中物理实验探究式教学法的操作程序
物理实验探究式教学是在观察总结科学家、教育教学工作者探索实践和吸纳先进教育理论基础上形成发展起来的一种教学组织形式,因此,它遵循着“问题—假设—设计—验证—总结—评价”这样一种程序。这一模式还特别注重让学生经历科学探究的过程,学习科学研究方法,培养学生的探索精神、实践能力和创新意识。具体实施方法和步骤可以分为:引入课题激发猜想->进行假设->设计实验方案->探究实验->分析总结->评估交流。为了充分利用反馈信息的促进作用,教师应与学生一起对其探究过程、方法和结果进行及时、准确的评估。
三、初中物理实验探究式教学法的效果分析
为了深入的实验探究式教学活动,主要侧重于探究过程和方法的训练,侧重于实验技能、思维能力、分析问题和解决问题能力及创造能力的培养和提高,同时也加强对学生归纳、总结、演绎、推理、评估、交流和拓展应用等方面能力的培养和提高。对于学生进行力学密度探究式教学实验,在“接受式教学”模式下,却较难有效地解决教学实践中遇到的困难。现代教学理论认为,学习科学的中心环节是探究,探究式教学是中学科学教学的一种有效方式。使学生经历“密度知识与技能”的探究学习过程,锻炼和发展科学探究能力。具体说就是掌握一些简单方法,其一,探究的程序化方法:提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作;其二,具体方法:归纳法、比值法、演绎法。主要教学过程为:(1)通过情境创设,提出问题。(2)借助已有认知,做出假设(教师学生互动)。(3)依据实验设计,进行实验并纪录数据。(4)分析试验结果,形成结论。(5)进行组间交流,实施评估。(6)运用密度概念,解决问题。
通过上面对物理实验探究式教学的效果分析,说明物理实验探究式教学的好处是显而易见的。主要的好处总结如下:(1)有利于素质教育和创新教育的实施,当前,开展素质教育和创新教育,培养学生的科学素质、创新精神和实践能力,己成为我国整个基础教育改革的主旋律。(2)有利于激发学生学习物理的兴趣和动机,一堂物理课实施探究式教学是否成功,关键是教师做到巧设悬念,也就是如何引导、启动学生学习的主观能动性的问题。(3)有利于培养学生的科学探究能力,在物理实验探究式教学过程中,学生一旦充分理解所学知识的内在联系,理解科学探究的意义,那么学生的探究精神便会油然而生。(4)有利于培养学生的创造思维能力,在实验探究教学中,教师可随时创设探究情境,启发学生思维、想象,使学生始终处于积极思考、主动探究的心理状态之中。
参考文献: