小学理科整合型实验设立

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一、本科小学教育专业理科整合型实验开设方式的认知基础

在本科小学教育专业理科方向的教学中，自然科学类课程的实验教学是一个重要的组成部分，但现在却问题多多。据了解，目前一种通用的做法是选用部分理工科大学本科层次基础实验的方式，但问题是现有的针对理工科学生设置的实验项目并不适合小学教育专业的学生;而有些院校干脆在相关课程中去除了实验部分，以求教学简便。因此，探索建设和完善适宜本科小学教育专业特点的理科实验开设方式，是小学教育专业课程教学面临的一项新课题。考虑到小学教育的特点，具备宽广、全面、具有整体性特点的基础知识储备，对于小学教育专业的学生而言是必需的。如果将各学科的知识过分专业化，则不符合实际需求。由于学时所限，即使是本科层次的学程长达四年，也无法保障在十分宽泛的知识基础之上再趋向精深，达到专业程度［1］。因此，本科小学教育专业的教学要加强综合性建设，以各学科专业知识为核心，注重学科知识体系间的联系，适度拓展学科课程内容，坚持师范性、综合性与实践性相结合的原则。要注意的是，这种综合并不是许多学科课程的大拼盘，必须是各学科课程的内在整合［2］。因此，对于小学教育专业的理科实验应把目光放宽广一些，认识到各学科的实验只不过是自然科学实验的一个有机构成。可以在小学教育专业中开设一种理科整合型实验，其特点是:一方面要把各个实验项目置于自然科学实验的大背景中，注重学科间知识的综合运用，一般来说可立足于各学科本体，覆盖到其他学科，灵活应用各学科内部知识，较大跨度地调度知识以解决问题。另一方面要能充分体现小学教育专业“厚基础、强能力"的特色，寻求学生最易于理解、最生活化、最靠近已有知识与经验的内容，借助于一系列的科学实验与技术制作活动，加深对自然科学的理解，培养他们的基本技能和创新能力［3］。

二、本科小学教育专业理科整合型实验开设实例介绍

(一)教师设置的实验课题

实验题目:测量给定导体的电阻率并分析其化学成分。实验要求和说明:(1)利用各种信息资源充分收集相关实验资料(物理和化学方面)。(2)参考实验室现有实验器材配备，从实验仪器、实验过程、实验结果等方面全面考虑后制订出实验方案。(3)依据实验方案进行实验，并根据实验中的具体情况修正实验方案。(4)可着重在实验报告中阐述本小组在实验中的发现、思考，对实验的改进要有自身特色。待测导体:一卷漆包线。

(二)一学生小组的简要实验过程

1．实验方案设计。该学生小组认为:最简便的方法是先测出该导线的电阻率，再从电阻率出发分析其化学成分。依据电阻率计算公式ρ=RS/L，其中的导线长度L可由米尺测出，导线截面积S可由螺旋测微器测出直径后计算得出。另外，考虑到导线电阻R很小，从实验的简便性和误差方面考虑，可用伏安法(安培表外接)测量。

2．初步物理实验的结果和发现的问题。该学生小组在实验室选取相应实验器材连接好测量电路后，发现通电后安培表无示数，经检查发现是导线外面涂有绝缘漆。用小刀刮干净导线两端后再接入电路，通电后经测量，所得数据如下:L=0.99m，D=0.892mm，U=0.1V(0－3V)，I=1A(0－3A)。代入计算公式得ρ=(U/I)π(D/2)2/L=6.31×10－8欧•米。对比电阻率表，没有发现与之相对应的材料。再经仔细检查待测导线后，学生小组一致认为这是一条涂有绝缘漆的铜线。但铜的电阻率为1．7×10－8欧•米，与实验结果相差数倍。经过再次测量，所得数据与以上基本相同;再检查电压表和安培表，其读数也正常。因此，学生小组推测该待测导线的化学成分不是纯铜，因为如果掺入别的金属，对电阻率影响应该很大。

3．初步化学实验。经学生小组讨论，认为可以用化学的方法帮助检测以上猜测，如果是掺杂有其他金属的话应该很容易通过化学反应观察出来。实验目的:检测导线的化学成分是否为纯铜。实验原理:用铜和浓硫酸反应Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O实验用品:导线(已刮去绝缘漆，切成小段)、浓硫酸、纯净水。实验现象预测:因为CuSO4溶液为蓝色，若只生成蓝色溶液和刺鼻的SO2气体，证明导线为纯铜;若还有其它生成物，则导线中应该有其它金属成分。实验结论:导线的成分中有铜，但反应后沉淀在下层的黑色小颗粒和灰白色小颗粒的成分有待进一步检验。

4．进一步化学实验。学生小组认为，若导线化学成分为纯铜，则沉淀的生成物应该也是铜的化合物，而铜的化合物中为黑色的只有CuO。学生小组查阅相关资料后得知铜与浓硫酸的反应实际上分成两步:Cu与氧化性强的浓H2SO4接触，表面部分被氧化为CuO。Cu+H2SO4(浓)CuO+SO2↑+H2OCuO再与硫酸反应。CuO+H2SO4=CuSO4+H2O综合两式为:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O因此可以推断，因反应未彻底进行，所以CuO未能完全与H2SO4反应，则黑色小颗粒最有可能是CuO。经查碱、酸、盐的溶解表，沉淀的灰白色物质若是铜的化合物，则有可能是因为水少形成结晶的CuSO4晶体。

5．进一步物理实验。学生小组回过头再次认真检查测量电阻率实验设计，发现问题应该出在选用的铜线电阻太小，经计算其电阻约为0.027欧，若电流为1安培时，电压只有0.027伏。对此学生小组对测量电阻率实验设计做了相应的改进:(1)将J0408型直流电压表换成J0403型直流电压表，用直流1V档读数来减小读数误差;(2)增大铜导线的电阻，选用了一条2米长，直径0.5mm的漆包线;(3)因为铜导线的电阻较小，电路中电流较大，为防止导线发热产生影响，把电流控制在2A之内和控制好通电时间;(4)为防止接触电阻的影响，导线两端和接线柱紧密接触上。采取以上改进措施后再进行实验测量，所得数据如下:L=1.96m，D=0.5mm，U=0.32V，I=1.8A，代入计算公式得ρ=1.78×10－8欧•米。至此实验基本取得成功。

三、本科小学教育专业理科整合型实验开设方式的实践认识

从以上实验案例可见，这种针对本科小学教育专业学生而开设的理科整合型实验具有鲜明的自身特色。首先，这种整合型实验的实验内容涵盖了多个自然学科，充分利用各学科间知识的有机联系作为设置实验的切入点，如上述实验中导体的电阻率(物理)和导体的材质(化学)就是能有机联系在一起的知识点。学科知识的综合运用，是一种高层次的素质要求，在小学教育专业本科教育阶段是较难形成这种知识准备和教学能力的，但小学课程的综合化又要求小学教师具有复合的知识结构和知识运用能力。这种整合型实验的开设方式提供了一个解决该问题的行之有效的具体方法。其次，这种整合型实验强调的是知识的联系应用，不应过于强调知识的深化。其所涉及的科学知识和理论应该是比较基础的，学生基本已经掌握了的，应用起来难度不大。如上述实验中导体电阻率的测量、计算以及铜的化学反应这些知识理论对本科小学教育专业学生来说都能熟练应用。这样就可以有效降低实验进行的难度和增加学生完成实验的兴趣。再次，这种整合型实验借助了设计性实验的特点，力求让学生能经历一个较完整的科学实验、科学研究的过程。实验不再仅仅是为了验证某个知识理论，学生主观能动性和创造性的发挥，在实验中得到的新发现、新问题、新猜想、新验证，才是整合型实验的核心内容，这样才能充分体现学生自我学习的价值。最后，关于这种整合型实验的实验内容设置，可以在考虑现有实验器材配备的基础上，贴近日常的生产、生活实际，由各学科教师充分协商后制定。如“几种塑料的物理性质研究”、“红外线、紫外线对植物生长的作用”等。而这种整合型实验开设的时间和数量，可根据各门课程具体情况考虑，如在大学物理课程中力、热、光、电四大块教学内容完成后可各有针对性地开设一次。这种整合型实验在小学教育专业理科班学生中已进行了初步实践，根据学生实验中的表现和意见反馈情况来看，还是比较受学生欢迎。他们普遍认为这种整合型实验能紧密联系小学教育专业的特色，能给他们提供更大的实践空间和更多的创新体验。