【正文】

      初中科学课程标准指出，初中科学是以提高每个学生的科学素养为总目标。实验教学是提高学生科学素养的重要载体。优秀的实验教学设计可以揭示科学本质，培养科学精神，提高创新能力。当实验教学设计层次颠倒时，可以分解递进理清学生思路；当实验教学设计不够全面时，可以分类分析巧析概念关系；实验教学设计遇到知识点多且相近时，可以归纳总结构建知识网络。从而使实验教学达到最优化，以提高实验教学的有效性。

　　一、分解递进，理清学生思路

　　案例一：笔者在执教阿基米德原理这一内容时，根据课本探究实验为学生提供弹簧称烧杯溢水杯量筒，要求学生探究浮力大小与排开水的关系。实验表格如下：

　　石块受到的重力G石/牛

　　石块浸没在水中时弹簧称的示数F/牛

　　石块受到的浮力F浮/牛

　　排开水的体积V排液/米3

　　排开水的质量m排液/千克

　　排开水的重力G排液/牛

 

 

 

 

 

 

 

 

　　探究后学生能得出：浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力大小。但是学生对于浮力大小与排开水重力的关系模糊不清，对于浮力大小与排开水质量的关系模糊不清，对于浮力大小与排开水体积的关系模糊不清。这样的实验探究学生囫囵吞枣。

　　原因分析：建构主义理论认为，学习并不是教师向学生传递知识的过程，而是学生自主构建知识的过程。教师在设计实验步骤时应充分分析学生对将要学习的新知识的接受能力，应在学生的最近发展区加以铺设，让学生“跳一跳，摘得到”。①而上述案例中的实验设计层次颠倒。三个小步骤先后设置为体积质量重力，前一步骤不能成为下一个步骤的基础。因为浮力首先不是与排开水的体积有直接关系，而是与排开水的重力有直接关系，重力再与质量有关，质量再与体积有关。层次颠倒后使浮力与重力质量体积之间的关系是通过数学公式推导得出，失去了物理意义。数学公式推导后没有了具体的实验操作，增加了理解物理意义难度。学生不能利用自己原有认知结构中的有关经验去同化索引当前学到的新知识，使“同化”“顺应”过程较难发生，因而使学生对知识的意义构建发生困难。

　　解决策略：针对实验教学设计层次颠倒，笔者认为可以从三方面对实验设计进行优化。

　　第一：分解优化。“最近发展区”理论认为先把复杂的学习任务加以分解，以便于把学生的理解逐步引向深入。分解就是将总问题分解到各层次，形成分问题体系。总问题是分问题的最终目标，分问题的解决促成总问题的最终解决。依据这个理论笔者把整个实验分解成三个分实验。第一个分实验建立浮力大小与排开水的重力关系，第二个分实验建立浮力大小与排开水的质量关系，第三个分实验建立浮力大小与排开水的体积关系。

　　第二：递进优化。支架式教学包括“找基础”和“搭支架”两个方面。“基础”——“支架”——高一层的“基础”——新“支架”——更高一层的“基础”，逐别把知识推向高处。②在这里“找基础”可以借助连续递进。递进是指前一分实验是后一分实验的基础，后一分实验比前一分实验在思维上更深入一层，一层一层，环环相扣，逐层推进。依据这个理论笔者将三个分实验先后设置为浮力与排开液体重力的关系、浮力与排开液体质量的关系、浮力与排开液体体积的关系。

　　第三：搭支架优化。支架式教学包括“找基础”和“搭支架”两个方面。“基础”——“支架”——高一层的“基础”——新“支架”——更高一层的“基础”，逐别把知识推向高处。在这里“搭支架”可以借助探究实验。数学公式推导具有抽象化，逻辑化，而探究实验具有可操作化，直观化，形象化，参与化，可视化。依据这个理论笔者将数学公式推导转变成实验探究。

　　执教过程：

　　实验一：笔者为学生提供弹簧称烧杯溢水杯，要求学生探究浮力大小与排开水的重力关系。实验表格如下：

 

 

 

 

 

 

 

 

　　学生通过测量直接得出：浮力大小等于物体排开液体受到的重力大小。即F浮＝G液排

　　这是用弹簧称从重力的角度测浮力的大小，笔者给它命名叫弹簧称法或者重力法。

　　实验二：笔者为学生提供弹簧称烧杯溢水杯天平，要求学生探究浮力大小与排开水的质量关系。实验表格如下：

 

 

 

 

 

 

 

　　学生通过测量得出：浮力的大小等于物体排开液体受到的重力大小。即F浮＝G液排=m排液g。这是用天平从质量的角度测浮力的大小，笔者给它命名叫天平法或者质量法。

　　实验三：笔者为学生提供弹簧称烧杯溢水杯量筒，要求学生探究浮力大小与排开水的体积关系。实验表格如下：

 

 

 

 

 

 

 

　　学生通过测量得出：浮力的大小等于物体排开液体所受到的重力大小。即F浮＝G液排=m排液g=ρ液gV排液。这是用量筒从体积的角度测浮力的大小，笔者给它命名叫量筒法或者体积法。

　　课后反思：新课标提倡自主探究实验，教材中设置的自主探究实验也很多。但是由于自主探究实验设计层次颠倒，导致自主探究的思维混乱。为提高自主探究实验的效率，笔者在教学中应用了分解递进搭支架的方法，这样不但可以有效的解决学生思维混乱的问题而且有利于通过分层递进的形式推进课堂的有序展开。

　　二、分类分析，巧析概念关系

　　案例二：笔者在执教短路这一内容时，先根据课本活动内容为学生做演示实验，用一根导线将一节干电池的正负极连接起来如图一，过一段时间，要求学生触摸导线，感受导线的温度变化，后直接告知学生短路和电源短路定义，最后介绍电源短路的危害。

 

 

 

 

 

　　通过这样的教学，学生对电源短路的危害是有一定的认识的，但对短路和电源短路这两个概念的本质并不清楚，并且没有提到用电器短路，实验设计不够全面。

　　原因分析：任何一个概念都有内涵和外延两个方面。内涵是指概念所反映对象的本质属性，外延是指概念所反映对象的具体范围。短路的本质含义是电流不经过用电器，它的外延包括电源短路和用电器短路。而上述案例的实验设计只说明了电源短路的特征，而没有说明短路的特征，并且没有提到用电器短路的特征。这样使得短路、电源短路、用电器短路这个三个概念关系不清。

　　解决策略：针对实验教学设计不够全面，笔者认为可以从两个方面对概念进行优化。

　　第一：分类优化。分类有利于区分概念，明确各概念间的相互关系。因此笔者先把短路分成用电短路和电源短路两类。实验设计上先介绍短路再介绍用电器短路最后介绍电源短路。

　　第二：分析优化。本质与现象是表示事物的里表及其相互关系，反映人们对事物认识的水平和深度。现象和本质即对立又统一。本质是事物内在的、相对稳定的性质，其隐藏在丰富多彩的现象后并表现在丰富多彩的现象中。为了解本质就要通过分析现象看本质。因此笔者借助实验现象，通过分析比较用电器短路、电源短路对各电路元件造成的影响，以明确短路、用电器短路、电源短路这个三个概念的相同点和不同点。

　　执教过程:

 

 

 

 

 

 

 

　　实验一：笔者准备了干电池开关灯导线，请学生到讲台前演示，要求学生依着图二图三逐一进行探究，接入拔下所增加的导线，多次重复实验，注意观察灯电源导线的变化。

　　分析实验一：

　　在图二中，当开关闭合，发现灯亮，电流路径从电源正极到灯丝到开关到负极，电路各元件正常工作。

　　在图三中，当开关闭合，灯不亮，拔下导线，灯又亮了，接入拔下导线重复多次都如此。电流路径从电源正极到电源负极不流过灯的钨丝。拔下导线后灯又亮了说明灯不会熔断钨丝。电源会发烫是因为电源会在短时间内消耗完电能从而损坏电源。导线温度上升是因为导线中的电流过大导致温度上升，会引发火灾。

 

 

 

 

 

 

 

　　实验二：笔者准备了干电池开关灯导线，请学生到讲台前演示，要求学生依着图四五六七逐一进行探究，接入拔下所增加的导线，多次重复实验，注意观察灯电源导线的变化。

　　分析实验二：

　　依着实验一的分析方法，将实验二逐个进行分析。导线接入与不接入对灯亮与不亮进行分析，对灯钨丝熔断与不熔断进行分析，对电流路径进行分析，对电源影响进行分析，对导线温度进行分析。在此基础上，请学生归纳短路、用电器短路、电源短路的相同点和不同点，从而理清三者的概念关系。

　　课后反思：新课标的理念之一是体现科学本质，课本中很多概念的学习都能体现科学本质。但是由于实验设计不够全面，导致概念关系不清。为理清各概念间的关系，笔者在教学中应用了分类分析的方法，这样不但可以有效的解决概念关系不清的问题而且有利于培养学生的科学精神和科学态度。

　　三、归纳总结，构建知识网络

　　案例三：笔者在执教凸透镜成像这一内容时，根据课本探究实验为学生提供光具座蜡烛凸透镜光屏，要求学生探究凸透镜成像的规律。实验表格如下：注f=10cm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

　　探究后学生能把表格正确的填好，可是离开实验装置要把五种情况一一对应很困难，经常弄错位置，他们的知识孤立零乱。

　　原因分析：

　　第一：一次测量就归纳总结，具有偶然性，实验误差大，不具有说服力。

　　第二：知识点多且相近。共有五中情况，每种情况下又有五个小点，共二十五个知识点，知识点多，要求学生一一对应，确实不易。同时知识点相近，增加了区分的难度。

　　解决策略：布鲁纳认为如果没有圆满的结构把知识联系在一起，那是一种迟早会被遗忘的知识。归纳总结就是把知识连成网络织成体系。知识一旦形成恰当的网络，就不再是孤立零乱的个体，而是有联系的整体。因此面对多且相近的的知识，笔者认为可以用归纳总结法，而针对上述案例笔者认为归纳总结可以从三方面入手：

　　第一：多次测量归纳总结。一次测量具有偶然性，那么就进行多次测量再归纳总结，减少偶然性，提高正确性，增强说服力。

　　第二：图片命名归纳总结。把凸透镜成像的五种情况归纳在一张图片中。一张图片可以同时包含很多知识点，每个知识点都有自己的位置，各知识点连成一张图。

　　第三：纵向动态归纳总结。把五中情况在连续动态中进行总结，使五种情况都联系起来，即对表格中的纵方向加以梳理。使蜡烛从远处驶来，梳理正倒、缩放、虚实、像距的变化情况。

　　执教过程：

　　第一步：笔者为学生提供光具座蜡烛凸透镜光屏，要求学生探究凸透镜成像的规律。实验表格如下：注f=10cm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第二步：

 

 

 

 

 

 

　　此图把整个物距分成两点三区间，一倍焦距分正倒虚实，两倍焦距分缩放。笔者给它命名为两点三间图。

　　第三步：当蜡烛从右往左移动时，观察像的正倒、缩放、虚实、像距各自怎样变化。当蜡烛从左往右移动时，观察像的正倒、缩放、虚实、像距各自怎样变化。

　　课后反思：建构主义理论认为学习者以自己原有的知识与经验为基础，对新信息重新认识和编码，建构自己的理解。在建构新知识过程中，由于某块内容知识点多且相近，建构会遇到障碍。为了梳理多且相近的知识，笔者在教学中应用了归纳总结的方法，这样不但可以有效的解决知识孤立零乱的问题而且有利用培养良好的学习习惯和良好的学习态度。

　　课本上的实验很多，每个实验所包含的内容也很丰富。为提高课堂效率，就要优化实验教学设计。优秀的实验教学设计可以使学生更好地理解科学的本质，促进科学知识的有效构建，正确认识科学的价值。

　　参考文献：

　　[1]国家课程标准专辑，科学课程标准，(7-9年级)

　　[2]朱时清．《科学》实验教科书(7-9年级)，浙江版

　　[3]梁卫玲．提高初中科学实验教学效果，2009

　　[4]肖彩鸿．初中科学实验教学有效性的探析