初中科學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)促概念理解的研究-2019年教育文檔

1、初中科學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)促概念理解的研究一、研究問題的情境性分析在一次學(xué)區(qū)教研活動(dòng)中,一位年輕教師開設(shè)了一節(jié)“物質(zhì)的構(gòu)成公開課,在課中有一個(gè)模擬實(shí)？?jī)?nèi)容是黃豆與芝麻的混合.教科書編者的本意是通過(guò)這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生進(jìn)一步理解“酒精與水混合后的總體積小于水和酒精的體積之和.而這位教師在演示完這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)后,得出的結(jié)論是：構(gòu)成物質(zhì)的分子之間存在著空隙.可能是年輕教師對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)理解有問題,也有可能是她的口誤,但也從側(cè)面反映出教師對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)不夠重視,在設(shè)置實(shí)驗(yàn)時(shí)目標(biāo)指向性不夠明確.另外,在浙教版科學(xué)配套的作業(yè)本七年級(jí)上B本第23頁(yè)到24頁(yè)中有這么一道題目：結(jié)合“鉛筆在籃球和木板上移動(dòng)的活動(dòng),答復(fù)以下問題：3本活

2、動(dòng)合理地說(shuō)明了.A.物體長(zhǎng)短與運(yùn)動(dòng)外表大小有關(guān)；B.物體長(zhǎng)短與觀測(cè)距離有關(guān)；C.地球是個(gè)球體；D.物體長(zhǎng)短與觀測(cè)角度有關(guān).作業(yè)本答案是選C我們知道這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)是用來(lái)模擬“海面上遠(yuǎn)去的船只為什么船身比桅桿先消失這一現(xiàn)象的.通過(guò)這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn),是讓學(xué)生理解海面是一個(gè)曲面而不是平面,從而促進(jìn)學(xué)生理解“海面上遠(yuǎn)去的船只為什么船身比桅桿先消失這一現(xiàn)象,然后通過(guò)這一現(xiàn)象推測(cè)出地球是個(gè)球體.筆者認(rèn)為這是教科書編寫者使用的一個(gè)非常合理的邏輯順序,但是作業(yè)本的這道題目卻省略了中間的一個(gè)環(huán)節(jié),直接問說(shuō)明了什么,是不符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律的,會(huì)誤導(dǎo)學(xué)生認(rèn)為模擬實(shí)驗(yàn)就是真實(shí)現(xiàn)象的錯(cuò)覺.此題在筆者所教兩個(gè)班級(jí)里錯(cuò)誤率到達(dá)67

3、.4%.上述問題的出現(xiàn)不是偶然現(xiàn)象,而是教師對(duì)模擬實(shí)驗(yàn)的熟悉不夠深刻,總感覺學(xué)生應(yīng)該能對(duì)這樣的實(shí)驗(yàn)很好理解,不用多做解釋.模擬實(shí)驗(yàn)非常直觀,這就是模擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn),但是更要教師好好利用這個(gè)“載體去幫助學(xué)生進(jìn)一步理解科學(xué)概念,而不是去誤導(dǎo)學(xué)生做出錯(cuò)誤的判斷.基于以上這些,筆者認(rèn)為有必要對(duì)初中的科學(xué)課堂教學(xué)中如何運(yùn)用模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的進(jìn)一步理解做一些研究.另外,對(duì)于剛從小學(xué)升到初中的孩子,都有一個(gè)“初一不適癥,很多孩子不適應(yīng)忽然拔高的學(xué)習(xí)科目難度和急劇加大的知識(shí)量.到了初中,教師教學(xué)方式和風(fēng)格的轉(zhuǎn)變,對(duì)學(xué)生的自主性要求大大提升,并且初中將學(xué)習(xí)大量的、重要的科學(xué)概念、規(guī)律、水平和科學(xué)素養(yǎng),而這

4、些概念、規(guī)律、水平和科學(xué)素養(yǎng),是解決各類問題的根底,是探究物質(zhì)世界的根本素養(yǎng),因此要真正理解、掌握知識(shí)和培養(yǎng)水平.二、核心概念的操作定義首先,所謂模擬實(shí)驗(yàn),就是根據(jù)相似理論,先設(shè)計(jì)與自然事物、自然現(xiàn)象及其開展變化過(guò)程相似的模型,然后通過(guò)對(duì)模型的實(shí)驗(yàn)和研究,間接地熟悉原型事物的性質(zhì)和規(guī)律性.其次,操作流程圖：再次,模擬實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)：(1)模擬實(shí)驗(yàn)直接作用于模型而非實(shí)際的研究對(duì)象(原型)；(2)模擬實(shí)驗(yàn)根據(jù)的是相似性原理：模型和研究對(duì)象之間具有相似性,模型所處的實(shí)驗(yàn)條件與研究對(duì)象所處的實(shí)際條件也是極為相似的；(3)要運(yùn)用類比推理的方法,將模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果類推到原型上去,以揭示研究對(duì)象的本質(zhì)和規(guī)律.三、

5、研究過(guò)程1 .模擬實(shí)驗(yàn)促抽象概念的理解【案例11初一科學(xué)新教材第一冊(cè)第四章第三節(jié)?物質(zhì)的密度?第一課時(shí)師：老師手上拿著兩個(gè)用紙包裹著的物體,它們的外形是一樣的,便于區(qū)分老師涂了不同的顏色,接下來(lái)我請(qǐng)同學(xué)感受下,外形相同的兩個(gè)物體它們到底有什么不同？生1：(感受下)一個(gè)特別重,一個(gè)很輕.師：在我們科學(xué)中,“重和“輕你覺得指的是什么？生：(齊答)質(zhì)量.師：我們?cè)僬?qǐng)幾位同學(xué)感受下.生2:一個(gè)特別重,一個(gè)特別輕.生3:一個(gè)質(zhì)量大,一個(gè)質(zhì)量小.師：同學(xué)們是不是很想知道老師在這里面包裹的是什么物質(zhì)呢？拆開紙一個(gè)是鐵,一個(gè)是木頭師：鐵和木頭相比,哪個(gè)重？生：鐵比木頭重.師：教師拿出一個(gè)小鐵釘和一根夸張的大木

6、棒一枚鐵釘比一塊木頭重嗎？學(xué)生否認(rèn)那你為什么就說(shuō)鐵比木頭重呢？引發(fā)沖突請(qǐng)修正原來(lái)的表述.生：體積相同的鐵,要比木頭重.師：但如果不是比輕重,而是比質(zhì)量大小呢？生：體積相同的鐵,質(zhì)量比木頭要大.師：很好！體積相同的不同物質(zhì),質(zhì)量大小并不相同.師：介紹器材及使用有的小組是三塊木塊,有的小組是三塊橡皮,有的小組是三塊鐵塊,我們要測(cè)量什么？生：測(cè)量它們的質(zhì)量和體積.師：等下在做實(shí)驗(yàn)時(shí)我們要測(cè)量這些數(shù)據(jù),同時(shí)還要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,看看我們同學(xué)能不能發(fā)現(xiàn)它們是否存在某種關(guān)系.記錄表如下：由于前概念具有頑固性,而學(xué)生更相信自己的眼睛而不是耳朵,所以,教學(xué)中提問第一小組學(xué)生：投影表格我們測(cè)量的是鐵塊,數(shù)據(jù)請(qǐng)

7、看表格師：你們發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？生：三塊鐵塊,體積越大,質(zhì)量越大,然后我們和其他小組交流發(fā)現(xiàn)質(zhì)量與體積的比值是相同的.第二小組學(xué)生：我們發(fā)現(xiàn)木塊的質(zhì)量與體積是成正比的,因?yàn)闇y(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)分析比值是一樣的.教師投影各小組的數(shù)據(jù)師：你們找到規(guī)律了嗎？生1:質(zhì)量與體積的比值是一樣的.生2:木塊和鐵塊,它們的質(zhì)量與體積的比值是不一樣的,應(yīng)該在前面加一個(gè)前提,同一物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值是相同的.師：還發(fā)現(xiàn)了什么？生3:我還發(fā)現(xiàn)了不同物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值是不一樣的.師：大家說(shuō)得很好,我們發(fā)現(xiàn)相同的物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值是相同的,不同的物質(zhì)它們的比值是不一樣的,那么這個(gè)比值就能反映這種物質(zhì)的一種特性,在科學(xué)中我

8、們把這個(gè)比值命名為密度.生4:老師,為什么不用體積與質(zhì)量的比值呢？我發(fā)現(xiàn)也是一定的.課堂一片安靜師：其他同學(xué)說(shuō)說(shuō)看,行嗎？生5:我?X得行,由于相同的物質(zhì)體積與質(zhì)量的比值是相同的,不同的物質(zhì)它們的比值是不同的,就能反映這種物質(zhì)的一種特性.生6:我覺得不行,這樣的話鐵的體積與質(zhì)量的比值就比木全塊小了,小的反而說(shuō)明它的密度大,好似比擬“搞不拎清班一片笑聲師：其實(shí)理論上也可以用體積與質(zhì)量之比來(lái)衡量質(zhì)量分布,即單位質(zhì)量所占用的空間體積越小那么密度越大.這就像速度大小通常用路程與時(shí)間之比來(lái)衡量一樣,其實(shí)也可以用時(shí)間與路程之比來(lái)衡量一一賽跑就是用的這種方式來(lái)比擬速度大小的,相同的路程誰(shuí)用的時(shí)間少誰(shuí)平均速度

9、就大.但是,要進(jìn)行理論研究總得有個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)吧？所以速度是路程與時(shí)間之比,密度是質(zhì)量與體積之比,類似的定義還有很多,而且這種定義用起來(lái)也很方便,因此,科學(xué)上就采用密度是質(zhì)量與體積之比.在上面這堂密度概念教學(xué)課中,老師已經(jīng)很好地優(yōu)化了概念教學(xué),但是他忽略了一點(diǎn),密度是單位體積的某種物質(zhì)的質(zhì)量.對(duì)于初一學(xué)生來(lái)說(shuō),“單位體積是這個(gè)概念中非常抽象的一個(gè)詞語(yǔ),需要幫助學(xué)生理解.因此建立了密度模擬實(shí)驗(yàn)：首先,由原型建立模型如圖1,用兩個(gè)體積相同透明塑料盒代替木塊和鐵塊,然后在透明塑料盒中分別裝入不同的物質(zhì)模擬內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2,例如一個(gè)盒子中裝入米粒模擬木塊,一個(gè)盒子中裝入沙子模擬鐵塊.然后放在天平上稱量,一

10、個(gè)質(zhì)量小,一個(gè)質(zhì)量大,讓學(xué)生首先建立相同體積這個(gè)前提.接著把兩個(gè)塑料盒等分如圖3,兩個(gè)塑料盒中取其中一格再放到天平上去稱量,發(fā)現(xiàn)還是一個(gè)質(zhì)量小,一個(gè)質(zhì)量大.這時(shí)就可以反響回原型提出“單位體積這個(gè)概念,學(xué)生就能理解它的含義了.【案例2】初一科學(xué)新教材第一冊(cè)第四章第4節(jié)?物質(zhì)的比熱對(duì)于初一學(xué)生,比熱概念更加難以理解,第一步：根據(jù)原型建立模型如圖4,兩個(gè)質(zhì)量一樣的圓柱形桶,一個(gè)模擬煤油的比熱,一個(gè)模擬水的比熱；第二步：再準(zhǔn)備等量的紅墨水,模擬熱量；第三步：實(shí)施實(shí)驗(yàn),例如：吸收相同的熱量哪種物質(zhì)升高的溫度快？把等量的紅墨水倒入兩個(gè)圓桶可以發(fā)現(xiàn),模擬煤油的圓桶中的液面比水的圓桶中的液面高,液面上下模擬溫

11、度上下.第四步：反響到原型,吸收相同的熱量煤油升溫快,學(xué)生就較容易理解了.通過(guò)以上兩個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)案例可見,模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)閷W(xué)生搭建起一個(gè)由具體到抽象思維的橋梁,讓學(xué)生容易去接受和理解一些抽象概念.2 .模擬實(shí)驗(yàn)促微觀概念的理解【案例31初一科學(xué)新教材第一冊(cè)第四章第1節(jié)?物質(zhì)的構(gòu)成?教材中有一個(gè)芝麻和黃豆混合的模擬實(shí)驗(yàn),它是用來(lái)模擬水和酒精混合后的總體積小于水和酒精的體積之和的,這就是典型的微觀概念.對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)微觀概念由于很難觀察到所以理解起來(lái)有很大的困難,所以教材中放了這么一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn).在教學(xué)過(guò)程中,有很多老師還會(huì)補(bǔ)充一個(gè)實(shí)驗(yàn),就是拿針筒壓縮氣體,說(shuō)明分子之間有空隙,應(yīng)該效果不錯(cuò)的,但是應(yīng)該補(bǔ)充

12、一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn),例如：用一塊海綿模擬氣體為什么能被壓縮,學(xué)生是不是更加容易理解分子之間存在空隙這個(gè)概念.其實(shí)這個(gè)方法在以后的化學(xué)反響中更有用,例如：用搭積木游戲來(lái)模擬化學(xué)反響,當(dāng)我們搭好一個(gè)積木的形狀的時(shí)候,如果不喜歡我們就會(huì)把它推倒重新搭,搭成我們喜歡的樣子,在這個(gè)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn),積木塊的數(shù)量種類都沒有變,這就好比化學(xué)反應(yīng).如圖5,左下角是原來(lái)搭好的積木,不喜歡了推倒重新搭,搭成另外一個(gè)樣子.微觀世界對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是非常陌生的,為了讓學(xué)生理解微觀概念,模擬實(shí)驗(yàn)就充當(dāng)了一個(gè)橋梁的作用,把不可見的用模型來(lái)模擬,從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解.3 .模擬實(shí)驗(yàn)促不易觀察概念的理解所謂不易觀察的概念指的是一些地

13、殼變動(dòng)、火山地震、泥石流、地球自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)、月相、日食和月食、生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)等,這些都是學(xué)生不易觀察的概念,要理解這些概念用模擬實(shí)驗(yàn)就比擬方便了.【案例4】七年級(jí)上第三章第5節(jié)?泥石流?我們不可能親臨現(xiàn)場(chǎng)觀察,但我們一樣可以熟悉泥石流的形成原因一一模型.模型：圖3-47土質(zhì)山谷模型說(shuō)明：制作此模型時(shí)需注意：使用的土壤質(zhì)地要比擬細(xì),質(zhì)地粗的土壤滲水比擬快,坡面水流比擬小,因此沙土也不適宜使用.土壤堆成山谷后不要壓緊,可以先用水試驗(yàn)后確定的壓實(shí)的程度,以水能沖走土壤為宜.坡面的坡度應(yīng)大于45,坡面也要有適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度,以80cm左右為宜.活動(dòng)：(1)在土質(zhì)山谷模型的坡面上灑水,觀察圖3-47A處發(fā)生的現(xiàn)象.加大灑水的量,使坡度形成較大水流,再次觀察在A處發(fā)生的現(xiàn)象.一泥石流的成因：大量的流水(2)假設(shè)改變坡度,會(huì)有何現(xiàn)象呢？陡峭VS平坦一泥石流的成因：地形(3)引導(dǎo)：模型上的土壤會(huì)有影響嗎？一泥石流的成因：坡面物質(zhì)性質(zhì)其實(shí)模擬實(shí)驗(yàn)在生命科學(xué)中的運(yùn)用是非常普遍的,例如：呼吸運(yùn)動(dòng)的教學(xué)對(duì)于學(xué)生很難理解,教材中用了一個(gè)錐形罩內(nèi)氣球的模擬實(shí)驗(yàn),但是這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)只能讓學(xué)生理解膈肌在呼吸運(yùn)動(dòng)中的變化,于是要補(bǔ)充一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn),如圖6.