浙江省绍兴市越城区文教局教研室  何灿华

[摘要]有效教学又一次成了课程改革的热点，这是预料之中的事。但不同的时代对有效教学有着不同的关注主题，不同的教育价值观对有效教学又有着不同的理解，由此而产生的教学理念始终影响着教师的教学行为和学生的思维方式。初中科学是一门以实验为基础的综合课程，培养学生的理性思维是提高科学素养的重要内容之一。实施有效的实验教学，不仅要在认识上不断提高，更要在内容、方法和器材等方面进行必要的变革，在对比观察、逻辑推理、质疑探究等方面着手，逐步实现从实验验证到理性思维的跨越，以体现科学教育的本质，并在一定程度上造就科学课堂教学有效性的独特光彩。

[关键词]有效教学 实验教学  理性思维

在“以学xx展为本”理念的指引下，“有效教学”又一次成了课程改革的热点。其实，我们在一直重视有效教学的研究。三百年前，捷克教育家夸美纽斯就曾提出要“寻找一种有效的教学方式，使教师可以教得更少，学生可以学得更多”。自此以后，人们对有效教学的探索从未间断，并在实践中也取得了不少的经验和成果。据说，中国有历来重视“学生自学”的传统，在这个传统的延续过程中，出现了“异步教学”、“尝试教学”、“掌握学习”、“自学辅导”等教学经验。但问题是，不同的时代对有效教学有着不同的关注主题，不同的教育价值观对有效教学又有着不同的理解，由此而产生的教学理念始终影响着教师的教学行为和学生的思维方式。过去，由于升学的压力，人们往往把有效教学理解为“花最少的时间教最多的知识”，而在实际操作中，有的甚至连“单位时间”也不要了（也许是难以划分），简单地认为“分数高就是xxx”。在那个分数至上的年代，这样的认识和做法也未尝不可。

事实上，所谓“有效”，是指教师通过一段时间的教学后，学生实际所获得的具体进步和发展。当初，夸美纽斯提出的“有效教学”肯定有一种基于促进学生自主发展的因素作考量，只是我们在实践应用中过分地强调了知识，而对于如何培养学生的自主发展能力（或者说思维品质）却常常被我们善意地忽略或忘记。时至今日，经历了“教学规模”、“教学模式”的主题式发展阶段后，有效教学已进入了关注“学习方式”的新阶段，这与新课程倡导的自主学习、合作学习、探究学习几乎是一脉相承。因此，当我们站在新课程的层面来实施有效教学的时候，我们不能机械地批判过去的教学是无效或低效的，而应当从促进学生自主发展的角度来理解有效课堂教学的意义。从这个意义上讲，这次特级学术年会提出的“实施有效课堂教学，促进学生自主发展”主题，是一项很有学术意义的行动，洋溢着科学的精神和毅力，渗透着科学的思想和方法，闪烁着科学的智慧和艺术。

在我看来，一个自主发展的人，就是有清晰的自我认识、有积极的自我形象；就是有明确的努力目标、有内在的学习需要和成长的渴望；就是有良好的学习策略和学习习惯的人。实施有效课堂教学，就是要自觉地关注学生的进步或发展，即要求教师着眼于唤醒学生的潜能，以学生的经验为出发点，对学生的日常经验（常识）进行理性分析，使之转变成科学的知识，从而促进学生的自主学习，成为幸福生活的创造者；自觉地关注教师的反思，即要求教师不断反思自己的日常教学行为，持续地追问：什么样的教学才是有效的？我的教学有效吗？有没有比我的教学更有效的教学？在培养学生成长的同时促进自身的专业发展；自觉地关注教学的效益，即要求教师有时间和效益的观念，全面地把握教学目标，系统地整合教学内容，科学地调控课堂的节奏，出色地完成教学任务；自觉地关注教学的测量，即要求教师以“三维”目标为导向，科学地对待定量与定性、过程与结果的结合，特别要注重培养学生的思维品质，全面反映学生的学业成绩和教师的工作业绩。一言以蔽之，要通过实施有效课堂教学，唤醒沉睡的潜能，xx封存的记忆，开启幽闭的心智，放飞囚禁的情愫。

初中科学是一门以实验为基础的综合课程，培养学生的理性思维是提高科学素养的重要内容之一。因此，实施有效的实验教学，理所当然成了促进学生自主发展的有效途径。传统上，我们重视实验教学是因为实验具有直观、形象的特征，能高度浓缩地展示人们认识和发现某一知识、原理的过程，同时，由于学生对实验抱有好奇心，通过实验教学能帮助学生在较短时间内认识和理解相关的科学知识，确实提高了课堂教学的有效性。然而，这种对实验和实验教学的认识，在本质上将它放在知识教学的从属地位，大多数科学教师把实验仅仅是为了验证结论和帮助学生理解知识的一种教学的辅助手段，对于实验过程中学生的思维加工却并没有引起足够的重视，促进学生自主发展只是一句时髦的“口号”。要改变这一现状，不仅要在认识上不断提高，更要在内容、方法和器材等方面进行必要的变革，在对比观察、逻辑推理、质疑探究等方面着手，逐步实现从实验验证到理性思维的跨越，以体现科学教育的本质，并在一定程度上造就科学课堂教学有效性的独特光彩。

一、从验证事实到对比观察

科学认识是以经验事实为基础的，但科学并不是事实本身，也不是实验事实的连续性逻辑推理。科学事实是已知的信息的一个单独部分，是具体的，可见的，不存在着任何理论。科学课程以大量事实为基础，教科书中列出了一些最基本、最典型的事实，比如，地球自转一周约24小时；自由落体的加速度为9.8m/s²；绿色植物的叶细胞中含有叶绿素；水分子由氢、氧两种原子构成；纯水的凝固点是0⁰C；可燃物在氧气中能燃烧等，都是一些被认为是科学事实的内容。因此，对科学事实的学习要强调科学性、基础性、典型性和生活性，从学生已有经验出发，突出观察与描述，在比较不同现象伴随的事实中，不仅要达到验证事实的目的，更要培养学生的实证意识。

氧气能助燃是一个十分普通的生活事实，在初中科学《氧气和氧化》一节的学习内容中，教科书以木炭、硫、铁丝在氧气中燃烧3个实验来验证这一事实，其中“铁丝在氧气中燃烧”最为典型。按以往的教学方式，教师通常以小组实验的形式开展教学活动，先让学生收集体好的一瓶氧气，然后告知学生将铁丝螺旋状地绕在一根火柴上，点燃火柴，将火柴将要烧完时，立即伸进氧气瓶，观察现象（剧烈燃烧，火星四射），记录实验结果（生成一种黑色物质）。这样的课，场面热闹，学生不停地按照教师的指令动手做实验，实验的成功率也很高。可是，如果仔细分析，学生的行为实际上是对教师指令的被动回应：把细铁丝点燃后放到氧气瓶中，使之产生一种预定的变化。这样做，看似在观察与探究，实质上仍然停留在“告诉事实、验证结论”的水平，学生通过实验记住的结论是“剧烈燃烧，火星四射”，因为在这个现象对感官的刺激最强烈，当然不会去思考这个实验与教科书开头提出的“铝锅表面变色、橡胶制品老化”等问题之间的联系，因此，对氧气是一种化学性质比较活泼的气体的思维活动并不深刻。

针对上述情况的改进课，拉长了实验的教学链，让学生在对比观察中发现问题。下面是一组学生的实验观察结果记录单。

众所周知，科学的本质观告诉我们，科学知识最终是建立在经验证据基础之上，那就是对自然世界的观察；科学观察受到个体科学价值观和先前知识等主观性的影响。运用对比观察的教学策略，既能使已有的经验与新知识之间造成认知冲突，又渗透了实证探究意识的培养，从这个意义上讲，学会实验对比观察远比记住实验现象更为重要。在改进课中，学生在完成木炭、硫、铁丝在氧气中燃烧3个实验时，不再单纯地追求实验现象的新奇、刺激，而是努力地搜寻反应后生成的产物与原物质之间的区别，联系教科书开始提出的诸如很久不用的铝锅表面会形成白色斑点、塑料和橡胶制品使用时间长了会发生老化、铁在潮湿的空气中要生锈等事实，不仅是以对比观察形式了解氧气是一种化学性质比较活泼的气体，而且还培养了实证探究的意识，促进学生对科学本质的理解。

改进前后的课有没有本质的区别？对此，我们在课堂练习中进行了测试，题目：在“氧气的制取和性质”的实验中，某同学取一段纱窗网上的细铁丝，把它绕成螺旋状，顶端系上一段火柴，引燃后在自己收集到的氧气中做“铁丝在氧气中燃烧”的实验，结果没有观察到“剧烈燃烧，火星四射”的现象。造成此实验失败的原因不可能的是：

（A）收集到的氧气量太少或纯度太低      （B）铁丝生锈

（C）集气瓶底部没有铺一薄层细砂        （D）铁丝的温度未达到着火点

从回答的情况看，改进课的课堂中学生xxx有80%，而这道“了解”级的题目，在2002年的中考中，学生的xxx只有70%。究其原因，是我们在日常的课堂教学中，往往以考查结论性知识为主，如“铁丝在氧气中燃烧”的现象是什么？在做“铁丝在氧气中燃烧”实验时应注意什么？等等。而对于学生是如何获得这些结论的则没有深入的思考。如果教师和学生都将记住实验中仅有的结论作为教学的归属，那么我们的教学效果是低下的，这种记忆也是难以长久保持的。据此，我们可以肯定改进课的课堂中变化是明显的。

二、从验证概念到逻辑推理

概念是对一组相类似的事物或观念进行归类而组成的知识。任何一门学科都有自身的概念系统。科学是一门综合课程，在科学课程的概念系统中，既有综合的物质、能量、信息、生态、环境等科学基本概念，也保存着分科的密度、力、压强、电流、分子、溶解、物质性质、反应类型、新陈代谢、生态系统等概念。学习概念可使学科知识简约化，运用概念可使各类基本事实之间的关系系统化。因此，对科学概念的教学，不仅要分清内涵和外延，还要特别注重培养学生的逻辑推理能力。

二氧化碳的性质可以说一个不很难的概念性知识，其中倾倒二氧化碳使蜡烛火焰自下而上熄灭的实验（图2-56）是一个重要的教学内容。从化学课程、自然科学课程到科学课程，倾倒二氧化碳是一个十分平常但又非常经典的实验。说它平常，是因为许多老师通过该实验形象地说明“可以像倾倒液体那样，把二氧化碳从一个容器倾倒到另一个容器里”，以此来证实二氧化碳的密度比空气密度大的结论。说它经典，是因为有不少教师在做该实验时往往产生“异常”，更不知道如何机智地应对，非常可惜地失去一次培养学生思维品质的机会。

2007年4月11日，在越城区第三届情满课堂——教师综合素质比武活动，我有幸听了三位初中科学教师上的“二氧化碳”。这三堂课，与以往相比已经有了不少的改变。在学生们提出：高蜡烛先灭，低蜡烛后灭；低蜡烛先灭，高蜡烛后灭；两支蜡烛同时灭等三种假设后。{dy}位教师用一瓶雪碧代替集气瓶中的CO₂，用带导管的橡皮塞塞紧瓶口，并把导管的另一端通到烧杯底部，摇晃雪碧瓶，CO₂随着导管逸入烧杯，阶梯上的蜡烛由低到高依次熄灭。第二位教师按教学参考书的要求，在倾倒CO₂时用漏斗导流，让CO₂从烧杯底部缓缓上逸，阶梯上的蜡烛由低到高依次熄灭。第三位教师则按教科书的要求，向烧杯中倾倒CO₂ ，意外的是高蜡烛先灭，低蜡烛后灭。按照以往的教学方式，要么是教师对这次失败的实验作出解释，要么是教师重复几次，直到实验符合教科书的要求为止。这样的处理方式，给学生传递的信息是：教科书的结论是不容置疑的，做实验只不过是走走形式，当实验事实与课本结论相符时就可取，当实验事实与课本结论不相符时就不可取。这种将科学实验简单地理解为科学理论的试金石，过分天真地以为实验是最公正、最可靠的法官，使广大教师和学生几乎成了实验的盲从者，也反映出人们对科学本质的认识是一种机械的、偏面的。

不过，今天这位教师并没有这样做，而是以问题为纽带，一步一步地把学生的思维引向深入。

师：烧杯中燃着的蜡烛由高到低熄灭说明了什么？

生：只能说明CO₂不能燃烧和不支持燃烧的性质。

师：能否说CO₂的密度与空气密度的小？

生：不能，因为逆命题不成立。

师：除了实验还能用什么方法来比较CO₂的密度与空气密度的大小？

生1：用天平秤称量同体积CO₂与空气质量；

生2：用杠杆测试，比较同体积CO₂与空气的倾斜方向。

生3：CO₂的相对分子质量比空气的平均相对分子质量大。

生4：岩洞下层CO₂的浓度比上层大，因此，进入岩洞或地窖之前要用明火试验。

生5：实验室收集CO₂气体往往采用方向上排空气法。

……

一连串的师生对话xx了学生的思维，也培养了学生的逻辑推理能力。

科学概念的形成离不开思维，而逻辑推理是培养学生思维能力的关键。学生在感性认识的基础上，对感性材料进行思维加工，进而形成科学概念。这是一种创造性的脑力劳动，不仅需要运用抽象思维，而且需要依赖于形象思维和直觉思维，依赖于各种思维方法的综合运用。科学实验只有从验证概念到理性思维的转变，学生才能真正构建起属于自己的科学概念。初中科学课程已将二氧化碳置于“结构与功能”的主题下时，二氧化碳被安排在第四册第二章空气与生命的门下，并没有单独设节，仅仅作为光合作用的一种原料让学生认识和理解，对二氧化碳教学目标的表述为：了解光合作用的原料是二氧化碳和水；了解二氧化碳的重要性质和用途。教材的呈现方式也从以往的“结论叙述式”转变为“实验探究式”。站在生命活动的角度来认识和学习二氧化碳，不仅仅是获得实验的结论，还要了解实验的过程及其实验“异常”的原因，换言之，过程与结论至少是同样重要的，只有这样，学生就会科学始终保持一份好奇心。日常生活经验告诉我们，如果按照教科书的方式倾倒，即使是液体，一不小心，也有可能使高位蜡烛先熄灭，何况是极易飘逸的气体，实验结果的“异常”在所难免。如果课堂中的实验仅仅是为了获得一个正确的结论，至于为什么要进行这个实验？实验现象异常时怎么办？除了实验还有其它方法吗？等重要的思维加工活动并没有让学生参与，那么，即使实验现象xxx，对学生来说，表面联系与本质联系、感性认识与理性认识、生活经验与科学概念仍处于“分离状态”，对科学概念的认识是肤浅的、片面的，思维能力未得到发展。在上述教学片段中，倾倒CO₂的操作已不再是实验的关键了，重要的是学生如何用实证的方法来获取比较两种气体密度大小的规律。这是实验教学有效性本质体现，也是促进学生自主发展的根本所在。在向科学进军的道路上，任何科学家和教育家都不会否定这种“探究”的价值。

这让我想起（省编小学三年级语文第5册6课）曹冲称象的故事。曹冲称象发生在公元200年，虽然阿基米德原理已经发现了500年，但这一原理直到1627年才传入中国，也就是说，曹冲称象时我们尚未使用阿基米德原理，为什么我们不能发现曹冲原理呢？原因固然很多，但有一点必须提出，那就是，缺乏严密的逻辑推理，因为从这位奇才的身上，我们只看到了我国自古以来的传统美德（因为他帮助大人做好事），其隐藏在背后的逻辑思维却常常被我们善意的忽略或忘记。所以，在中国的科学发展史上，只有零星闪烁的美景，却没有星光灿烂的夜晚。其实，聪明的曹冲提出的用船称大象的办法在科学测量中叫做“等量替换法”，这是一种行之有效的科学思维方法。而古希腊的阿基米德，一开始也并没有想到要设法去收集那一部分刚好由于物体的浸入而被溢出的液体，是逻辑推理促使他进行再次实验，从而发现了举世闻名“阿基米德”原理，成为伟大的数学家和科学家。可见，掌握一种科学思维方法比多作几道题重要的多。这里我丝毫没有崇洋媚外的意思，只感到培养学生的逻辑思维能力，是有效课堂的希望之光，更是科学教育的责任所在。

三、从验证原理到质疑探究

原理和规则是对概念间关系的阐述。学科的基本原理由基本概念组成，它反映了学科的基本规律。在科学课程中，虽然大家知道有质量守恒定律、阿基米德原理、生态平衡规律、原子分子理论等，但很少有人去问，为什么有的科学知识被称作“定律”，有的科学知识被称作“理论”。其实，科学定律与科学理论是有本质区别的，只是我们从小就缺乏质疑的勇气和精神，把科学知识当成{jd1}真理，在学习科学的过程中关注最多的是“知识是什么”，较少关注 “为什么”，很少关注“知识合理吗”等问题。导致我们对科学定律和理论的盲目性、教条性和{jd1}性。在理性思维中，很重要的一方面体现在质疑精神的培养。从这个意义让讲，在实验教学中，如果我们的教师在关心实验的操作步骤和实验结果的同时，更关注“为什么要进行这个实验”、“在实验中应当搜集哪些数据和材料”、“对搜集的数据的材料如何处理”、“怎样根据实验所得的数据和材料推出合理的结论”、“如何将自己的实验结果与他人进行交流”、“还有别的实验方法可以替代吗”等问题，那么，我们的实验教学就不会只停留在验证的层次上，就有可能为激发质疑勇气创设良好的氛围。

初中《科学》第三册{dy}章第3节“水的压强”，教师一般以教科书为线索：水对容器底部的压强-水对容器侧壁的压强-水内部的压强展开教学活动。在一段塑料管的下端和侧壁的出水口上蒙上橡皮膜，进行实验：将水注入管内约三分之一，让学生观察橡皮膜向下凸出的现象；再将水注入管内，学生们观察到橡皮膜更加凸出，引导学生得出的结论是：水对容器底部和侧壁都会产生压强，深度越大，压强越大。液体压强的原理得到了验证，接下去的实验活动“研究水内部压强的特点”只是一种形式上的探究了，只要不发生意外，都会得到相同的结论。从知识目标上看，验证原理的任务算是出色完成了。但如果从培养学生理性思维能力的角度看，这种“按书操作”的教学方式并没有xxxx学生原有的前概念，因为，固体压强公式已让多数学生建立起：压强与压力成正比，与受力面积成反比、并与生活经验相一致的概念。当我们在“向玻璃筒继续加水--橡皮膜更加凸出—水的压强随着水深度的增加而增大”的过程中，学生很自然地会猜想“水的压强可能与水的质量有关”因此，在水内部压强的特点探究活动中，不但要比较同种液体中不同深度、不同液体中同一深度之间的压强大小，更要比较相同质量的水在不同深度时产生压强的大小，这才称得上理性思维的培养。

学生对水的压强许多科学的或不科学想法这是很正常的，“水内部的压强与水的数量有关”是学生根据已有的知识和生活经历中形成的一个前概念。前概念和科学概念同是来源于人的实践活动，他们都是由认识主体的认识活动所产生。根据其是否易于转换成科学的概念，可将其分成两类，一类是虽然与科学的科学概念不一致，但在提供给学生一定的预备知识之后，再辅之以有关的实验引导，便不难使学生形成正确的科学概念，比如从不同物质轻重的概念转换成密度的概念。从结构上来说，这类概念在学生头脑里的形成并不涉及认知结构的转变，是属于认知同化过程。然而另一类前概念则与此大不一样，在学生的原有经验中，这些前概念在儿童的头脑中已经有了相当长的发展时间，且已形成了系统的却并非科学的概念。比如，学生在日常生活中经常看到铁块沉于水中的现象，于是就在头脑中形成了铁块可以沉没于任何液体中的前概念。当讲授阿基米德原理、演示铁块漂浮于水银面上时，许多学生根本不相信，认为这是教师在玩魔术，“水内部的压强与水的数量有关”就在此列之中。因此，了解学生的前概念，有针对性地调整课堂教学策略，不仅仅是概念教学的需要，更是落实新课程“三维”目标的要求。

 “对于前科学概念不能只去破坏它，或像垃圾似的丢掉它，这样做是没有用的，而是应当通过有效的理性思维活动，把错误的前科学概念转变为正确的科学概念”。省编《自然科学》和浙教版《科学》，在编写“水对容器底部、侧壁压强的实验”时，没有融入控制变量的思想来设计实验（自然科学教材第三册P37，科学教材第三册P17），难怪有头脑的学生会提出这样的“新问题”，看起来这是一个教学活动中的细节，其实，它反映了学生是在用对比的方法学习科学。有的人可能会觉得这是小题大做，用得着追问这样的细节吗？但这就是真真切切的科学探究。大家都知道物理学上有一个重力加速度g，是伽里略通过斜塔实验发现的。斜塔实验看起来很简单，但其思想非常重要。在伽里略以前，人们普遍认为越是重的东西所受到的重力加速度就越大，速度就越快。伽里略说：不对！他指出：物体无论轻重，在重力场作用下的加速度和速度都是相等的，斜塔实验的轻重两个球同时落地，证明伽里略是对的。别以为斜塔实验看上去很简单，实际上这开了近代科学使用分析法的先河。为什么这样说呢？古希腊学者与伽里略的想法不一样，主要因素是空气阻力。一根羽毛掉下来很慢，而一个铅球掉下来很快，差别在于空气阻力。伽里略的功劳在于撇开空气阻力的因素，光是研究在重力作用下这个物体的加速度和速度，结果他得出了与古希腊学者不同的结论，开了现代科学分析法和实验法的先河，这是一件了不起的事情。

物理学家劳厄曾经说过，对于科学教育重要的不是获得知识，而是发展思维能力。教育给予人们的无非是一切学过的东西都遗忘掉的时候所剩下来的东西。“剩下来的东西”是什么？就科学教育来说，是科学素养。实验和实验教学虽然只是初中科学教育的一个分歧，但蕴含着许多理性思维的教学要素，提高实验教学的认识，变革实验教学的方式，从根本上讲就是在实施有效课堂教学，促进学生理性思维的发展。

注：本文系浙江省教育科研2007规划课题“初中科学教师专业发展新取向的实践研究”（课题立项编号：SC455）的阶段性成果之一。