无实验载体探究：真实性情境的设计

1 无实验载体探究：真实性情境的设计

玉环实验学校 苏爱娣 郑理平

摘 要: 无实验载体探究是初中科学探究的重要组成部分，已成为当前教学和考查中的重要形式。但由于缺乏实验载体而存在着情境创设的随意性和非真实性，导致不少情境创设缺乏科学性。提出真实性情境设计应来源于真实实验、科学史上的探究、真实生活情境、当前科技成果和研究性学习中问题的再现和提炼等五种途径。

关键词: 无实验载体探究 真实性情境 情境创设

科学探究从探究的载体来分，可简单地分为以实验为载体的探究和无实验载体的探究。在以实验为载体的探究活动中，学生在科学实验过程中发现问题、提出问题、获得解释或者提出假设通过科学实验来给予验证，从而完成探究活动。显然，在科学学习过程中，学生所进行的实验多数是经过前人摸索而逐渐形成的再现实验，即使是教师开发的创新性实验或学生自主提出的实验方案大多也经历过实践检验，探究情境具有真实性和科学性。所谓无实验载体探究即探究过程中没有真实的实验载体，探究情境需要教师创设。因为是主观创设的，形式灵活，又无需实验检验，情境是建立在人为的“科学”推论的基础上，因此，在教学活动中大量地应用着。

无实验载体探究虽没有真实的实验情境，但这并不意味着探究缺乏真实性，也并不意味着探究情境可随心所欲地设计。事实上，在教学活动中，确实存在着离开科学性基础的创设，从而导致探究情境不真实、不科学，从而违背了科学探究的本质和教学的价值追求。

非真实性问题是指那些人为编造的不符合科学特点和真实情况的问题，多属主观猜测，会误导师生对科学的认识，人为增加负担，降低学习兴趣，将科学教学导向歧途。常见的非真实性情境类型有下列三种。

1．情境创设的假设缺乏科学性

例如，假如光在同一均匀物质中不沿直线传播，下列现象可能出现的是

A．地球上没有昼夜之分 B．做操时更容易排直队伍

C．阳光下的人影更清晰 D．更容易形成日食和月食

该题考查意图是哪些现象属于光的直线传播，但该题存在着假设不科学。实际上，“光在同一均匀物质中不沿直线传播”的假设缺乏科学性，离开科学依据为前提进行的假设本来就是一种伪科学探究，是值得反对的。作为中考题，更应避免出现这类非科学性假设，以免造成不必要的误导。

假设是科学探究的重要环节，有些教师和命题者为了追求新奇，别出心裁地提出假设，或对学生提出的各种假设无原则地肯定，而不顾假设是否存在着真实性和科学性。假设允许是不正确的，鼓励开放式，但反对离开科学性的漫无边际的“随想”。

2．创设的实验情境在现实中无法实现 2 例如，小妍发现水池中的喷水器（图略）喷水时竟自动旋转，旋转方向与水方向相反。仔细观察后，她决定进一步探究影响喷水器旋转速度的因素。于是，她用易拉罐进行模拟实验，步骤如下：

①用细线系住中心拉环，然后用小号铁钉在离罐底0.5厘米的罐体上斜打一个孔，使罐中水能如图（图略）所示方向喷出。

②把罐子浸入水中，灌满水后，快速提离水面，记下罐子在10秒内旋转的圈数，此时罐中仍有水。

③在离罐底0.5厘米的罐体上改变斜孔的数目，重复实验步骤②，并把结果记录于下表（表略）。

请回答：

（1）由本实验可知，喷水器出水孔越多，旋转的速度 ▲ 。

（2）小妍又猜测，喷水器旋转的速度可能与出水孔的大小有关。于是，她又另取了几只易拉罐，以及几枚粗细不同的小、中、大号铁钉。请补填右表中“孔的数目”、“钉子型号”两行，完成实验记录表的设计（表略）。

（3）若还要验证喷水器旋转的速度与出水处水的压强有关，请简述操作方法。 ▲

应该说该题为学生提供了一个很好的探究情境，这个探究情境来源于现实，与科学结合紧密，又具有探究性。但是，命题者显然也是主观想象来设计，题中提出要在“罐体上斜打一个孔”，试想，易拉罐罐壁如此之薄，斜打一个孔不知命题者是如何才能办到的，笔者根据试题要求进行多次实验，结果令人失望。即使能打出斜孔，在步骤③要求学生探究旋转速度与出水孔数量之间的关系时也遭遇可行性问题。试想，要探究两者的关系，需控制其它因素，但这种方法中出水孔数量不同将会导致出水孔压强不同，压强不同这一因素显然会干扰前两者关系，这在下一小题来考查学生，而此时又要求学生不要考虑这一因素，这岂不自相矛盾？因此，该小题缺乏探究的科学性。

主观想象是可行的，并不意味着真实世界里是可行的，在现实中是可操作的。只有经过实验检验才行。实验室是科学的最高法庭，科学探究的情境创设同样不能离开实验而进行纯粹的推论或“科学”想象。

3．创设的实验情境考虑不周

例如，某同学为验证与光合作用相关的一些结论，设计了如图所示的一组实验，烧瓶中的溶液pH大于7，均含适量的焦性没食子酸，焦性没食子酸在碱性环境下遇氧气会由无色变褐色。请回答：

3 （1）金鱼藻在适宜条件能进行光合作用，从生态系统的成分看，金鱼藻属 ▲ 。

（2）如果要研究光合作用是否需要CO2，应选用 ▲ 两个烧瓶进行对照。一段时间后， ▲ 号瓶最先变褐色。

（3）如果本实验不加指示剂，为判断光合作用是否进行，还可采用的方法有： ▲ （写出一种即可）。

此题属于科学探究题，命题者提供了探究情境，要求学生根据题给停息进行科学探究而无需也无法进行真实的实验探究。命题者只是希望学生能根据情境进行推论性的探究。该题给出“焦性没食子酸在碱性环境下遇氧气会由无色变褐色”的信息，要求学生运用光合作用原理判断出装置4将会因CO2被吸收而呈碱性。但实际上，即使溶液中CO2被完全吸收，也不可能导致溶液呈碱性。再加上题中还出现了“含CO2释放剂”，造成审题干扰。该题的前提属于命题者的主观想象，由于考虑不周全，更由于命题者也没有根据这一实验方案去进行真实的实验验证，从而导致探究情境创设不真实，缺乏科学性。

在严肃的地区性中考题中出现不真实缺乏科学性的无实验载体探究情境，由此可见，无实验载体探究已成为当前科学教学的重要组成部分，渗透于考试、训练、能力培养、知识运用、经验或知识的获取等教学环节中；无实验载体探究情境的真实性和科学性设计面临着考验，其中混杂着不真实的乏科学性的情境正扭曲着新课程崇尚的科学探究。

真实性问题情境强调体现科学的真谛及其与科学、技术和社会的关系，其情境、设问及解决问题的方法等都能真实反映科学学科的特点和独特价值。它能接近学生与科学和现实生活的距离，是学生重要的潜在动机资源。真实性问题的解决方法或策略更适用于真实的情境，有利于学生把现在科学问题解决的学习经验迁移到以后的生活及工作中，通过真实的问题能有效整合科学知识技能、过程方法、情感态度价值观三维目标，渗透人文教育，使学生在发现真问题和解决真问题的过程中感受到问题解决的愉悦，学会解决科学问题的真方法，体悟到真实科学问题之美，使得科学问题的本然价值和问题解决的过程价值得以充分体现和发挥。原创的真实性科学问题还能减少考试的练习效应，有利于公平、客观地考查学生学业水平和分析解决实际问题的能力，有效地遏制题海战术，引导科学教学全面落实课程目标。

那么，无实验载体探究怎样才能做到真实性情境的设计呢？笔者认为可以有如下五种途径进行创设。

1．真实实验的再现与提炼

例如，（嘉兴05年中考13题）实验室中有饱和食盐水和蒸馏水各一瓶，为了区分它们，某学习小组的同学设计了以下四种方案。你认为不能把两者区分开来的是（ ）

A.进行导电性试验，能导电的是饱和食盐水

B.用压强计来测定同深度处的压强，压强较大的是饱和食盐水

C.分别加入少量食盐晶体，晶体不能继续溶解的是饱和食盐水

D.用普通显微镜观察，能看到钠离子的是饱和食盐水

科学探究的一个重要形式是科学实验，对这些已有的实验进行深加工，当我们在设计无实验载体探究时，完全可以从已有的实验探究中进行再现和提炼或进行重组都能形成新的探究情境。 4 2．科学史中探究的再现与提炼

例如，（嘉兴05年中考34题）对物体下落的快慢与物体轻重的关系，历史上曾先后有过两种不同的观点：亚里士多德认为重的物体下落得快，而伽俐略认为轻重不同的物体下落的快慢是一样的。下面是三位同学在研究了物体下落的快慢与物体轻重的关系后做作的交流：

⑴如果亚里士多德的观点是对的，那么小刚的实验结果应该是 ▲ 。

⑵导致小强和小丽实验结果不同的原因，主要是存在 ▲ 的干扰。

科学家的探究，也就是科学家运用科学的方法、通过探索的途径去发现人们尚未认识的科学事物及其规律的过程。尽管学生是使用探究法学习科学知识，而科学家是在努力增进人类对自然界的了解，但学生和科学家所从事的活动和思维过程有许多相同之处，学生与科学家的探究思维本质上是一致的。都要经历问题、假说或猜想、收集证据、解释、评价、交流与推广等环节。只不过“科学家是为了求知而探究，而学生探究是为了求知。”

科学史丰富的探究为无实验载体探究的情境创设提供了无穷的资源。

3．真实生活情境的再现与提炼

例如，（05浙江省中考卷）小明和他的伙伴们对科学探究抱有浓厚兴趣，下面是他们的一项研究。

研究课题：啤酒瓶打开后逸出气体的主要成分是什么？

实验准备：用集气瓶收集满3～4瓶从刚打开的啤酒瓶中逸出的气体。

实验步骤：

（1）将带火星的木条放入集气瓶中，发现木条未复燃，则说明该气体主要成分不是 ▲气体。

（2）将湿润蓝色石蕊试纸放在集气瓶口，发现试纸变红色，则说明该气体中含有能与水反应且生成的溶液显 ▲ 性的气体。

（3）向另一瓶气体中倾倒澄清石灰水，振荡后发现石灰水变浑浊，则可证明该气体中一定大量含有 ▲ 气体。

科学探究应用于实际问题的解决，才会赋予它积极的意义。现实生活中有许多真实而富有趣味的科学探究，成为创设无实验载体探究取之不尽的源泉。这类情境既是肯定了科学探究在生活生产实践中的重要作用，也是引导学生投身到真实的生活情境中，运用已有的知识解决实际问题，因此值得推崇。

4．当前科技成果的再现与提炼 5 例如，（06年南京中考题）神舟六号载人飞船成功返航，标志着我国已跨入航天领域国际领先行列。某研究性学习小组查阅资料得知，宇宙飞船中用超氧化钾（KO2）作为氧气再生剂。超氧化钾是一种固体，它与人呼出的二氧化碳反应生成氧气：KO2+2CO2=2K2CO3+3O2。为了验证这个反应能够产生氧气，该小组同学以大理石和盐酸反应生成的CO2来与KO2反应制取O2，设计了如图装置，请完成如下探究问题（问题其余部分略去）

当前科技成果是学生感兴趣的科学话题，从当前科技成果中提炼进行无实验载体探究情境的创设，既体现了科学价值，又激发学生学习科学的兴趣。选择一些与科学基础知识紧密相关的新的应用情境，根据需要设计各种考查角度，能够较好地考查学生知识储备、检索、信息处理和应用知识分析解决实际问题的能力。

5．研究性学习中真实问题的再现与提炼

例如，（07年温州中考题）乐清是我国低压电器生产基地。在电器生产过程量基中，会产生含铜废料。如何从中回收铜？某科技兴趣小组提出了如下实验方案，进行了探索。

请完成如下探究问题（问题其余部分略去）

研究性学习是新课程所倡导的，其组织形式灵活，涉及面广，许多问题同样可以成为创设无实验载体探究的情境来源。