小學理科整合型實驗設(shè)立

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一、本科小學教育專業(yè)理科整合型實驗開設(shè)方式的認知基礎(chǔ)

在本科小學教育專業(yè)理科方向的教學中，自然科學類課程的實驗教學是一個重要的組成部分，但現(xiàn)在卻問題多多。據(jù)了解，目前一種通用的做法是選用部分理工科大學本科層次基礎(chǔ)實驗的方式，但問題是現(xiàn)有的針對理工科學生設(shè)置的實驗項目并不適合小學教育專業(yè)的學生;而有些院校干脆在相關(guān)課程中去除了實驗部分，以求教學簡便。因此，探索建設(shè)和完善適宜本科小學教育專業(yè)特點的理科實驗開設(shè)方式，是小學教育專業(yè)課程教學面臨的一項新課題?？紤]到小學教育的特點，具備寬廣、全面、具有整體性特點的基礎(chǔ)知識儲備，對于小學教育專業(yè)的學生而言是必需的。如果將各學科的知識過分專業(yè)化，則不符合實際需求。由于學時所限，即使是本科層次的學程長達四年，也無法保障在十分寬泛的知識基礎(chǔ)之上再趨向精深，達到專業(yè)程度［1］。因此，本科小學教育專業(yè)的教學要加強綜合性建設(shè)，以各學科專業(yè)知識為核心，注重學科知識體系間的聯(lián)系，適度拓展學科課程內(nèi)容，堅持師范性、綜合性與實踐性相結(jié)合的原則。要注意的是，這種綜合并不是許多學科課程的大拼盤，必須是各學科課程的內(nèi)在整合［2］。因此，對于小學教育專業(yè)的理科實驗應(yīng)把目光放寬廣一些，認識到各學科的實驗只不過是自然科學實驗的一個有機構(gòu)成?？梢栽谛W教育專業(yè)中開設(shè)一種理科整合型實驗，其特點是:一方面要把各個實驗項目置于自然科學實驗的大背景中，注重學科間知識的綜合運用，一般來說可立足于各學科本體，覆蓋到其他學科，靈活應(yīng)用各學科內(nèi)部知識，較大跨度地調(diào)度知識以解決問題。另一方面要能充分體現(xiàn)小學教育專業(yè)“厚基礎(chǔ)、強能力"的特色，尋求學生最易于理解、最生活化、最靠近已有知識與經(jīng)驗的內(nèi)容，借助于一系列的科學實驗與技術(shù)制作活動，加深對自然科學的理解，培養(yǎng)他們的基本技能和創(chuàng)新能力［3］。

二、本科小學教育專業(yè)理科整合型實驗開設(shè)實例介紹

(一)教師設(shè)置的實驗課題

實驗題目:測量給定導體的電阻率并分析其化學成分。實驗要求和說明:(1)利用各種信息資源充分收集相關(guān)實驗資料(物理和化學方面)。(2)參考實驗室現(xiàn)有實驗器材配備，從實驗儀器、實驗過程、實驗結(jié)果等方面全面考慮后制訂出實驗方案。(3)依據(jù)實驗方案進行實驗，并根據(jù)實驗中的具體情況修正實驗方案。(4)可著重在實驗報告中闡述本小組在實驗中的發(fā)現(xiàn)、思考，對實驗的改進要有自身特色。待測導體:一卷漆包線。

(二)一學生小組的簡要實驗過程

1．實驗方案設(shè)計。該學生小組認為:最簡便的方法是先測出該導線的電阻率，再從電阻率出發(fā)分析其化學成分。依據(jù)電阻率計算公式ρ=RS/L，其中的導線長度L可由米尺測出，導線截面積S可由螺旋測微器測出直徑后計算得出。另外，考慮到導線電阻R很小，從實驗的簡便性和誤差方面考慮，可用伏安法(安培表外接)測量。

2．初步物理實驗的結(jié)果和發(fā)現(xiàn)的問題。該學生小組在實驗室選取相應(yīng)實驗器材連接好測量電路后，發(fā)現(xiàn)通電后安培表無示數(shù)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是導線外面涂有絕緣漆。用小刀刮干凈導線兩端后再接入電路，通電后經(jīng)測量，所得數(shù)據(jù)如下:L=0.99m，D=0.892mm，U=0.1V(0－3V)，I=1A(0－3A)。代入計算公式得ρ=(U/I)π(D/2)2/L=6.31×10－8歐•米。對比電阻率表，沒有發(fā)現(xiàn)與之相對應(yīng)的材料。再經(jīng)仔細檢查待測導線后，學生小組一致認為這是一條涂有絕緣漆的銅線。但銅的電阻率為1．7×10－8歐•米，與實驗結(jié)果相差數(shù)倍。經(jīng)過再次測量，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，學生小組推測該待測導線的化學成分不是純銅，因為如果摻入別的金屬，對電阻率影響應(yīng)該很大。

3．初步化學實驗。經(jīng)學生小組討論，認為可以用化學的方法幫助檢測以上猜測，如果是摻雜有其他金屬的話應(yīng)該很容易通過化學反應(yīng)觀察出來。實驗目的:檢測導線的化學成分是否為純銅。實驗原理:用銅和濃硫酸反應(yīng)Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O實驗用品:導線(已刮去絕緣漆，切成小段)、濃硫酸、純凈水。實驗現(xiàn)象預測:因為CuSO4溶液為藍色，若只生成藍色溶液和刺鼻的SO2氣體，證明導線為純銅;若還有其它生成物，則導線中應(yīng)該有其它金屬成分。實驗結(jié)論:導線的成分中有銅，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一步檢驗。

4．進一步化學實驗。學生小組認為，若導線化學成分為純銅，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。學生小組查閱相關(guān)資料后得知銅與濃硫酸的反應(yīng)實際上分成兩步:Cu與氧化性強的濃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，則有可能是因為水少形成結(jié)晶的CuSO4晶體。

5．進一步物理實驗。學生小組回過頭再次認真檢查測量電阻率實驗設(shè)計，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)該出在選用的銅線電阻太小，經(jīng)計算其電阻約為0.027歐，若電流為1安培時，電壓只有0.027伏。對此學生小組對測量電阻率實驗設(shè)計做了相應(yīng)的改進:(1)將J0408型直流電壓表換成J0403型直流電壓表，用直流1V檔讀數(shù)來減小讀數(shù)誤差;(2)增大銅導線的電阻，選用了一條2米長，直徑0.5mm的漆包線;(3)因為銅導線的電阻較小，電路中電流較大，為防止導線發(fā)熱產(chǎn)生影響，把電流控制在2A之內(nèi)和控制好通電時間;(4)為防止接觸電阻的影響，導線兩端和接線柱緊密接觸上。采取以上改進措施后再進行實驗測量，所得數(shù)據(jù)如下:L=1.96m，D=0.5mm，U=0.32V，I=1.8A，代入計算公式得ρ=1.78×10－8歐•米。至此實驗基本取得成功。

三、本科小學教育專業(yè)理科整合型實驗開設(shè)方式的實踐認識

從以上實驗案例可見，這種針對本科小學教育專業(yè)學生而開設(shè)的理科整合型實驗具有鮮明的自身特色。首先，這種整合型實驗的實驗內(nèi)容涵蓋了多個自然學科，充分利用各學科間知識的有機聯(lián)系作為設(shè)置實驗的切入點，如上述實驗中導體的電阻率(物理)和導體的材質(zhì)(化學)就是能有機聯(lián)系在一起的知識點。學科知識的綜合運用，是一種高層次的素質(zhì)要求，在小學教育專業(yè)本科教育階段是較難形成這種知識準備和教學能力的，但小學課程的綜合化又要求小學教師具有復合的知識結(jié)構(gòu)和知識運用能力。這種整合型實驗的開設(shè)方式提供了一個解決該問題的行之有效的具體方法。其次，這種整合型實驗強調(diào)的是知識的聯(lián)系應(yīng)用，不應(yīng)過于強調(diào)知識的深化。其所涉及的科學知識和理論應(yīng)該是比較基礎(chǔ)的，學生基本已經(jīng)掌握了的，應(yīng)用起來難度不大。如上述實驗中導體電阻率的測量、計算以及銅的化學反應(yīng)這些知識理論對本科小學教育專業(yè)學生來說都能熟練應(yīng)用。這樣就可以有效降低實驗進行的難度和增加學生完成實驗的興趣。再次，這種整合型實驗借助了設(shè)計性實驗的特點，力求讓學生能經(jīng)歷一個較完整的科學實驗、科學研究的過程。實驗不再僅僅是為了驗證某個知識理論，學生主觀能動性和創(chuàng)造性的發(fā)揮，在實驗中得到的新發(fā)現(xiàn)、新問題、新猜想、新驗證，才是整合型實驗的核心內(nèi)容，這樣才能充分體現(xiàn)學生自我學習的價值。最后，關(guān)于這種整合型實驗的實驗內(nèi)容設(shè)置，可以在考慮現(xiàn)有實驗器材配備的基礎(chǔ)上，貼近日常的生產(chǎn)、生活實際，由各學科教師充分協(xié)商后制定。如“幾種塑料的物理性質(zhì)研究”、“紅外線、紫外線對植物生長的作用”等。而這種整合型實驗開設(shè)的時間和數(shù)量，可根據(jù)各門課程具體情況考慮，如在大學物理課程中力、熱、光、電四大塊教學內(nèi)容完成后可各有針對性地開設(shè)一次。這種整合型實驗在小學教育專業(yè)理科班學生中已進行了初步實踐，根據(jù)學生實驗中的表現(xiàn)和意見反饋情況來看，還是比較受學生歡迎。他們普遍認為這種整合型實驗能緊密聯(lián)系小學教育專業(yè)的特色，能給他們提供更大的實踐空間和更多的創(chuàng)新體驗。