□許宇偉

（杭州市文瀾中學(xué)，浙江杭州 310015）

初中科學(xué)實驗教學(xué)的改進和創(chuàng)新

□許宇偉

（杭州市文瀾中學(xué)，浙江杭州 310015）

實驗教學(xué)是中學(xué)科學(xué)教學(xué)的一種重要手段，但部分實驗在隨堂操作時無法達到原有的實驗?zāi)康募靶Ч?。為了增強課堂教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，以現(xiàn)行初中教材教學(xué)內(nèi)容為案例，通過“增設(shè)實驗”、“模擬實驗”、“改進實驗”和“創(chuàng)新實驗”等方法對科學(xué)實驗教學(xué)進行改進和創(chuàng)新，從而更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，突破教材的重難點，提高思維的嚴密性，促進學(xué)生的主動學(xué)習(xí)。

科學(xué)實驗；改進創(chuàng)新；實驗教學(xué)

現(xiàn)行初中科學(xué)中的實驗，大多數(shù)是教育教學(xué)專家反復(fù)論證后編入課本中的，經(jīng)過千錘百煉，具有權(quán)威性。在教學(xué)過程中，要盡可能地開展實驗，以突破重難點。但由于各種各樣主客觀原因的存在，部分實驗在隨堂操作時無法達到原有的實驗?zāi)康募靶Ч?。因此，對實驗進行改進，重新設(shè)計，使之更簡便化、趣味化、科學(xué)化是很有必要的。以下談?wù)勛约涸趯嶒灲虒W(xué)方面的一些改進和創(chuàng)新。

一、通過增設(shè)實驗組織教學(xué) 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

皮亞杰提出：“學(xué)習(xí)是一個積極主動的建構(gòu)過程，學(xué)習(xí)者不是被動地接受外在的信息，而是根據(jù)原先認知結(jié)構(gòu)主動地和有選擇性地知覺外在信息，建構(gòu)當(dāng)前事務(wù)的意義的過程?！倍d趣是產(chǎn)生主動建構(gòu)動機的首要條件，是產(chǎn)生同化作用的動力來源。當(dāng)教師用實驗創(chuàng)設(shè)一個與生活密切相關(guān)的情境時，學(xué)生會感到既熟悉又陌生，一種好奇心便會油然而生，從而激發(fā)出他們強烈的求知欲和學(xué)習(xí)興趣。

案例1七年級上冊第四章第一節(jié)“物質(zhì)的構(gòu)成”分子是構(gòu)成物質(zhì)的一種微粒

課本中通過介紹不同的沙雕作品都是由大量細小的沙粒構(gòu)成的，進而引出“大千世界中的各種物質(zhì)，是否也是由大量微小的粒子構(gòu)成的呢？”

書中的導(dǎo)入所設(shè)計的情境，應(yīng)該說抓住了學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，也符合教師組織教學(xué)的一般要求。但在實際教學(xué)中，從沙雕由沙子構(gòu)成到物質(zhì)是否由微小粒子構(gòu)成的設(shè)問無法激發(fā)學(xué)生強烈的探索欲。筆者設(shè)想，此處用實驗導(dǎo)入是否更能吸引學(xué)生的眼球呢？于是對導(dǎo)入部分增設(shè)了如下實驗。

紅人“大白”

實驗說明：將白紙裁成“大白”的形狀，并蘸上酚酞溶液，懸空于打開的裝有濃氨水的試劑瓶口上方，可以觀察到“大白”變紅。蓋上濃氨水的試劑瓶塞，一段時間后“大白”恢復(fù)白色。

紅人“大白”的實驗現(xiàn)象大大出乎學(xué)生意料，成功引起了他們的注意，激發(fā)他們產(chǎn)生強烈的求知欲，為后續(xù)分子概念的教學(xué)作了很好的鋪墊。然后通過聞氨氣的氣味引出“分子在不停地做無規(guī)則運動”等教學(xué)環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，一物多用。在實驗器材最簡便的原則下，實驗現(xiàn)象更為明顯的實驗設(shè)計，會讓學(xué)生觀察起來更加方便，實驗過程帶給學(xué)生的觸動也會更為直接。在這樣的基礎(chǔ)上，學(xué)生對于知識要點的感受也會更加直觀，演示實驗所要收獲的預(yù)期教學(xué)效果也會更加理想。

二、通過模擬實驗組織教學(xué) 幫助學(xué)生突破重難點

科學(xué)教學(xué)中有很多概念的建立是以學(xué)生的生活經(jīng)驗為基礎(chǔ)的，我們的教學(xué)往往通過展示大量的圖片或描述來喚醒學(xué)生的記憶。在題目講解時，老師講了一遍又一遍，學(xué)生做題仍是一錯再錯，為什么不讓學(xué)生在課堂上體驗一下呢？如“大氣的壓強”一課中常出現(xiàn)的題目：“未剪去尾部的螺螄，螺螄肉很難‘吸’出，而剪去尾部的螺螄，則螺螄肉很容易‘吸’出，為什么？”學(xué)生常常很難準確解釋，此時可以用實驗使學(xué)生有直觀的體驗，從而幫助學(xué)生突破重難點。

案例2八年級上冊第二章第三節(jié)“大氣的壓強”氣壓差

模擬“吸螺螄”

取一個錐形瓶（模擬螺螄殼），內(nèi)盛滿紅色的水（模擬螺螄肉），瓶口緊塞雙孔橡皮塞，兩孔中各插入一根玻璃管，一根玻璃管用膠頭封閉，另一根玻璃管通過一段橡皮管與教學(xué)用簡易抽氣機（模擬吸螺螄）相連，保證所有連接處氣密性良好。

步驟1：膠頭封閉狀態(tài)下（即螺螄尾部未剪去時），開始抽氣，此時觀察橡皮管明顯變扁，說明管內(nèi)氣壓明顯變小，但紅色的水絲毫沒有被吸出。

步驟2：恢復(fù)原狀后，去掉膠頭（即螺螄尾部剪去時），開始抽氣，紅色的水隨即從抽氣機的噴嘴處噴出。

通過實驗說明螺螄肉不是被吸出的，而是被內(nèi)外氣壓差壓出來的。

在這個模擬實驗中，學(xué)生親自動手、親身體驗。實驗為學(xué)生的認知發(fā)展提供了直觀的事實依據(jù)，與他們的前概念產(chǎn)生了反差，增強了學(xué)生對知識的深度理解。因此在遇到難點或難題時，為何不讓學(xué)生親自動手做做呢？把單純的解說盡可能多地變成學(xué)生實驗，讓學(xué)生動手的機會多一些，使其手之所演、目之所視、耳之所聽、鼻之所嗅、心之所想融為一體。學(xué)生有了直觀的體驗，何愁學(xué)不通透！

三、通過改進實驗組織教學(xué) 提高學(xué)生思維嚴密性

朱熹說“學(xué)貴有疑，小疑則小進，大疑則大進”，波普說：“正是問題激發(fā)我們?nèi)W(xué)習(xí)，去發(fā)現(xiàn)知識，去實驗，去觀察。”而縝密、條理清晰的科學(xué)思維習(xí)慣，是提出問題、解決問題的關(guān)鍵，有助于提高學(xué)生的實驗?zāi)芰?。在實驗中，往往有一些客觀因素使實驗存在誤差，在實驗教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)大膽改進這部分實驗，對改進前后的實驗進行分析，從而提高學(xué)生思維的嚴密性。

案例3七年級上冊第四章第一節(jié)“物質(zhì)的構(gòu)成”分子間存在空隙

書中實驗：往一段封閉的細徑玻璃管內(nèi)注入近一半的清水，再沿內(nèi)管壁緩慢注入酒精，標出酒精上液面位置。用手指封住管口，將玻璃管反復(fù)顛倒幾次，使酒精和水充分混合。觀察混合后液面與所標液面的位置關(guān)系。

在玻璃管反復(fù)顛倒的過程中，少部分液體會殘留在大拇指上。當(dāng)看到混合后的液面低于混合前液面時，部分學(xué)生會提出會不會是殘留在手指上的液體使總體積減小的疑問，這個問題單從誤差講很難講清。為了減小因顛倒產(chǎn)生的誤差，筆者對此實驗做出如下改進。

改進實驗：取一段兩端開口的細徑玻璃管，底端封閉一個膠頭，向管中加入1體積的水，擠壓膠頭排盡空氣，再向里面加入1體積混有紅墨水的酒精，將橡皮筋調(diào)到與液面相平，擠壓膠頭，使它們充分混合，觀察混合后的體積變化。

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。我們在教學(xué)中要鼓勵學(xué)生基于自己的理解提出原生態(tài)的問題，敢于質(zhì)疑，勇于爭辯，把學(xué)生從固有的思維框架中解放出來，使學(xué)生敏捷地、主動靈活地、創(chuàng)造性地思維，有利于發(fā)展學(xué)生觀察、比較、歸納的能力，有助于提升學(xué)生學(xué)習(xí)的廣度和深度，有利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力的跨越性發(fā)展。

四、通過創(chuàng)新實驗組織教學(xué) 促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)

麥克斯韋說過：“實驗的教育價值常常與儀器的復(fù)雜性成反比，學(xué)生用自制儀器，即使老是出錯，也常常比人們用細心調(diào)整的儀器易于學(xué)到更多的東西?！?/p>

將書本中步驟明確的實驗改為學(xué)生自由設(shè)計的實驗，是提升學(xué)生創(chuàng)新思維的有效途徑，因此積極鼓勵與支持學(xué)生設(shè)計實驗，動手操作實驗對增強學(xué)生的綜合實踐能力、創(chuàng)新能力以及對科學(xué)本質(zhì)的理解具有十分重大的意義。

學(xué)生在自己設(shè)計實驗制作實驗儀器的過程中，必須要先理解實驗原理，然后還要進行反復(fù)改進實驗用具、操作實驗儀器、觀察實驗現(xiàn)象和分析實驗結(jié)果等活動，使自己的操作能力、觀察能力、思維能力都得到了鍛煉與加強。在這個過程中，為了得到理想的實驗結(jié)果，學(xué)生必須認真的觀察，又必須有合乎邏輯的思維指導(dǎo)。為了合理地動手操作，必須有這種科學(xué)思維的指導(dǎo)，而在科學(xué)思維指導(dǎo)下的熟練操作往往是創(chuàng)造能力得以產(chǎn)生的基礎(chǔ)。

案例4八年級上冊第二章第三節(jié)“大氣的壓強”自制抽水機

書中原型：離心式抽水機，利用營造的內(nèi)外氣壓差把水抽上來。

創(chuàng)新改進1：

取一根長30厘米，內(nèi)徑1厘米的兩端開口的直塑料管，上端用直徑為1.2厘米的玻璃珠蓋住開口，然后用棉紗布將玻璃珠包裹，再用橡皮筋捆綁，把紗布和玻璃珠一起固定在塑料管的上端。

然后，把塑料管的下端浸入水中，手持塑料管使其在水中快速地上下運動，很快在塑料管上端與玻璃珠交界處就會噴出水來。

原理：當(dāng)塑料管向下運動時，上方的玻璃珠因為慣性，會與塑料管的上口錯開一個口子，此時水進入塑料管，會將管內(nèi)的一部分空氣從上口擠出；當(dāng)塑料管向上運動時，玻璃珠因為重力，又會把上口封閉，管內(nèi)的水因為重力會下降一些，使此時管內(nèi)的氣壓變小，從而產(chǎn)生內(nèi)外氣壓差，把管內(nèi)剩余的水托??；當(dāng)塑料管再次向下運動時，玻璃珠因為慣性，又與塑料管的上口錯開一個口子，管內(nèi)的水也因為慣性留在原處，但相對于向下運動的塑料管則向上運動，從而把管內(nèi)的空氣又一次擠出，產(chǎn)生內(nèi)外更大的氣壓差，如此不斷往復(fù)，水位不斷上升，最終水從上口噴出。

創(chuàng)新改進2：

把玻璃珠、紗布、橡皮筋去掉，其他均同上，直接用大拇指控制塑料管上口的開閉。當(dāng)塑料管在水中向下運動時，大拇指把上口打開，當(dāng)塑料管向上運動時，大拇指把上口封閉，如此不斷往復(fù)，很快就把水“抽”上來。

這個創(chuàng)新實驗把“抽水機”“搬進”了課堂，非常簡易地演繹了“大氣壓和慣性”的科學(xué)本質(zhì)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，用自己制作的儀器在尖叫聲中愉悅地完成實驗、透悟科學(xué)的本質(zhì)，使他們的內(nèi)心升騰起無比的成就感和自豪感。學(xué)生在“動手中動腦”、在“動腦中提煉”，極大地促進了他們疑難問題的解決、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和綜合能力的提升。

總之，“實驗”是科學(xué)課改永恒的主題，實驗的改革有助于學(xué)生觀察能力、思維能力、創(chuàng)新能力和綜合分析能力的培養(yǎng)。實驗所起的作用和其地位非常重要。在缺少理解基礎(chǔ)的課本難點的銜接處“增設(shè)”一個恰當(dāng)?shù)膶嶒?，可起到“此時無聲勝有聲”的作用，其直觀和震撼的效果非語言所能及?！澳M實驗”盡可能做到真實地去“模擬”，可有效替代“真實情況下不能或不便完成”的實驗，使學(xué)生擁有“身臨其境”的感覺，認識自然會更深刻?！案倪M實驗”可以彌補原有實驗留下的一些不足，使實驗更加嚴謹、科學(xué)?！皠?chuàng)新實驗”完全調(diào)動了教師和學(xué)生主體的創(chuàng)造性，打破了思維的禁錮，實驗原理的指導(dǎo)僅僅是吊著風(fēng)箏的一根線，而教師和學(xué)生思維的風(fēng)箏可以盡情高飛，讓思維的火花盡情綻放，派生出許許多多的符合原理的新的創(chuàng)意和新的作品來。因此，加強實驗教學(xué)以及改進和創(chuàng)新實驗教學(xué)是提高教學(xué)水平和質(zhì)量必不可少的環(huán)節(jié)，同時也是我們每個科學(xué)教師在教育教學(xué)中都應(yīng)該不斷思考的問題。