科学课程与教学论-6汇编

1、 第6章 科学实验教学 学习目标学习目标 1认识科学实验教育的价值，了解科学实验教 学的基本特征； 2理解科学实验教学的目的、特点和教学基本 要求； 3掌握科学实验教学的策略和科学教师应当具 备的科学实验教学技能。 核心概念 科学实验；实验技能；实验教学策略 第一节第一节 科学实验的教育价值科学实验的教育价值 一、科学实验与科学实验教学一、科学实验与科学实验教学 1 1。科学实验及其特点。科学实验及其特点 科学实验，是指人们根据一定的目的，利 用科学仪器、设备等，人为地控制或模拟自然 现象来认识自然事物本质和规律的一种科学实 践活动。 特点 （1）科学实验是以认识事物的本质及规律为直接目的 生

2、产活动是以生产物质产品来满足人类不断增长的 各种物质生活需要为直接目的，即以改造自然为直接 目的。 科学实验的直接目的则是为了解决一定的科学问题， 获得有关自然界的科学知识，实现科学知识的创造， 其产品主要不是物质财富，而是科学理论，使之最终 为有效的改造世界服务。 （2）科学实验是一种探索性、创造性的活动 v由于物质及其变化的复杂性，往往使事物的科 学本质及其规律不易的外露，而需要科学工作 者付出艰辛的劳动，进行一系列的探索和创造 性活动才能揭示出物质及其变化运动的规律 （3）科学实验是一种现实的感性的物质活动 v构成科学实验的各个要素（科学实验的主体、 客体和工具）中，而且还表现在实施科学

3、实验 的过程中。科学实验过程中，实验主体要操作 一定的科学仪器、设备，使其作用于实验对象， 并使之朝着预期的方向发生变化，从而为认识 物质及其运动变化规律获取科学实验事实（包 括实验现象和实验数据）。实验仪器与实验对 象的相互作用是不依人的意志为转移的，因而 这是一个活生生的现实的可感知的过程 （4）科学实验是一种物化的理性活动 v科学实验的每一个步骤（或叫环节）都渗透着理性思 维（包括比较、分析、综合、归纳和概括等逻辑思维、 科学抽象和科学理论等）。具体说来，在实验的准备 阶段，提出研究课题要以对一定的科学背景知识进行 批判分析为前提；确定实验目的需要经历一个理论的 逻辑演绎过程；进行实验设

4、计则要运用一定的科学理 论进行逻辑推理，以便在实验实施之前，先在思想中 完成整个实验操作的图景，即为实现实验目的构思理 性方法，从而借助于恰当的实验操作，使之物化为感 性形态。 v在实验的实施阶段无论是操作方法的运用还是 偶然因素的处置，以及实验现象的观察和记录 等方面都离不开理性思维活动。在实验结果的 处理阶段，一方面要通过科学用语、线图和表 格等形式对所获得的实验事实进行处理与分析， 以便为揭示科学对象的本质及规律作好准备； 另一方面，还要讨论整个实验的进程和成效， 进行总结评估。 2科学实验的类型 （1）探索性实验，也称为探究性实验，是指人 们采用一定的实验手段和方法，去探索未知自 然事

5、物或现象的内在性质或规律的一类科学实 验。其特点是人们对研究对象不了解，实验的 结果往往具有发现性。 案例1 科学史上，拉瓦锡在普里斯特列（J.Priestle） 发现氧气的基础上，通过各种燃烧实验揭示燃 烧现象的本质，推翻“燃素说”，创立物质燃 烧的氧化理论，卢瑟福通过粒子散射现象发现 原子核的实验就属于这种探索性的实验。 （2）验证性实验，即针对科学假说，为检验其 正确与否而设计的一类证实性实验，这类实验 大多有明确的探究对象和理论设计依据，往往 采用可靠的实验方法、手段和途径来检验假设， 可检验性和可重复性是这类实验的基本特点。 案例2 v1919年英国天文学家爱丁顿通过观测日全食确 认

6、爱因斯坦广义相对论结论正确性的实验， 1932年查德威克（J.Chadwick）证明卢瑟福中 子假说的实验等就属于这一类型实验的典型事 例。 （3）析因实验。即由已知结果去探寻其产生原 因的一类科学实验。这类实验的一个基本特点 就是追根溯源，运用实证的方式从影响物质及 其变化过程多种复杂因素中找出起主导或决定 作用的因素，不仅从理论上分析引起变化的原 因，而且还通过实验来加以检验、证实。 （4）定性实验。这是一类以判定事物的性质及 外部联系，或者某种物质的成分、结构等因素 是否存在以及它们的作用是什么为基本特征的 实验。 一般说来，定性实验只能达到判断实验事 实是否存在的程度，常常用“有”或“

7、没有”、 “是”或“不是”来表征实验的结论，只能给 出关于研究对象的一般性质及与其他方面联系 的初步认识。定性实验也具有一定的探索性， 不具有精确性。 （5）定量实验，是与定性实验相对的一类以精 确测量对象属性为目的的科学实验。任何自然 事物都是质和量的统一。定量实验着重在探测 研究对象及其之间的量比关系，获得某些因素 之间的影响程度。因而通过测量获取实验的量 化数据是其基本特点。 例如，化学中的中和滴定分析法、电化学分 析法，以及物理量的测量就是这类实验的典型 事例。 3科学实验的方法和技能 （1）设计与分析 （2）观测与记录 （3）控制变量 （4）数据处理 4科学教学实验与科学实验教学科学

8、教学实验与科学实验教学 v不仅自然科学研究离不开科学实验，在科学教 学中也同样需要科学实验，可以称之为“科学 教学实验”，它是在科学教学中教师或学生根 据一定的科学实验目的，运用一定的科学实验 仪器、设备和装置，在人为的实验条件下，改 变实验对象的状态和性质，从而获得各种科学 实验事实，达到科学教学目的的一种教学实践 活动。 思考 v作为科学教学活动的科学实验与自然科学研究 的科学实验 愿何异同？ 科学实验教学 v教师将科学教学实验置于一定的科学教学情景 下，为实现一定的科学教学目的，而开展的一 系列教学活动，称之为“科学实验教学”。 案例研究案例研究 金属物理性质的探究金属物理性质的探究 v

9、教学目的：认识金属的物理性质。 v教学情景：金属是一类重要的材料，人类的生活和生 产都离不开金属。铁、铝、铜是我们常见的金属，它 们都有哪些物理性质呢？下面就请大家作一番探究。 v实验1：用细砂纸分别打磨一小块铁片（或铁丝）、铝 片（或铝丝）和铜片（或铜丝），用滤纸或软布擦拭 后，观察它们的颜色和光泽，试试它们是否容易被弯 曲、折断。 v实验2：用手拿着金属片（或金属丝）的一端， 在酒精灯上方烤它的另一端（注意时间不要长， 防止烫伤！），试试它能不能传热。 v实验3：用电池和小电珠试试它能不能导电。 v实验4：试试它能不能被磁铁吸引。 v请将观察到的实验现象记录在表格中，分析、 比较一下，你能

10、归纳出金属的哪些物理性质？ v以上4个教学实验，是在一定的教学情景下，为 达到“认识金属的物理性质”的教学目的而设 计的。这其中包括了一系列的教学活动，如实 验、观察、记录、讨论、交流、比较、归纳和 总结等。这些具体的教学活动就是科学实验教 学 二、科学实验的教育价值 1.科学实验是培养和提高学生科学素养的实践途 径和教育过程。 2.科学实验也是培养学生科学技能的重要环节 3.科学实验还是培养学生提出问题、分析问题和解决问 题能力的有效方式 4.科学实验是进行科学方法教育的重要途径； 5.科学实验也是培养学生科学兴趣，激发学习动 机的重要途径 ； 问题讨论问题讨论 你怎样理解科学实验教学也是培

11、养学生科学素 养的过程？（1）你的理解和认识是什么？为什 么？ （2）实验和实作有区别吗？ 发表你对实验的“求知”或“探究”特征的看 法。 三、科学实验教学的特征、过程和主要类型 1科学实验教学的基本特征 动手与动脑一体化、理论与应用相结合，通过 实践理解和形成知识、学习科学方法。 在实践中体验、在体验中理解，学习科学方法 与形成实验技能相辅相成。 科学探究与科学教育融合于同一过程之中。 2科学实验教学的实施过程 反 馈 提出实提出实 验问题验问题 实验设计实验设计 设计设计 实验实施实验实施 （观察测（观察测 量）量） 的实验结的实验结 果的分析果的分析 与处与处理理 报告报告 与交流与交流

12、 图6-1 科学实验教学过程的基本构成 3科学实验教学的主要类型 （1）课堂演示实验 课堂演示实验是为配合教学内容讲解，由教 师操作表演示范的一种实验教学形式。其实质 是一种直观的教学方式，通过演示实验，能够 化抽象为具体，化枯燥为生动，把要研究的科 学现象和验证的实验结果清楚地展示在学生面 前。因而更有利于学生通过观察促进积极思考， 使学生把观察实验现象与理解科学概念和规律 联系起来，从而达到“事半功倍”的效果。 （2）学生实验室实验 学生实验室实验，常称为“学生实验”。 即学生在实验室里单独或者分组操作的一类学 习型实验。这类实验主要涉及的类型可有探究 性的，也可有验证型的，还可有兴趣型或

13、者设 计型的实验。学生实验要体现学生的主体地位， 科学教师应当在实验之前讲清楚实验的目的和 要求，指导学生进行实验的探究。 （3）科技实践探究实验 科技实践探究实验是学校中为实施科技综合 实践活动而选择性开展的一类探索性或兴趣性 实验。由于这一类实验是根据科技综合实践活 动的选题来设置的实验，因而实验的目的、内 容和方法都具有较大的可变性。这类实验往往 比较注重实验技能、方法和形式的综合，强调 实验中的合作和交流。 第二节第二节科学实验教学的目标和内容科学实验教学的目标和内容 一、科学实验教学的目标一、科学实验教学的目标 （一）实验知识与技能目标（一）实验知识与技能目标 1.实验知识目标实验知

14、识目标 （1）实验知识目标的内容 实验仪器与药品知识包括基本实验仪器的 名称、构造、规格、用途、操作原理，化学药 品的颜色、状态、主要化学性质以及存放、取 用等知识。 实验方法知识主要是有关实验方法论初步 知识在科学实验教学中的应用。比如，实验观 察方法、实验变量控制方法、测定方法、实验 记录方法、实验数据处理的表格化和线图化方 法。 实验现象和事实知识指教材中设置的“活 动与探究”所涉及的有关科学实验现象和事实。 实验安全知识主要包括科学实验中易燃、 易爆、有毒和腐蚀性药品的使用、贮存，以及 一些安全操作和防止事故发生，如防止玻璃割 伤、触电、中毒等方面的知识。 （2）实验知识目标的水平）实

15、验知识目标的水平 科学实验知识的目标层次按照从低级到高级的 学习水平，依次划分为了解、理解和应用三个 层次。其内涵是： 了解指对科学实验内容、科学实验过程的 回忆和再现。能描述或记住学习过的科学实验 现象或事实，能说出常用科学实验仪器的名称、 用途及使用注意事项。 理解指能认识科学实验现象和事实的关系和原因， 领会实验操作方法与步骤，懂得常用科学实验仪器的 使用方法，能根据实验现象及数据得出科学结论。 应用能运用所学科学基础知识（包括科学实验知 识）对观察到的科学实验现象、事实和测定的数据进 行正确的判断和解释，能按要求绘制实验装置图，能 正确书写实验报告，能根据要求设计简单的科学探究 实验方

16、案。 2.实验技能目标实验技能目标 （1）实验技能的目标内容）实验技能的目标内容 实验基本工具和基本仪器的使用技能。主要包括酒精 灯、刻度尺、量筒、天平、秒表、温度计、电流表、 电压表、显微镜、地图和地球仪、指南针、星图等。 基本操作技能。主要有收集和制取某种气体、配制溶 液、分离混合物、过滤、蒸发、鉴别物质、制作临时 装片、药品取用、器皿连接、连接简单电路等。 仪器和药品的选择技能。主要包括对实验仪器 的种类、规格、数量、用途等的选择，以及对 药品的种类、纯度、浓度、用量等的选择。 （2）实验技能的目标层次）实验技能的目标层次 科学实验操作技能可分为由低到高的模仿水平、独立 操作水平和迁移水

17、平。其内涵是： 模仿水平指借助说明书或教师的示范进行的常规 仪器操作和基本练习性操作。该水平的操作主要表现 为机械模仿，规范性与协调性较差，参与意识不强。 独立操作水平指学生独立进行有目的的操作，能 与已有技能建立联系。该水平的操作表现为学生动作 基本规范、协调、基本能做到“会拿”、“会放”、 “会接”、“会调”、“会测”。有较强的实验参与 意识。 迁移水平指运用多种手段与方法，自主 进行的有目的的操作，能在新情景中运用技能。 具有该水平实验技能的学生能够设计或模拟实 验等解决一些简单的实验问题 （二）实验探究过程、方法与能力目标（二）实验探究过程、方法与能力目标 1实验探究过程、方法与能力目

18、标的内容 2.实验探究过程、方法与能力目标的水平 科学实验教学中的过程与方法目标属于体验性 学习目标。与科学实验知识目标相比，科学实 验过程与方法目标难以结果化，即学习结果较 难测量。因此，其层次水平可按学生的心理感 受或体验等划分为以下由低到高的三个等级。 （1）感受指对科学方法论的初步知识（含 义、作用、要求及操作步骤等）有一定的觉察、 留心、关注和印象。 （2）领悟指经过反复体会、思考逐渐认识 实验探究的本质及其各个环节的内部联系。 （3）简单应用指能初步运用科学方法论的 初步知识去解决简单的科学实验问题（含实验 习题）。 （三）实验情感、态度与价值观目标（三）实验情感、态度与价值观目标

19、 1. 实验情感态度与价值观目标的内容 （1）实验兴趣 实验兴趣，是指学生在科学教学中对实验现象或 仪器、装置或实验探究活动或实验方法所具有 的一种心理倾向。实验兴趣是最重要的科学认 识兴趣之一，是“学习动机中最现实、最活跃 的成分” v学生的实验兴趣因其年龄心理特征的差异而现 出发展水平上的不平衡。根据学生的实验兴趣 发展水平的高低，一般认为实验兴趣由低到高 可以分为：感知兴趣、操作兴趣、探究兴趣、 创造兴趣四个水平 。 （2）实验态度 v实验态度主要指在实验过程中，具有尊重实验 事实、严肃认真、一丝不苟、勇于创新、谦虚 好学、乐于协作的科学态度。这是科学精神在 实验活动中的具体体现。 （3

20、）实验习惯 v指实验前有预习的习惯；实验过程中有认真、 仔细、规范、有序地进行实验的习惯；认真观 察、思考、记录现象和数据的习惯；手脑并用 的习惯；爱护仪器、节约水、电、气及实验易 耗品的习惯；自觉遵守实验室纪律的习惯；保 持实验室环境整洁的习惯；重视实验安全的习 惯等方面。 （4）实验观 实验观是指学生对科学实验总的看法和根本观点， 主要包括： 科学实验的本质。能够认识科学实验是人们利用科学 仪器和设备，有目的、有步骤地控制或模拟科学对象 来认识物质及其变化规律的一种科学实践活动。能够 知道实验是一种探索性、创造性的感性物质活动，也 是一种物化的理性活动。 科学实验的价值观。能够认识实验是科

21、学 认识的来源和基础，是检验科学认识真理性的 根本标准和科学发展的直接动力。没有科学实 验，就没有科学的产生和发展，也就没有现代 科学科学。 2目标层次 （1）接受：指学生体验、感受到科学实验对自己的刺激 和影响作用，具有接受科学实验的愿望。 （2）反应：指学生有主动参与科学实验，并作出积极的 行为反应。处于该层次的学生不仅仅愿意注意实验现 象，而且受到充分的驱动后开始产生积极的态度行为， 这种行为中往往包含着复杂的心理活动，主要是爱好、 愉悦，且包含有动机和意志的成分。 （3）体验：指学生通过不断的实验探究活动，在科学实 验兴趣、意志、态度、习惯、价值观等方面得到强化， 初步形成正确的实验意

22、识或信念。 案例研究案例研究 科学实验教学目标的陈述举例科学实验教学目标的陈述举例 【实验知识与技能实验知识与技能】 1.理解实验室用过氧化氢或高锰酸钾制取氧气的反应原 理。 2.记住O2的检验方法和实验现象。 3.记住O2木炭反应及产物检验、铁丝反应的实验现象。 4.初步学习氧气的实验室制法。 5.能写出有关氧气制取及性质的探究活动报告。 6. 能在教师指导下根据实验目的学会实验药品和仪器的 选择，并能安全操作。 7.能画出实验室制取氧气的装置图。 【实验探究过程与方法、能力实验探究过程与方法、能力】 1.认识到实验、观察是化学探究活动的重要途径和方法。 2.感受到表格化是处理实验事实的一种

23、重要方法。 3.感受到实验变量的控制对化学实验结果的影响。 4能根据所要探究的问题设计简单的科学实验方案 【实验情感态度与价值观实验情感态度与价值观】 1.增强学生的实验探究兴趣 2.认识到实验在建立化学概念中的重要作用。 3.体会到良好的实验习惯、一丝不苟的严谨态度对实验 成功的保证作用。 4.体验到猜想要用实验事实来验证 二、科学课程的实验内容构成及实验类型 1科学课程的实验内容构成 实验构成实验构成实验学习目标实验学习目标实验构成举例实验构成举例 科学探究科学探究 学习进行科学探究所需要的实验学习进行科学探究所需要的实验 技能技能 使用基本工具和基本仪器进行观察和测量；使用基本工具和基本

24、仪器进行观察和测量； 基本实验技术；基本实验技术； 查阅信息资料的技术。查阅信息资料的技术。 生命科学生命科学 掌握生物学实验技能掌握生物学实验技能 观测生物现象观测生物现象 运用生物学的实验方法运用生物学的实验方法 制作生物学模型制作生物学模型 用放大镜、显微镜观察池塘或土壤中的微生物；用放大镜、显微镜观察池塘或土壤中的微生物； 观察人体口腔上皮等动物细胞；观察人体口腔上皮等动物细胞； 让学生对让学生对812种生物尝试使用自己的分类方法进行分类，编制种生物尝试使用自己的分类方法进行分类，编制 出自己的检索表；出自己的检索表； 制作生态球。制作生态球。 物质科学物质科学 掌握物理、化学实验技能

25、掌握物理、化学实验技能 观测物质运动的现象和规律观测物质运动的现象和规律 运用科学实验的方法运用科学实验的方法 制作物质模型制作物质模型 观察观察晶体熔化，描绘晶体熔化图线；晶体熔化，描绘晶体熔化图线； 寻找分子存在的证据；证明离子的存在；寻找分子存在的证据；证明离子的存在； 探究金属活动性的顺序；探究金属活动性的顺序； 自制酸碱指示剂；自制酸碱指示剂； 地球、宇宙和地球、宇宙和 空间科学空间科学 掌握科学实验技能掌握科学实验技能 观测自然天体运动的现象观测自然天体运动的现象 运用科学实验的方法运用科学实验的方法 制作自然模型制作自然模型 将各种水体数量按比例绘制图表；将各种水体数量按比例绘制

26、图表； 设计测定正午太阳高度角的实验；设计测定正午太阳高度角的实验； 设计实验，演示大气降水的凝结过程；设计实验，演示大气降水的凝结过程； 用泥土、土豆或其他材料制作简单的地形模型，并绘制简单的地用泥土、土豆或其他材料制作简单的地形模型，并绘制简单的地 形等高线图。形等高线图。 科学、技术与社会科学、技术与社会 调查研究调查研究调查本地区现代农业技术的使用状况。调查本地区现代农业技术的使用状况。 表表6-1科学（科学（7-9年级）课程标准年级）课程标准的实验内容构成的实验内容构成 2科学课程中的主要实验类型 （1）观察测量型实验 表6-2 科学课程标准各内容领域中的观测型实验举例 内容领域内容

27、领域实验举例实验举例实验目标实验目标 生命生命 科学科学 生 命 系 统生 命 系 统 的 构 成 层的 构 成 层 次次 用放大镜、显微镜观察池塘或土用放大镜、显微镜观察池塘或土 壤中的微小生物；或观察常见的、壤中的微小生物；或观察常见的、 比较典型的生物（如蚯蚓） ；或养比较典型的生物（如蚯蚓） ；或养 殖小动物或种植植物，对其形态、殖小动物或种植植物，对其形态、 生活习性进行观察；撰写观察报生活习性进行观察；撰写观察报 告。告。 学会使用放大镜、 显微镜等观察、 测量工具。学会使用放大镜、 显微镜等观察、 测量工具。 观察常见生物，描述其形态和生活习性。观察常见生物，描述其形态和生活习性。 观察和描述常见生物的生活环境，感知生物观察和描述常见生物的生活环境，感知生物 对环境的适应。对环境的适应。 物质物质 科学科学 水水观察活性炭和明矾的净水作用观察活性炭和明矾的净水作用 增强节约用水的意识和防止水污染的责任增强节约用水的意识和防止水污染的责任 感。感。 地球、宇宙地球、宇宙 和空间科学和空间科学 太 阳 系 与太 阳 系 与 星际航行星际航行 用天文望远镜观察太阳黑子和月用天文望远镜观察太阳黑子和月 球。球。 知道太阳和月球的概况。知道太阳和月球的概况。 关注太阳活动对人类的影响。关注太阳活动对人类的影响。