学生的实验认知能力是科学核心能力的重要内容，也是一种特殊的心理能力，它的形成与发展应遵循实验认知心理学的内在逻辑顺序。为此，笔者基于学习进阶理论，立足于教学实践经验，有计划、有步骤地促进学生实验认知能力有序进阶。
实验认知能力是指学生运用实验的思维方法，探究物质的组成、性质以及变化规律的能力[1]。根据教学目标和学生实验认知能力发展的内在逻辑顺序，架构了“学习进阶”的二维发展模式(如图1所示)。从纵向发展来看，实验认知能力发展需要经历“实验仪器识别与操作能力、实验信息处理与加工能力、实验原理的理解与运用能力、实验方案设计与评价能力”发展变化的过程路径[2]。从横向发展来看，学生实验认知能力发展应以科学知识为载体，以学生的行为表现为发展变量逐步达到某个阶段的成就水平。教师既要用整体的视角来顶层设计学生实验认知能力的培养策略，又要细化学生实验认知能力培养的具体路径，做到“见木又见林”。这样，学生实验认知能力才能由表及里、由浅入深地走向内涵发展。
目前全国使用的统编版初中语文教材采取了“人文精神”和“语文素养”两条线索相结合的方式编排，“人文精神”重在选文的思想性，以文化人；“语文素养”重在培养学生听、说、读、写等能力。如何使用好这一教材，众多教育工作者都提出了自己的看法，笔者也有自己的一点感触，认为新教材的使用应注意以下几点：
图1 知识、行为与实验认知能力“学习进阶”的二维结构
对于实验仪器识别与操作，不能采用教师机械教授、学生模仿操练的方法。教师要注重学生观察与分析，促进观察与思维协同发展，培养学生实验仪器与操作识别能力。例如，以往对于“天平的使用”教学，大多是教师演示、讲解，再说明天平使用的注意事项。学生在听、看、记(低阶思维)学习过程中形成知识，获得技能，学生只能按部就班地按照教师教的去操作，并不清楚这样使用的原理，或者知道很少，也不符合学生认识新事物的规律。如果教师可以先提供天平的使用说明书，设置问题：①我们应该把天平放在什么位置？请说说你的理由。②游码应放在哪边？为什么？③如何调节平衡螺母使横梁平衡？为什么？④物体放在哪边？砝码放在哪边？为什么？能否颠倒？⑤物体的质量如何读数？让学生从观察分析的角度去将名称与结构相对应，知其然，更知其所以然，避免学生的死记硬背，达到学生理解层次上的记忆。接着，请一位学生上台操作演示，教师指正。最后，学生小组活动称量物体的质量。这样，通过学生观察、思考，学生活动操作练习，提高实验仪器识别与操作能力。
实验信息加工与处理能力是学生实验认知能力进阶的第二层次。教师要关注学生的思维方法，运用归纳法、数学法、图像法、模型法等，培养学生实验信息加工能力。例如，在晶体熔化与凝固实验教学中，教师可以设置情景，让学生进行实验活动，把海波不断地加热，直到熔化(在标准大气压下)，记录实验数据。要求学生在已经设计好的活动表上画图，体现晶体的熔化温度随时间的变化情况，并用描点法绘出温度与时间关系水平分布曲线，四人小组合作交流。学生上讲台通过幻灯展示画出的曲线，并解释曲线各阶段表示的意义；其他学生参与评价，指出不足之处并进行补充，直到得出正确曲线。通过学生数据的记录、图像描述，抽象信息背后的规律，运用图像思维方法，培养学生实验信息加工能力。
(1)利用问题解决提高学生对实验原理的理解能力。电学内容的抽象性是学生对其有陌生感的根本原因，教师不宜过早地将电学中常见的器材抽象为一个个教师看来简单学生却觉得很莫名其妙的电路符号。因此，在电路元件的教学过程中，教师应关注电路元件是为了解决某些实际问题而设计出来的具备特殊功能的器材，并不是无端存在的一种仪器或抽象的元件符号。滑动变阻器改变电阻的原理是什么？为什么移动滑片会引起阻值的变化？为什么要将滑动变阻器制作成这样的结构？各个部分的作用和设计原理是什么？如果我们不解决学生对元件设计本身的困惑，学生对使用方法的理解始终只是浮于表面。滑动变阻器的引入，是为了解决实际问题，即在不改变电源和用电器的情况下，调节电路(如改变灯的亮度、调节声音的大小)等。教师可以通过一些常见的具体情境提出问题：如何能达到便利地改变灯泡亮度(或者音响设备的音量)的效果？改变电路中的电阻。如何改变电路中的电阻？怎样能做到方便地携带导线？将导线绕成线圈，之后如果绕线过紧会出现新的导线短路的问题，如何进一步解决？改变长度，是否有更合适的途径？为了解决实际操作中的问题，学生进行了初步的思索，而解决问题的过程中又产生了新的问题，需要再进行进一步的探索。通过一步步探究，理解滑动变阻器各部分构造的作用和设计原理。在问题解决基础上，学生对滑动变阻器设计原理的理解，就不会变成莫名其妙的元件符号，而是有意义的创意设计。
图2 太阳高度角示意图
(2)利用图示方法提高学生对实验原理的应用能力。在“地球的绕日运动”教学中，太阳高度(角)概念的建构是教学难点，部分教师无视学生的认知基础，一厢情愿地把“太阳位置”当作“太阳高度(角)”，然后牵强附会地解释太阳高度的概念，因此造成学生对“太阳位置”与“太阳高度(角)”之间的错误理解。为了突破教学的难点，化解学生内心的障碍，提高学生对实验原理的应用能力，教师可以利用图示方法，板画图形，探究影子与太阳高度角之间的关系，从而建构太阳高度角的概念。教师在学生提出“影子长短可能与太阳位置有关”后，让学生通过板演画出杆子在点光源S(代表太阳)照射下在地上形成的影子(如图2所示)。当光源S向下移动时，影子会变长。当光源S向右移动时，影子会变短。光源S向上或向左移动，影子也会变化。太阳位置变化了，影子一定会变化吗？接着教师在已画好的光线上再标出新的点光源位置，让学生分析影子长短是否有变化。学生惊奇地发现在同一条光线上，虽然太阳位置不同，但杆的影子长短是相同的。影响影子长短的因素不是太阳位置，而是太阳光线与地面的夹角，也就是太阳高度(角)。通过这样图示解释，学生水到渠成地自然接受太阳高度(角)的概念，理解太阳高度(角)与太阳的位置是有区别的，提高学生对光的直线传播形成影子实验原理的应用能力。
(1)利用结构化的材料，设计开放性实验。例如，在摩擦力教学中，让学生利用桌上器材设计生活中的“筷子提米”现象，提供器材有：夹子、弹珠、筷子、板刷、毛巾、书本等。学生设计方案：手拿着一双筷子夹弹珠；两本书一页页插在一起使劲向两边拉；板刷刷毛巾时，刷毛会弯曲……通过提供结构化的材料，不仅让学生体验静摩擦的现象，充分感受静摩擦，而且培养学生设计开放性实验的能力。
(2)开展科学探究教学，设计探究性实验。利用科学探究，设计探究性实验，是培养学生实验方案设计能力的重要方法之一[3]。例如，在“物质的导电性”教学中，先请学生思考辨别物质的导电性，再设计实验方案，并画出电路图。学生设计的电路图可能有多种(如图3、图4、图5所示)。教师与学生一起讨论评价三个电路图的优劣：图3的电路图有缺点，如果所接的导体电阻很小，可能会引起短路；图4的电路图虽然可以定性地判断导电能力的强弱,但是观察不到导体电阻细小的变化；图5的电路图可以通过电流表指针的偏转大小，方便地判断物质导电性的强弱。最后选择合理的电路图。
图3 导电性电路图
图4 导电性电路图
图5 导电性电路图
(3)开展研究性学习，设计释疑性实验。学生在学习“蒸发”这节内容时，课堂上都还学得不错，但是在作业中发现学生其实没有真正地理解，他们往往认为液体的多少也是影响液体蒸发快慢的因素。学生之所以这样认为，这跟他们的生活经验有直接关系。晒衣服时，往往拧干一点的衣服干得快，即蒸发得快；如果不拧干，就要晒很久才行，所以学生认为蒸发快慢跟液体的多少有关。为此，需延伸学生探究的空间。笔者要求学生设计释疑性实验，开展研究性学习。取两个相同的纸杯，一个纸杯加入40 mL水，另一个纸杯加入20 mL水，放置在相同的环境中，一段时间后，观察纸杯中水的变化量。通过课外研究学习，学生能理解原来我们要观察的是相同时间内变化了多少水的量，即蒸发快慢，而不是看剩下多少水的量。
第一次世界大战中，美国的坦克、军舰和飞机所需的石油主要由罗马尼亚提供。当时，罗马尼亚石油产量仅次于沙俄、美国和波兰，居世界第四位，1912年石油产量达189.85万吨。盟军封锁了德国的海上交通要道，从而切断了德国的海上石油供应通道。由于没有可靠的石油供应保障，德国海军处于劣势。
图6 火警报警器电路图
(4)捕捉学生思维火花，设计创意性实验。在家庭电路“断路器”的教学时，教师利用视频，让学生观看断路器的工作过程。然后，让学生试着向同桌介绍断路器的工作原理。一位学生对断路器的双层金属片总向一边弯曲很有见解：如果要使双层金属片向右边方向弯曲，那么左边金属片的膨胀能力要大些，右边的膨胀得少一些，双层金属片膨胀形态与植物的尖端弯曲很相似。又有一位学生站起来说：我们可以利用断路器的工作原理，设计一个火警报警器。当火灾发生时，断路器由于温度升高，使得双层金属片弯曲，接通电路，电铃响起，实现报警的目的(如图6所示)。在课堂教学中，学生迸发出来的思维火花真的让人惊叹不已，学生能够把植物向光性的原理与断路器的工作原理联系起来，这是我第一次听到；并且根据断路器的工作原理，设计火警报警器电路，这也是一个有创意的想法。因此，教师要随时捕捉学生思维火花，让学生自由地徜徉在思维的海洋，表达自己的想法，这将会给我们教学增添更多惊喜。
度量长度的本质是度量两点间距离④，如前所述，这样的度量依赖的是人对距离远近感知的本能，这样的度量是需要参照物的．
总之，促进学生实验认知能力学习进阶是提高学生核心能力的重要内容，是全面落实育人目标的重要举措。教师要根据科学学科内容的特点，整体规划，循序渐进；同时要突出重点，规避均衡着力、齐头并进的简单范式，促进学生实验认知能力发展。
[参 考 文 献]
[1] 王祖浩，杨玉琴.基于Rasch模型的“化学实验认知能力”测验工具编制及测评研究[J].化学教育，2012(9)：95-102.
[2] 杨玉琴.化学学科能力及其测评研究[D].上海:华东师范大学，2012:31.
[3] 周建秋.促进学生核心素养发展的初中科学教学[J].现代中小学教育，2016(9)：67-69.
联系客服
