校外科技课堂中实验教学形式多样化的实践与思考
瞿璟琰
【摘要】课堂中的实验教学不仅能够为学生提供学习的直观认知，而且能够全面培养学生的学习、探究和创新能力。校外教育因为具有教学设计的灵活性和课堂互动的实时性，具备探索学生实验多种教学形式的条件。笔者根据多年来开展校外科技培训的教学经验，总结了“演示实践、猜想验证、魔术揭秘、命题探索、情景探究、检索分享”六种学生科技实验的教学形式，并结合实际案例，分析了它们的教学特点和适用情况。同时，还结合现代信息技术的运用，梳理了课堂中实验教学形式多样化的教学价值，希望能够为校内外课堂的实验教学提供参考，引发教师关于学生实验的更多思考。
【关键词】科技课堂?学生实验?教学形式
一、引言
《上海市中长期教育改革和发展规划纲要》中强调要把发展学生的兴趣特长、提升学生的自主学习和独立思考能力、培养学生的创造思维及合作沟通意识贯穿到教学过程中。课堂实验作为教学的基本手段之一有其特殊的地位与功能，它不仅能够为学生提供学习的直观认知、加深对知识的理解与掌握，更能激发学生的求知欲、训练科学思维和探究实践的方法。可以说，实验是学生自主学习、探究实践的重要途径，是培养学生科技素养和创新精神的突破口。校外科技教育更是需要让青少年亲自动手体验实验过程、感悟相关的科学方法。因此，本文通过总结多年来开展自然科学类校外科技培训的教学经验，梳理了六种学生实验探究的教学形式、案例与特点，希望能为校内外课堂的实验教学提供参考、带来启示。
二、在校外课堂中探索学生实验教学形式多样化的优势分析
校外科技培训大多以实践性、探究性课程为主，课堂中学生的动手时间可以更充裕，在实践中的学生反馈也可以更实时。自然科学类的校外科技培训，学生的实验过程往往成为教学重点，因此通过采用多样化的实验教学形式，并比较它们各自的特点和利弊，可看出校外教育既具有先行先试的条件，又具有尝试探索的需求。
（一）校外教学的方式可以更灵活
校外教育并不属于学历制的基础教育，没有统一的教学大纲或课程标准，学生可以根据个人兴趣自主选择课程，教师也可以根据自编教材灵活地采取教学形式。例如，设计“将知识学习融入实验探究”的实践性课程，这为教师尝试多样的学生科技实验的教学方式提供了平台。而且，校外科技培训一节课一般为2个课时，这也充分保障了实验探究类课程中学生的实践时间。
（二）校外教学的互动可以更自由
校外科技培训中，每个班的学生人数一般在20人以内，往往属于小班化教学。因此，教师与学生的互动更为亲密，教室的可支配空间也相对宽裕。教师可以根据学生特点设计课堂实验的形式，从而让学生获得更充分的实践和更深刻的体验。不同的实验教学下，师生的行为是动态变化的，教师可以根據学生的反馈及时调整活动内容、总结某种实验教学形式的实施效果与适用特征，甚至还可以根据学生的行为反应，开发能够提高课堂效率的学生实验教学。
三、科技实验课堂中六种教学形式的实践探索
多年来，我们在校外科技课堂中实践了多种不同的科技实验教学形式，并总结了六种典型的实验课教学形式，其中既包含“演示实践”这类传统教学形式，也包含“猜想验证”“魔术揭秘”这些在校外教学实践中自行开发的教学形式，更包含“命题探索”“情景探究”“检索分享”这样的新课改强调的研究型学习背景下新生的教学形式。
（一）“演示实践”的实验课教学形式
【教学案例实录】
1.教学主题：制备蒸馏水
2.教学过程：
（1）教师详细讲解蒸馏装置的搭建方法。
（2）教师演示几个重要的实验操作步骤。
（3）学生进行动手实践、完成实验。
【教学特点分析】
“演示实践”的教学形式是指由教师讲解实验步骤、演示操作方法，学生再依照步骤进行实验。它是传统的实验教学，目前在课堂中使用也比较普遍。虽然这样的课堂实验会略显沉闷、学生的互动性和主动性也无法体现，但能够比较好的控制实验进程、避免不安全因素，适合于实验步骤复杂、学生还不会操作相关实验仪器的情况。例如，“制备蒸馏水”这节课中实验装置比较复杂，而且在加热冷凝的操作上，若步骤颠倒会出现危险，所以我们使用了该种教学形式。
（二）“猜想验证”的实验课教学形式
【教学案例实录】
1.教学主题：物质溶解度随温度的变化情况
2.教学过程：
（1）教师提出问题，让学生猜想如果温度升高，物质在水中的溶解度会如何变化？
（2）学生思考与讨论，得出物质在水中的溶解度会升高。
（3）学生通过实验探究，证实大多数固体的溶解度随着温度的升高而增加，但不同物质间存在差异。
（4）教师又抛出问题：气体的溶解度会如何变化呢？学生再次通过猜测与验证，发现大多数气体的溶解度是随温度的升高而减小的。
【教学特点分析】
“猜想验证”的教学形式是指学生先对教师提出的问题进行猜测，再在教师引导下开展实验来验证假设。它让学生根据已有知识和现有经验进行推测，通过实践验证来获得新知识和新技能，能够引导学生通过猜、做、想三个过程来学习，很好的激发学生独立思考，让他们带着问题去实验、去探究，从而更稳固地掌握所学知识与技能。例如，“物质溶解度随温度的变化情况”这节课中，学生已经有了饱和溶液、溶解度的基础知识，因此通过“猜测—动手—验证—再猜测”的过程，可以让学生在原有知识基础上通过主动探究获得新知识。
（三）“魔术揭秘”的实验课教学形式
【教学案例实录】
1.教学主题：淀粉遇到碘酒显色
2.教学过程：
（1）教师展示“密信”魔术：白纸在碘酒中浸一下显现出了蓝紫色的字。
（2）教师揭秘魔术：白纸上事先用蘸有淀粉悬浊液的毛笔写了字，淀粉遇到碘酒后会变成蓝紫色。
（3）学生自己制作“密信”。
（4）教师指导学生销毁“密信”：在字迹上涂抹维生素C溶液，字消失啦！
【教学特点分析】
“魔术揭秘”的教学形式是指教师用魔术表演的形式展示实验现象，再引出实验变化的科学原理。它可以通过直观的现象来表现物质变化的科学规律，从而激发学生的探究兴趣，让学生通过学习和实践揭秘、再现“魔术”，这也是引导学生对科学原理深入思考的过程，对于初学者很有帮助。例如，“淀粉遇到碘酒显色”这节课中“密信”既能引起学生的探究兴趣，又能有效展现淀粉遇到碘酒变成蓝紫色、遇到维生素C又会褪色的化学现象。
（四）“命题探索”的实验课教学形式
【教学案例实录】
1.教学主题：粗盐提纯
2.教学过程：
（1）教师布置“任务”：将含有杂质的粗盐提纯，并计算精盐产出率。
（2）学生自主设计实验方案，并进行分享与交流。
（3）学生在教师指导下进一步细化实验步骤、进行实践、完成“任务”。
【教学特点分析】
“命题探索”的教学形式是指学生根据教师布置的命题任务，自主设计实验方案，讨论具体步骤并进行实践。它能够充分发挥学生的探究主动性，提升学生的实验综合能力、问题解决能力和创造力，激发学生的小组合作意识。但命题任务的设计比较有难度，既要在学生的知识范围内、又要有所提升，更要适合已经有一定学习基础的学生。例如，“粗盐提纯”这节课的学生已经参与过校外培训一段时间，具有一定的实验技能和方案设计基础，因此可以通过组内讨论、组间交流、实际操做来完成“任务”，还可以有一些创意的表达方式，如把步骤画出来。
（五）“情景探究”的实验课教学形式
【教学案例实录】
1.教学主题：酸碱中和反应
2.教学过程：
（1）教师将酸碱指示剂、中和反应的连锁现象设计成“神奇的酒水单”。
（2）教师演示“清水”变“红酒”、变“草莓牛奶”、变“汽水”、变“啤酒”的“酒水单”，讲解其中蕴含的化学变化。
（3）学生分组探究每个化学反应的条件，并分角色以顾客进入神奇酒店点酒的表演展示探究成果。
【教学特点分析】
“情景探究”的教学形式是指教师为学生创设一定的情景，让学生扮演特定的角色，分工完成实验。这能够有效促进学生进行有序的小组合作，场景设置、角色带入的设定不仅让学生自觉进行了小组分工，而且为了能够确保展现效果，前期的实验探究更投入，后期的表演编排也更具有创造性。例如，“酸碱中和反应”这节课中，情景的设置能够激发学生的主动性和创造性，有几组学生的表演让人惊喜，把挑剔的“顾客”和耐心的“调酒师”表现得惟妙惟肖，还有学生发现最后的甲基橙显色容易偏红，因此把“啤酒”改成了“芬达”。
（六）“检索分享”的实验课教学形式
【教学案例实录】
1.教学主题：天然酸碱指示剂
2.教学过程：
（1）学生在课前先通过网络检索寻找身边有哪些物质遇到酸、碱会显示不同的颜色。
（2）通过课堂上的分享与交流，学生们了解身边遇到酸碱会变色的物质。
（3）学生通过实验，探究这些“天然酸碱指示剂”的显色规律。
【教学特点分析】
“检索分享”的教学形式是指在课前就先让学生通过网络、书籍或询问寻找相关资料，课上交流并通过实验深入研究。学生对实验内容的前期自主探索能够激发学生参与实验的主动性，还能提升学生的信息素养，比较适用于有一定信息检索和汇总整理能力的学生。例如，“天然酸碱指示剂”这节课上，学生在课堂上交流自己事先获取的信息或资料，让同学们对指示剂“变色”的探究跃跃欲试，有些同学还将自己找到的“酸碱指示剂”带到课堂上一起测试。
四、学生实验教学形式多样化的价值分析
科学知识传授的教学形式往往比较统一，而科学技能和实践体验的教学形式可以更具多样化。校外科技实验课中采用多种不同的教学形式，不仅是为了有效提高课堂活力、满足学生知识学习和技能培养的个性化需求，还是教师吸收与运用各类教育教学理论的平台。
（一）提高课堂效率的有力手段
不同的实验教学形式可以适合于不同的实验内容和不同的学习对象，为教师的教学设计提供了更加宽广的空间。有效的实验教学可以将教师、学生和教学环境整合成一个学习共同体，通过互动来推进教学深化，营造出与教学相适应的环境、高效地呈现教学内容。同时又能根据学生的特点因材施教，促使学生积极投入到学习中。
例如，实验装置复杂、不当操作会产生安全隐患时，可以使用“演示实践”的教学形式;学生年龄段较低、学习兴趣有待提升时，可以使用“魔术揭秘”和“猜想验证”的形式;学生有一定的学习基础、需要促进他们自主探究时，可以采用“命题探索”和“检索分享”的形式;需要培养学生在小组学习中的合作意识时，可以采用“情景探究”和“命题探索”的形式。
（二）培养学生能力的有效方法
与校内教育相比，校外科技教育的育人目标更关注培养青少年的科学态度、探究能力和创新精神。而多样化的实验教学形式可以激发学生进行积极的互动合作，在学习体验中主动表达、乐于倾听，从而全面提升学生的综合实践能力。
例如，严谨的科研实验方式可以在“演示实践”“猜想验证”“命题探索”等形式的教学中习得，学生的创新意识和探究能力可以在“命题探索”“检索分享”“魔术揭秘”等教学形式中培育，学生的合作精神和协调能力可以在“情景探究”“命题探索”等教学形式中得到锻炼，学生的信息检索与整合素养可以在“检索分享”“情景探究”等教学形式中提升。
（三）实践教学理念的可行途径
不同的课堂实验教学形式其实是当今主流教学理念的实践表现，教学形式融入了教育观和学习观，既有讲授、指导式的单向信息输送，又有合作學习、自主探究式的互动学习。
例如，“猜想验证”的形式体现了发现学习理论中“先提出问题，再通过教师引导和学生自我发展获得结论”的理念;“魔术揭秘”的形式融入了认知主义学习理论中“教师的任务首先是激发学生的学习兴趣和学习动机”的理念;“命题探索”的形式涉及了人文主义学习理论中“主动自发全身心投入的学习才会产生良好效果”的理念;“情景探究”的形式涵盖了构建主义学习理论中“情境对知识构建具有重要意义，协作学习对知识构建起到关键作用”的理念;“检索分享”的形式同样强调了构建主义学习理论中“学习过程应充分发挥学习者的主动性、构建型、探究性和创造性”的理念。
五、结语
本轮课程改革的要点之一是促进学生的创新精神和实践能力，体现教学体系的实践性、综合性与开放性。而课堂上的学生实验不仅是学生通过实践体验直接获得学习经验的过程，而且能够全面培养学生的学习能力、探究兴趣和创新精神。根据课堂教学要求采用多样的学生实验教学形式，不仅能够提高学生的学习积极性，而且能让学生意识到自己是学习的主体、自觉动手动脑。组织巧妙而有效的实验实践更能培养学生科学研究的态度、分析问题的能力以及合作探究、与人共事的意识。
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