科学课外实验方式与功能的探索

1、科学课外实验方式与功能的探索背景分析人类的学习就其实质来说是一种个体与环境相互作用而获得经验的文化活动。它是获取经验、知识、文化的手段，知识的继承和文化的传承要依靠学习；而学习的重要内容是人类文化创造的结果。学习活动能否增加创造性的意义，学习过程能否增加除旧布新的成分，学习者能否的创造性的动机，学习者能否通过学习获得创造性的人格，进而加快发展创造性人才培养，这是时代赋予我们的一个崭新的课题。在当代信息社会中，由于知识、信息量的不断增长，每个人要能积极地作用于环境并展自身，就需要不断地学习学习再学习。从这个意义上说，现代人的生存可以说是一个无止境的学习过程。11   

2、;       两种学习类型的剖析在国际心理学界，按不同的学习方式，可以分为接受学习（reception learning）和发现学习(discovery learning)。所谓接受学习，是指学习者将别人的经验变成自己的经验时，所学习的内容是以某种定论或确定的形式通过传授者传授的，不需要自己独立发现。接受学习又叫维持性学习，它的功能在于获得已有的知识、经验，以提高解决当前已经发生问题的能力。它强调的是要培养对现实社会的适应能力。它的价值基础是预先给定的，主要以公认的准则为基础，它重视模仿继承重新获取知识成果和积累信息的能力。在学校里

3、，维持性学习，是通过教师传授系统的书本知识，获得间接经验为主，在教师的掌握和控制下整齐划一地进行，自主学习的导向也只能趋向于更好地掌握和再现书本知识，不同程度地忽视对学生科学方法和学习策略的指导，忽视学生的个性和多方面潜能的发展。 发现学习是学习者自己发现问题和解决问题的一种学习方式，它以培养学习者独立思考为目标，以基本教材为内容，使学习者通过再发现的步骤来进行学习。发现学习分为独立发现学习和指导发现学习。这种学习方式也叫探索性学习，它的功能在于通过学习提高一个人发现、吸收新信息和提出新问题的能力，以迎接处理好社会日新月异的变化。它表现为对公认的、典型的解决问题方法抱怀疑态度，在采用它之前先加

4、以判断，然后根据价值来决定是否采用。在学校里，探索性学习是指学生在教师指导下，以类似科学研究的方式去获取知识和应用知识的学习方式，这种学习方式可以提高一个人发现新问题、提出新问题的能力，把被动地接受知识变为主动地获取知识，变简单地死记硬背为灵活地运用和拓展。在走向学习化社会中更应着重培养的是使学生具有对未来社会的应变能力具有独立思考、大胆求索的精神。学习是终身的，所谓“活到老、学到老”；学习是无墙的，人们随处可学，凡是人际互动中的交谈、生活中的见闻与感受都可说是一种学习。因此，探索性学习是一种全新的学习观。现在基础教育中正在大力实施素质教育，其根本目的就是要培养儿童青少年能具备现代社会所必须的

5、素质，。基础教育如果能带领儿童青少年学会探索性学习，必然会大大提高他们的整体素质。对他们个人来说将终身受用；对社会来说，则可为我国的国民素质不断提高奠定坚实而牢固的基础。如何把这两种学习方式有机地结合起来，既向学生传授系统的书本知识，又教给学生学会学习，培养学生的创新精神和探索能力，是目前教育工作者的紧要任务。1.2 国内专家的呼吁创新是教育的最终目的。创造教育就是以人的创造欲为前提，启迪和开发人的创造潜能的教育活动，培养有健全人格的创造者。（高等师范教育研究91。3）教育应该有三个层次：第一，应该让受教育者知道世界是什么样的，成为一个有知识的人，成为一个客观的人；第二，应该使受教育者知道世界

6、为什么是这样的，成为一个会思考的人，成为一个有理性的人，成为一个有分析能力的人；第三，应该让受教育者知道怎样才能使世界更美好，成为勇于探索、创造的人。创造是教育的最高境界和最终目的。（人民教育99。5）我们这里所说的创新教育是指在基础教育阶段以培养人的创新精神和创新能力为基本价值取向的教育实践。其核心是在认真做好“普九”工作的前提下，在全面实施素质教育的过程中，为了应对知识经济时代的挑战，着重研究和解决如何培养中小学生的创新意识、创新精神和创新能力的问题。因此，创新教育是素质教育的一个重要的组成部分。中小学生达到的创新是指通过对中小学生施以系统的教育和影响，使他们作为独立个体，能够着手发现、认

7、识有意义的新知识、新事物、新思想和新方法，掌握其中蕴涵的基本规律并具备相应的能力，为将来成为“创新型”人才奠定全面的素质基础。（中国教育报99。4。17）小到一个人，大到一个民族，创新精神是靠激发的，创新能力是靠培养的；而激发创新精神，培养创新能力，从根本上讲，要从娃娃抓起；一个国家有没有足够的科学储备，有没有持久的创新能力，关键在基础教育。从这个意义上讲，基础教育是创新人才成长的摇篮。（北京教育99。1）由“应试教育”向素质教育转轨，开展创新教育正是实现这种转轨的关键所在。众所周知，“应试教育”的最大弊端之一就是将学生与生俱来的个性的创造潜质扼杀殆尽，它使我国的基础教育之路越走越窄。要想从“

8、应试教育”的误区中突围出来，就必须寻找其薄弱处下手，而这个薄弱处正是长期被忽视和冷落的创新教育，从这个意义上讲，知识与创新，相辅相成，缺一不可。可现在的情况是：普遍地强调学习，学校里只注重传授知识，不注重培养学生的科研能力。某些学校、某些课程“满堂灌”、死记硬背、学生负担过重的现象令人担忧。在这里我想大声呼吁：不要仅仅传授知识，也要注意培养学生的创新能力！（摘自世界教育信息）江苏省丰县中学胡世良所写的略谈“研究性学习”中提到，我们中学生几乎每年都在国际奥林匹克学科竞赛中获得金牌，但赛后安排的参赛选手与诺贝尔获奖者研讨会上，却明显暴露出我国选手创新意识和科学素养的不足。著名美籍华人杨振宁教授在南

9、大的一次报告中曾讲到中国青年有良好的理论基础，但需要加强实践操作，加强创新意识。 1.3国内创新教育的发展上海中学，从1997年起该校将研究性学习与学科学习相结合，从课内走向校外，高一学习进行学科大作业，学科小论文，指导性课题研究。高二学习进行自选性课题研究。 上海进才中学是我国开展“研究性学习”试点较早的学校之一，该校课题涉及到环境科学、发明创造、影视、经济等20多个类型，其中不少课题的研究具有时代性、科学性、实用性，站在新世纪科学前沿进行探索，有的涉及祖国四化大业、中华民族的兴衰、人类未来发展；有的关心当前变革及当代青少年自身的认识。吉林省教育学会的“创新教育研究工程”正式启动，该项工程主

10、要研究在中小幼阶段全面推进素质教育过程中，通过实施创新教育培养学生的创新素质（包括创新意识、创新精神、创新思维、创新能力等），为培养高素质创新人才奠定基础。研究的主要内空有关于创新教育的目标和内容；关于创新教育的体系、模式及运行机制；关于实施创新教育的 径、方式和方法；关于如何在学科教学中培养学生创新素质；关于在德育、美育、心理教育、劳技教育 中如何培养学生创新素质；关于改革课程、教材、教育评价制度、考试制度等等。（中国教育学刊99。3）2001年7月一封由教师志愿者联合署名的倡议书，该 倡仪书倡仪暑假带领中小学生利用网络开展跨地域的研究性学习。他们认为：传统课程体系中的分科教学，以及强调学科

11、的完整性，是历史发展的必然历程。这种分科在实践中极易造成课程知识脱离学生实际，知识之间缺乏有机联系。研究性学习，充分体现了向整体论知识的转变，从而进一步实现教育为人的充分发展服务。从2001年下半年开始，我国许多高中设立研究性课程，每周安排23课时的学习。不仅国内，国外教育也非常重视对学生实践操作能力的培养。1.4国外的创新教育美国的AUTA模式，这是戴维斯等人80年代初设计的创造力培养方法，AUTA包括了意识（Awareness）、理解（Understanding）、方法（Techniques）和自我实现（Self-actualization）四个部分。意识指加强学生的创新意识；理解指让学生

12、理解题目；方法有“个人创造方法”和“标准创造方法”；自我实现是通过教育培养学生具有良好的个性品质。他们的中小学生的课程，在我们看来是完全没有系统、乱七八糟的，但是 ，学生们就是在这种乱七八糟的状态之下，学到了很多东西，比如：创新意识、动手实践能力、学科渗透能力等等。法国的基础教育与我国十分相似，重哲学、重历史、重基础文化。1990年由现任总理若斯潘领导的教育改革主要在制度层面；1994年开始转向重视中小学生创新精神和动手实践能力，增设了“研究性学习”课程；19951996年在初二年级开始实验，称“多样化途径”倡仪，那时某一学校是否开设这一课程由学校领导决定，已设立这一课程 的学校，在某一学科是

13、否开设则由任课教师自愿报名。19971998年，全国各学区都有一部分初中开设“多样化途径”课程。这是以发挥学生个人创造力为中心的一种课程，它设立一个主题，由学生自主进行活动，教师可以提供咨询，但不过多介入。这种课程侧重于知识的综合运用，侧重于培养多渠道获取信息的能力，通过知识的运用培养学生的创造力，它强调自主、反省和批 的精神，强调多学科知识的运用，强调小组的活动。在大学的入学考试中，通过限定时间和主题，由学生独立进行一项活动，综合评价学生的创造能力。日本比较重视思维的训练和培养，其创新思维训练主要有三种形式：.创办专门学校，为青少年的国民经济计划训练提供场所；.开展面向全体国民的“设想运动”

14、；.在学校教育中开展创造力培养，把培养创造思维的能力作为面向21世纪的重要使命。1  研究思路2.1自然科学的学科特点自然科学是一门实践性很强的学科，除了向学生传授系统的学科知识外，更强调知识的应用和解决现实生活中的实际问题。它既重视基本概念、基本定律的理解，更强调实验操作技能的培养，探索精神、创新思维的形成，以及严谨的、实事求是的科学态度的树立。而现实生活是千变万幻的，仅靠维持性学习的学生是难以适应当代社会的发展的。而实验过程可以实现这个目标，在实验操作过程中，既可以加深对基本概念、基本定律的理解，又可以不同程度地发展各种能力。随着国家对教育的宏观调控，素质教育越来越受到重视，从中

15、考加试实验，高考侧重点的变化，都说明了实验的重要性。2.2实验的分类 2.2.1按组织形式分初中自然科学实验按组织形式可分为家庭实验、开放实验室和室外实验室三种方式。家庭实验是为了配合教学，教师指导学生在家里完成的实验。这种实验是教师把实验的内容、要求、方法等布置给学生，由学生自己创造实验条件，包括选取日常生活中的一些物品当作实验器材，自制一些简单的仪器或零件等，自己动手独立完成实验的全过程。开放实验室是让学生在课外利用实验室的仪器设备条件，在教师的指导下，自己设计实验方案，安装仪器，写成实验。室外实验的优点是空间开阔，不受实验室空间的限制，使学生感到新颖。2.2.2按实验内容分 课外实验按实

16、验内容主要分为以下几种类型：（1）       观察性实验大自然、日常生活和生产技术是学习自然科学的广阔课堂。有意识地引导学生观察，对提高学生的兴趣、提高观察能力、培养洞察事物的思维能力是很有益处的。例如让学生在静止的汽车上观察窗外另一辆启动的汽车，或者在运动的汽车内观察窗外的行人和电线杆，学生对参照物和运动与静止的相对性留下深刻的印象。（2）课内教学的补充性实验课外小实验包括在家庭进行的不实验和在开放实验室时完成的不实验，目的在于帮助学生进一步理解基本概念和基本规律，灵活运用所学知识，训练实验技能。初中自然科学教科书中安排了一些小实

17、验，还可以补充一些联系生活和生产的应用性小实验。（3）       小型科研训练实验进行这类实验目的侧重于使学生获得实验研究方法的训练。教师列出一些研究性课题和提示，让学生设计方案，经过与教师商定后进行实验。所谓科研训练实验，并不一定总要内容复杂和难度较高，努力开发一些小型的、含有某些巧妙设计思想的实验。（4）       游艺用的趣味性实验为了培养学生对自然科学的兴趣，活跃学生的文化生活 ，可以用一些游艺性实验。这类实验，利用基本原理，加上适当的艺术夸张，使之新奇、有趣。2

18、.2.3按实验目的分按实验目的和它在科学认识中的作用不同，可分为验证性实验和探索性实验。验证性实验是在对研究对象有了一定的了解之后，提出某种假设或理论，为了验证这种理论正确与否而安排的实验。 探索性实验是指研究者对研究对象的属性、规律、相互联系等情况，处于无知或知之不多的情况下，提出问题、设计实验，并利用已知的外加因素去干预研究对象，通过实验与探索，获得科学结论的过程。其指导思想是以学生为主体，独立实现认识过程。它可以分为三个层次：导向、操作、研讨。探索性实验最大的特点具有探索性，主要表现为探索情景具有诱惑性；探索问题具有指向性；探究对象具有结构性；探究假设具有合理性；探究方法具有开放性；探究

19、方案具有建构性；探究过程具有全程性；探究结果具有多样性；探究结论具有深刻性；探究氛围具有共振性。3.研究过程及对象整个研究过程大致可分两步，第一步为2002年3月至2002年5月至6月，主要学习有关的理论知识，因为正值初三复习迎考，不宜大面积地开展研究。第二步在接受新一届初三学生后，在自己所任教班级，通过对学生的了解以及我校的实际，在教学过程中挖掘课本中可操作性实验，在实践中探索不同实验方式产生的效果。 3.1观察性实验这一类实验是在学习了一些理论知识后，让学生在课外时间利用自备工具，观察实验现象，通过对现象的观察，一方面，课内知识得到了巩固，实验方法得到了应用；另一方面，学生自己做实验，看得

20、清、记得牢，很好地巩固书本知识。例如：漫反射现象的观察漫反射的作用往往不被学生所认识，许多学生觉得镜面反射是不可少的，而漫反射没有多大作用。因此，有意识地安排一些对漫反射现象的观察性实验，帮助学生搞清楚漫反射的作用。（1）       野外观察选择一个雨后的夜晚，在黑暗的野地里进行观察。把手电筒的光会成一束，最好再用一张黑纸卷成筒状，套在手电筒头上。手电筒光对空向各个方向照射，这时站在边上的同学很不容易发现电筒的光束，电筒光也并不为周围空间增添明亮，好像电筒不亮一样。如果在光线行进的途中设法在空气中扬起灰尘，则一道光束清晰可见。将手电

21、筒的光束射向池塘的水面（或射向一块大的平面镜），只能在水面（或镜面）上留下一个不大的亮斑，周围仍旧黑洞洞的，也看不见手电筒的亮柱。若将电筒的投射在白色的物体上，则无论人哪个方向看去，都显得非常明亮，整个空间也好像一时亮了许多。（2）       室内观察在空气清新的夜晚，在室内进行上述观察，结论是基本上相同。只是当光束投射在白墙上时，由于几面墙壁的多次漫反射而使整个室内一片通明，比室外观察时要亮得多。在指导学生结合日常生活现象展开讨论，使学生搞清楚漫反射使人们看清物体的道理：人们之所以能看清各式各样的物体，主要是因为这些物体发生了漫反

22、射的结果。3.2课堂演示实验的补充为了进一步激发学生的兴趣，有选择有针对性地指导学生完成一系列课外实验，例如：氢气吹肥皂泡、测土壤的PH值、烧不坏的手帕、魔棒点灯、水中花园的制作、纸锅烧水、沸水煮鱼等等。这类实验生动、有趣，能使学生自始至终保持很高的兴趣。3.3开展家庭小实验家庭小实验是学生利用校外业余时间，在家中完成的实验。它比课堂实验在理论上简单，在操作中又往往比较复杂，占时多，它要求学生有一定的理论知识和相当的综合能力。在布置这类实验时，启发学生沿着“实验目的-实验原理-实验用品-实验步骤”展开讨论，打破课本的固有步骤，让学生自己设计实验方案。如冰箱除味、茶壶除垢、证明煤气的燃烧产物、电

23、视机消磁等等。3.4开展实验操作比赛我提供几件实验器材，让学生根据实验器材，自己设计实验方案，看谁的方案多又具操作性。例如，我提供一辆小车、一块毛巾、一块棉布、一只弹簧称、一盒钩码，问学生可做哪些实验。有时可以针对实验目的，让学生自己选择仪器仪表。例如，怎样测定空气中氧气的体积比，怎样测定地窖中二氧化碳的体积分数等等。通过这些探索性实验，让学生自主设计实验方案，激发学生的好奇心和求知欲，更能激发其创造力。学生通过自主探究，主动地获取知识，体会科学家们的研究过程，享受成功的愉悦。2  研究结论4.1验证性实验功能这类实验主要用于习惯思维与认知理论相互冲突的情况下，通过控制实验条件，突出

24、实验现象。瑞士心理学家皮亚杰认为：人的行为具有一种定向性的平衡，由于人与物体的相互作用而破坏了平衡状态，出现了非平衡化。为此，人再进行反应又恢复平衡，这种重新达到平衡状态的心理反应过程，称为平衡化。平衡化又可分为同化和顺应两种形式。同化是主体面临新的情境时，总是将新的知觉要素或刺激整合到原有的图式中，引起主体原有认知结构量的变化，以加强和丰富主体的动作。而当主体的图式不能同化客体时，主体只有改变原有图式，建立新的图式引起主体认知结构发生质变才能适应或容纳新的刺激，这叫顺应。正是在同化与顺应的交替转换过程中，新的认识不断整合为更高级复杂的认知结构。 为了引起学生认知上的冲突，引起最佳或最大限度的

25、不平衡，探索性实验的设计还要遵循“适度”是指设计既要与学生已有的经验有一定联系，同时以要有一定的限度。这样的设计如同摘树的果子一样，学生必须“跳一跳”才能摘下来，这样就最大限度地激起学生的求知欲和好奇心。当他们依靠已有的知识解决了一个新问题时，往往会在紧张的智力运动之后带来精神上的满足。这种求知欲满足后，又会产生新的刺激、激励他们进一步去探索新的课题，从而转化为学习上的一种内驱力。 4.2探索性实验功能 除观察性实验外，其它几种实验都可认为是探索性实验，这种实验方式是创新性学习的一种方法，创新的关键是思维，创造性思维是扩散思维和集中思维的统一。吉尔福特认为，扩散思维同创新性思维的关系极为密切。

26、从信息论看，创新性思维以发散思维去开拓信息，以集中思维去封闭信息，在创造性思维过程中，扩散思维与集中思维是交替地启闭信息展开的。从问题的多端性，可以产生大量新的假设；从问题的伸缩性，可以改变思维，从不同角度去看同一事物；从问题的新颖性，去探索不同于传统方式的解决办法。4.2.1创造性学习者能能动地安排学习，有较系统的学习方法，并养成了良好的学习习惯。学习过程是学生经验的累积过程，它包括经验的获得、保持及其改变等方面。它的重要特点在于学生有一个内在因素的激发过程，从而使主体能在原有结构上接受新经验，改变各种行为，进而丰富原有的结构，产生一种新的知识结构和智力结构。因此，学习的过程，有一种学生的主

27、观见之客观的东西，这就是他们在学习过程中发挥的自觉能动性。学生这种能动性发挥的程度，正是反映其创造性学习的水平。换句话说，学生的自觉能动性发挥得愈出色，他们对学习的安排愈新颖而独待，获取的知识则就愈多愈新，从而使其智力活动具有更高的创造性；因此，如何安排学习，是学习方法是否有效的一种显著表现。创造型学生能能动地安排学习。4.2.2创造型学生有着较为系统的学习方法。过去论述学习理论时，强调学习方法。本世纪六七十年代以来，开始重视各种学习变量对学习方法选用的影响，把学习方法的选用置于更为广泛的学习情境中考察，从而转向研究各种学习变量、元认知与学习方法选用的关系。这样，就将学习方法的探索提高到一个新

28、的水平，即上边提到的策略性学习的水平。如果用战术与战略关系来作比喻，学习方法属于战术的范畴；而根据学习情境的特点和变化选用最为适当的学习方法才是学习的策略，它属于战略的范畴。可见，学习方法由于种类多，又因情境而区别，所以因人而宜。这种差异就决定了学生有否系统的学习方法，能否选用最为适当的学习方法，也决定着学生学习的创造程度。学习方法尽管种类很多，但其中一些经过反复实践和修正，形成具有模式意义的学习方法，并得到广泛的应用，例如循环学习法、纲要学习法、发现学习法、程序学习法等等；创造型的学生，在选择学习方法时，能遵循学习的规律，明确学习任务，利用一切可利用的学习条件；根据学习的情境、内容、目标和特

29、点而灵活地应用；他们表现出强烈而好奇的求知态度，不断地向教师、同学与自己提问；想象力丰富，喜欢叙述；不随大流，不依赖群体公认的结构；主意多，思维流畅性强；敢于探索、试验、发现和否定，喜欢虚构、幻想和独立行事；善于概括，将知识系统化等。这样，不仅提高了学习的效果；而且也发展了创造能力。4.2.3学习行为要由学生学习动机来支配。学生的“会学”水平取决于“爱学”的程度，学生的学习活动，是由各种不同的动力因素组成的整个动机系统所引起的。其心理因素主要是需要及其各种表现形态，诸如兴趣、，爱好、态度、理想和信念等，其次是情感因素。从事学习活动，除要有心理因素的需要之外，还要有满足这种需要的学习自标。这种学

30、习目标包括习目的、内容和成果。由于学习目标指引着学习的方向，可把它称为学习的诱因。学习目标同学生的需要一起，成为学习动机系统的重要构成因素。学生的学习动机之所以能发挥其用，这与它的激发有直接关系。学习动机的激发，是利用一定的诱因使已形成的学习需要潜在状态转入活动状态；使学生产生强烈的学习愿望或意向，从而成为学习活动的动力。学习动机的激发，其诱因可以来自学习活动本身所获得的满足，也可以来自诸如学习目的、学习成果和远大目标等学习之外所获得的间接满足。4.2.4学习贵在创新。有人认为、学习只是接受前人的知识，学习书本上的知识；不是什么创造发明，根本谈不上什么创新。我们则认为，学习固然不同于科学家的研

31、究；但也要求学生敢于除旧，敢于布新，敢于用多种思维方式探讨所学的东西。学生在学校里固然是以再现思维为主要方法，但培养他们的创造性思维，也是教育教学中必不可缺的重要一环。思维的创造性或创造性思维，不应该理解为仅仅局限于少数创造发明者身上所具有的思维形态，它是一种连续的而不是全有全无的思维品质，学生在学习过程中，具有独特、发散和新颖的特点，这应该说是他们创造性思维的一种表现。研究学生思维创造性的发展和培养，研究他们的创造性学习特点并加以促进，且作出科学的分析，这是思维心理学和学习心理学研究的一个重要的新课题，也是信息时代赋予教育工作者的一项重要的新任务。5.1探索性学习的基本特征 探索性学习的基本特征表现为预期性和参与性。 预期性是思维态势超前的表现，是积极直面人生，认真识别生存背景可能发生的变化。因此在基础教育中，预期性的教育和教学在于能引导学生为面向未来而学。在学习上表现为如下几个方面。(1)能有目的地学习。学习有明确的目标，对自己所要达到的要求及其社会价值有所认识，并主动规划和安排自己的学习。(2)能有选择地学习。根据学习的要求有效地选择