小學理科整合型實驗設立論文
一、本科小學教育專業(yè)理科整合型實驗開設方式的認知基礎
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實驗的方式，但問題是現(xiàn)有的針對理工科學生設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課程中去除了實驗部分，以求教學簡便。因此，探索建設和完善適宜本科小學教育專業(yè)特點的理科實驗開設方式，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，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容，堅持師范性、綜合性與實踐性相結合的原則。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在整合［2］。因此，對于小學教育專業(yè)的理科實驗應把目光放寬廣一些，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成。可以在小學教育專業(yè)中開設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，靈活應用各學科內部知識，較大跨度地調度知識以解決問題。另一方面要能充分體現(xiàn)小學教育專業(yè)“厚基礎、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)驗的內容，借助于一系列的科學實驗與技術制作活動，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實例介紹
(一)教師設置的實驗課題
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=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．初步物理實驗的結果和發(fā)現(xiàn)的問題。該學生小組在實驗室選取相應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=(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該很容易通過化學反應觀察出來。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Cu+2H2SO4(濃)肅uSO4+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，則導線中應該有其它金屬成分。實驗結論:導線的成分中有銅，但反應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。學生小組查閱相關資料后得知銅與濃硫酸的反應實際上分成兩步:Cu與氧化性強的濃H2SO4接觸，表面部分被氧化為CuO。Cu+H2SO4(濃)肅uO+SO2↑+H2OCuO再與硫酸反應。CuO+H2SO4=CuSO4+H2O綜合兩式為:Cu+2H2SO4(濃)肅uSO4+SO2↑+2H2O因此可以推斷，因反應未徹底進行，所以CuO未能完全與H2SO4反應，則黑色小顆粒最有可能是CuO。經(jīng)查堿、酸、鹽的溶解表，沉淀的灰白色物質若是銅的化合物，則有可能是因為水少形成結晶的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計，發(fā)現(xiàn)問題應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計做了相應的改進:(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=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(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構和知識運用能力。這種整合型實驗的開設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的是知識的聯(lián)系應用，不應過于強調知識的深化。其所涉及的科學知識和理論應該是比較基礎的，學生基本已經(jīng)掌握了的，應用起來難度不大。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容，這樣才能充分體現(xiàn)學生自我學習的價值。最后，關于這種整合型實驗的實驗內容設置，可以在考慮現(xiàn)有實驗器材配備的基礎上，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、電四大塊教學內容完成后可各有針對性地開設一次。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。
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