小學(xué)理科整合型實(shí)驗(yàn)設(shè)立

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一、本科小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)理科整合型實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)方式的認(rèn)知基礎(chǔ)

在本科小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)理科方向的教學(xué)中，自然科學(xué)類(lèi)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)重要的組成部分，但現(xiàn)在卻問(wèn)題多多。據(jù)了解，目前一種通用的做法是選用部分理工科大學(xué)本科層次基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的方式，但問(wèn)題是現(xiàn)有的針對(duì)理工科學(xué)生設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并不適合小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)的學(xué)生;而有些院校干脆在相關(guān)課程中去除了實(shí)驗(yàn)部分，以求教學(xué)簡(jiǎn)便。因此，探索建設(shè)和完善適宜本科小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的理科實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)方式，是小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)面臨的一項(xiàng)新課題?？紤]到小學(xué)教育的特點(diǎn)，具備寬廣、全面、具有整體性特點(diǎn)的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備，對(duì)于小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言是必需的。如果將各學(xué)科的知識(shí)過(guò)分專(zhuān)業(yè)化，則不符合實(shí)際需求。由于學(xué)時(shí)所限，即使是本科層次的學(xué)程長(zhǎng)達(dá)四年，也無(wú)法保障在十分寬泛的知識(shí)基礎(chǔ)之上再趨向精深，達(dá)到專(zhuān)業(yè)程度［1］。因此，本科小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)的教學(xué)要加強(qiáng)綜合性建設(shè)，以各學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)為核心，注重學(xué)科知識(shí)體系間的聯(lián)系，適度拓展學(xué)科課程內(nèi)容，堅(jiān)持師范性、綜合性與實(shí)踐性相結(jié)合的原則。要注意的是，這種綜合并不是許多學(xué)科課程的大拼盤(pán)，必須是各學(xué)科課程的內(nèi)在整合［2］。因此，對(duì)于小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)的理科實(shí)驗(yàn)應(yīng)把目光放寬廣一些，認(rèn)識(shí)到各學(xué)科的實(shí)驗(yàn)只不過(guò)是自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)有機(jī)構(gòu)成?？梢栽谛W(xué)教育專(zhuān)業(yè)中開(kāi)設(shè)一種理科整合型實(shí)驗(yàn)，其特點(diǎn)是:一方面要把各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目置于自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)的大背景中，注重學(xué)科間知識(shí)的綜合運(yùn)用，一般來(lái)說(shuō)可立足于各學(xué)科本體，覆蓋到其他學(xué)科，靈活應(yīng)用各學(xué)科內(nèi)部知識(shí)，較大跨度地調(diào)度知識(shí)以解決問(wèn)題。另一方面要能充分體現(xiàn)小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力"的特色，尋求學(xué)生最易于理解、最生活化、最靠近已有知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的內(nèi)容，借助于一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)制作活動(dòng)，加深對(duì)自然科學(xué)的理解，培養(yǎng)他們的基本技能和創(chuàng)新能力［3］。

二、本科小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)理科整合型實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)實(shí)例介紹

(一)教師設(shè)置的實(shí)驗(yàn)課題

實(shí)驗(yàn)題目:測(cè)量給定導(dǎo)體的電阻率并分析其化學(xué)成分。實(shí)驗(yàn)要求和說(shuō)明:(1)利用各種信息資源充分收集相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料(物理和化學(xué)方面)。(2)參考實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材配備，從實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面全面考慮后制訂出實(shí)驗(yàn)方案。(3)依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的具體情況修正實(shí)驗(yàn)方案。(4)可著重在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中闡述本小組在實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)、思考，對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)要有自身特色。待測(cè)導(dǎo)體:一卷漆包線(xiàn)。

(二)一學(xué)生小組的簡(jiǎn)要實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1．實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。該學(xué)生小組認(rèn)為:最簡(jiǎn)便的方法是先測(cè)出該導(dǎo)線(xiàn)的電阻率，再?gòu)碾娮杪食霭l(fā)分析其化學(xué)成分。依據(jù)電阻率計(jì)算公式ρ=RS/L，其中的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度L可由米尺測(cè)出，導(dǎo)線(xiàn)截面積S可由螺旋測(cè)微器測(cè)出直徑后計(jì)算得出。另外，考慮到導(dǎo)線(xiàn)電阻R很小，從實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)便性和誤差方面考慮，可用伏安法(安培表外接)測(cè)量。

2．初步物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。該學(xué)生小組在實(shí)驗(yàn)室選取相應(yīng)實(shí)驗(yàn)器材連接好測(cè)量電路后，發(fā)現(xiàn)通電后安培表無(wú)示數(shù)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是導(dǎo)線(xiàn)外面涂有絕緣漆。用小刀刮干凈導(dǎo)線(xiàn)兩端后再接入電路，通電后經(jīng)測(cè)量，所得數(shù)據(jù)如下:L=0.99m，D=0.892mm，U=0.1V(0－3V)，I=1A(0－3A)。代入計(jì)算公式得ρ=(U/I)π(D/2)2/L=6.31×10－8歐•米。對(duì)比電阻率表，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與之相對(duì)應(yīng)的材料。再經(jīng)仔細(xì)檢查待測(cè)導(dǎo)線(xiàn)后，學(xué)生小組一致認(rèn)為這是一條涂有絕緣漆的銅線(xiàn)。但銅的電阻率為1．7×10－8歐•米，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差數(shù)倍。經(jīng)過(guò)再次測(cè)量，所得數(shù)據(jù)與以上基本相同;再檢查電壓表和安培表，其讀數(shù)也正常。因此，學(xué)生小組推測(cè)該待測(cè)導(dǎo)線(xiàn)的化學(xué)成分不是純銅，因?yàn)槿绻麚饺雱e的金屬，對(duì)電阻率影響應(yīng)該很大。

3．初步化學(xué)實(shí)驗(yàn)。經(jīng)學(xué)生小組討論，認(rèn)為可以用化學(xué)的方法幫助檢測(cè)以上猜測(cè)，如果是摻雜有其他金屬的話(huà)應(yīng)該很容易通過(guò)化學(xué)反應(yīng)觀(guān)察出來(lái)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?檢測(cè)導(dǎo)線(xiàn)的化學(xué)成分是否為純銅。實(shí)驗(yàn)原理:用銅和濃硫酸反應(yīng)Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O實(shí)驗(yàn)用品:導(dǎo)線(xiàn)(已刮去絕緣漆，切成小段)、濃硫酸、純凈水。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象預(yù)測(cè):因?yàn)镃uSO4溶液為藍(lán)色，若只生成藍(lán)色溶液和刺鼻的SO2氣體，證明導(dǎo)線(xiàn)為純銅;若還有其它生成物，則導(dǎo)線(xiàn)中應(yīng)該有其它金屬成分。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:導(dǎo)線(xiàn)的成分中有銅，但反應(yīng)后沉淀在下層的黑色小顆粒和灰白色小顆粒的成分有待進(jìn)一步檢驗(yàn)。

4．進(jìn)一步化學(xué)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生小組認(rèn)為，若導(dǎo)線(xiàn)化學(xué)成分為純銅，則沉淀的生成物應(yīng)該也是銅的化合物，而銅的化合物中為黑色的只有CuO。學(xué)生小組查閱相關(guān)資料后得知銅與濃硫酸的反應(yīng)實(shí)際上分成兩步:Cu與氧化性強(qiáng)的濃H2SO4接觸，表面部分被氧化為CuO。Cu+H2SO4(濃)CuO+SO2↑+H2OCuO再與硫酸反應(yīng)。CuO+H2SO4=CuSO4+H2O綜合兩式為:Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O因此可以推斷，因反應(yīng)未徹底進(jìn)行，所以CuO未能完全與H2SO4反應(yīng)，則黑色小顆粒最有可能是CuO。經(jīng)查堿、酸、鹽的溶解表，沉淀的灰白色物質(zhì)若是銅的化合物，則有可能是因?yàn)樗傩纬山Y(jié)晶的CuSO4晶體。

5．進(jìn)一步物理實(shí)驗(yàn)。學(xué)生小組回過(guò)頭再次認(rèn)真檢查測(cè)量電阻率實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)該出在選用的銅線(xiàn)電阻太小，經(jīng)計(jì)算其電阻約為0.027歐，若電流為1安培時(shí)，電壓只有0.027伏。對(duì)此學(xué)生小組對(duì)測(cè)量電阻率實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做了相應(yīng)的改進(jìn):(1)將J0408型直流電壓表?yè)Q成J0403型直流電壓表，用直流1V檔讀數(shù)來(lái)減小讀數(shù)誤差;(2)增大銅導(dǎo)線(xiàn)的電阻，選用了一條2米長(zhǎng)，直徑0.5mm的漆包線(xiàn);(3)因?yàn)殂~導(dǎo)線(xiàn)的電阻較小，電路中電流較大，為防止導(dǎo)線(xiàn)發(fā)熱產(chǎn)生影響，把電流控制在2A之內(nèi)和控制好通電時(shí)間;(4)為防止接觸電阻的影響，導(dǎo)線(xiàn)兩端和接線(xiàn)柱緊密接觸上。采取以上改進(jìn)措施后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，所得數(shù)據(jù)如下:L=1.96m，D=0.5mm，U=0.32V，I=1.8A，代入計(jì)算公式得ρ=1.78×10－8歐•米。至此實(shí)驗(yàn)基本取得成功。

三、本科小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)理科整合型實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)方式的實(shí)踐認(rèn)識(shí)

從以上實(shí)驗(yàn)案例可見(jiàn)，這種針對(duì)本科小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)學(xué)生而開(kāi)設(shè)的理科整合型實(shí)驗(yàn)具有鮮明的自身特色。首先，這種整合型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了多個(gè)自然學(xué)科，充分利用各學(xué)科間知識(shí)的有機(jī)聯(lián)系作為設(shè)置實(shí)驗(yàn)的切入點(diǎn)，如上述實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)體的電阻率(物理)和導(dǎo)體的材質(zhì)(化學(xué))就是能有機(jī)聯(lián)系在一起的知識(shí)點(diǎn)。學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用，是一種高層次的素質(zhì)要求，在小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)本科教育階段是較難形成這種知識(shí)準(zhǔn)備和教學(xué)能力的，但小學(xué)課程的綜合化又要求小學(xué)教師具有復(fù)合的知識(shí)結(jié)構(gòu)和知識(shí)運(yùn)用能力。這種整合型實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)方式提供了一個(gè)解決該問(wèn)題的行之有效的具體方法。其次，這種整合型實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)的是知識(shí)的聯(lián)系應(yīng)用，不應(yīng)過(guò)于強(qiáng)調(diào)知識(shí)的深化。其所涉及的科學(xué)知識(shí)和理論應(yīng)該是比較基礎(chǔ)的，學(xué)生基本已經(jīng)掌握了的，應(yīng)用起來(lái)難度不大。如上述實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)體電阻率的測(cè)量、計(jì)算以及銅的化學(xué)反應(yīng)這些知識(shí)理論對(duì)本科小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)都能熟練應(yīng)用。這樣就可以有效降低實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的難度和增加學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的興趣。再次，這種整合型實(shí)驗(yàn)借助了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，力求讓學(xué)生能經(jīng)歷一個(gè)較完整的科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)研究的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)不再僅僅是為了驗(yàn)證某個(gè)知識(shí)理論，學(xué)生主觀(guān)能動(dòng)性和創(chuàng)造性的發(fā)揮，在實(shí)驗(yàn)中得到的新發(fā)現(xiàn)、新問(wèn)題、新猜想、新驗(yàn)證，才是整合型實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容，這樣才能充分體現(xiàn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的價(jià)值。最后，關(guān)于這種整合型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置，可以在考慮現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器材配備的基礎(chǔ)上，貼近日常的生產(chǎn)、生活實(shí)際，由各學(xué)科教師充分協(xié)商后制定。如“幾種塑料的物理性質(zhì)研究”、“紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)對(duì)植物生長(zhǎng)的作用”等。而這種整合型實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)的時(shí)間和數(shù)量，可根據(jù)各門(mén)課程具體情況考慮，如在大學(xué)物理課程中力、熱、光、電四大塊教學(xué)內(nèi)容完成后可各有針對(duì)性地開(kāi)設(shè)一次。這種整合型實(shí)驗(yàn)在小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)理科班學(xué)生中已進(jìn)行了初步實(shí)踐，根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)和意見(jiàn)反饋情況來(lái)看，還是比較受學(xué)生歡迎。他們普遍認(rèn)為這種整合型實(shí)驗(yàn)?zāi)芫o密聯(lián)系小學(xué)教育專(zhuān)業(yè)的特色，能給他們提供更大的實(shí)踐空間和更多的創(chuàng)新體驗(yàn)。