創(chuàng)新科學實驗 凸現(xiàn)科學本質(zhì)

科學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，實驗對激發(fā)學習興趣、理解科學知識、體驗過程與方法、培養(yǎng)能力、提升科學素養(yǎng)有十分重要的教育、教學功能.科學課程標準指出科學課程的基本理念是體現(xiàn)科學本質(zhì)[1].科學本質(zhì)包括四個緯度：科學是一個知識體系，科學是一套研究的方法，科學是一系列的思維方式，科學是一種價值取向[2].因此，實驗對體現(xiàn)科學本質(zhì)有重要的作用，教學中通過對實驗的改進、創(chuàng)新能更好地凸現(xiàn)科學本質(zhì).

一、科學是一個知識體系，創(chuàng)新實驗有利于建構(gòu)科學知識

實驗對建構(gòu)知識、理解知識有很重要的作用.很多科學概念或規(guī)律都是建立在實驗基礎(chǔ)上的，直觀、形象的實驗更有利于知識的建構(gòu).

教材中講到聲音是具有能量的，往往以教師講授為主，即使教師例舉生活實例：很大的聲音甚至能把玻璃窗震破，但是因為學生缺乏感性認識，可能還是感覺比較抽象.我們可以通過創(chuàng)新實驗讓學生眼見為實，不但確信聲音具有能量，而且能量是比較大的.如圖1，實驗中，在音箱喇叭前合適位置放置酒杯，酒杯內(nèi)放吸管，喇叭發(fā)出的低頻的聲音引起酒杯及其中的吸管振動，隨后產(chǎn)生共振，直至使酒杯破裂.從而讓學生根據(jù)實驗現(xiàn)象得出科學的結(jié)論：聲音具有能量.

真空不能傳聲是本節(jié)課的重點之一.華師大教材中的實驗名稱是“真空不能傳聲”，實驗是把一個發(fā)聲的音樂芯片放在密封的廣口瓶內(nèi)，比較抽氣前后聽到的音樂聲，然后在實驗的基礎(chǔ)上結(jié)合推理得出“真空不能傳聲”的結(jié)論. 因為廣口瓶完全密封難以保證，抽氣過程耗時費力，難以使瓶內(nèi)形成真空或接近真空的狀態(tài)，所以得到的實驗現(xiàn)象只是聲音變小了.因為音樂芯片在空氣中的聲音原本就比較輕，所以聲音變小的現(xiàn)象也不明顯.

改進實驗一：如圖2，在鐘罩內(nèi)放入電鈴，電鈴用交流電供電，使電鈴在空氣中有比較響亮的聲音；鐘罩用橡皮泥等進行嚴格的密閉；用大功率的抽氣機抽氣，使鐘罩內(nèi)形成真空或接近真空；為了能直觀顯示出鐘罩內(nèi)在抽氣，鐘罩內(nèi)放入小風扇和紅色飄帶，連接氣壓計.抽氣前，小風扇使紅色飄帶飄動，氣壓計顯示大氣壓.隨著抽氣的進行，空氣被抽走，飄帶逐漸停止飄動，氣壓計示數(shù)變小，鈴聲越來越小直至聽不到聲音.

改進實驗二：利用生活中的廢棄物改進實驗.實驗器材包括一支連接有一小段帶輸液閥門的輸液管的注射器甲，一支用于抽氣的注射器乙，小鬧鐘發(fā)生器，細漆包線等.將細漆包線連接鬧鐘電路和發(fā)生器，把發(fā)生器置于注射器甲內(nèi)，用502膠及凡士林使注射器密封.如圖3，接通電路，使發(fā)聲器發(fā)聲，把注射器甲的活塞推到底，用注射器乙抽取剩下的空氣，再將注射器甲的活塞拉至頂端，使里面的密閉空間形成接近真空的狀態(tài)，讓發(fā)生器懸空放置，就聽不到聲音.

通過實驗的改進，都較好地達到了“真空不能傳聲”的效果，實驗現(xiàn)象直觀，更有說服力，學生印象深刻，不容易忘記，實驗結(jié)論不言而喻，有利于直接建構(gòu)科學概念.

二、 科學是一套研究的方法，創(chuàng)新實驗有利于授予科學方法

科學實驗教學中往往蘊涵著科學方法，科學方法能使實驗更直觀、更科學.從科學實驗中學習科學方法，是理解科學內(nèi)涵，領(lǐng)會科學精神，提高科學素養(yǎng)的重要途徑.因此在創(chuàng)新實驗中更要體現(xiàn)科學方法，讓學生在實驗中學習科學方法.

“物體振動發(fā)出聲音”是本節(jié)課的重點，教材中通過音叉實驗得出這個結(jié)論.尤其是用乒乓球來顯示音叉的振動，但是本實驗往往會出現(xiàn)球的振動與音叉振動不合拍的現(xiàn)象，實驗效果不理想.為了使實驗現(xiàn)象更明顯，我們對實驗進行了改進.

改進實驗一：“跳舞的乒乓球”實驗.我們用電源、喇叭、乒乓球等實驗.如圖4，喇叭上放乒乓球，接通喇叭電源，喇叭發(fā)聲，喇叭上的乒乓球不斷跳動；切斷電源，發(fā)聲停止，乒乓球的跳動戛然而止.

改進實驗二：“跳動的光斑”實驗.我們用電源、喇叭、小平面鏡、激光筆等實驗.如圖5，把喇叭用支架固定，在喇叭上粘上一塊小的平面鏡，固定的激光筆射出的光經(jīng)平面鏡反射到對面的墻上，形成光點.接通喇叭的電源，喇叭發(fā)出聲音，墻上的光點不停跳動形成美麗的圖形；切斷電源，發(fā)聲停止，光點跳動也隨即停止.

通過實驗改進，實驗趣味性強，實驗現(xiàn)象明顯，實驗成功率高.實驗中不但滲透了“微小放大法”，乒乓球和光點起到了微小放大的作用，能夠把微小的振動進行放大；而且實驗中運用了“對比法”，發(fā)聲和不發(fā)聲是為了對比，通過對比的方法，使實驗結(jié)論更科學.

三、科學是一系列的思維方式，創(chuàng)新實驗有利于培養(yǎng)科學思維

物理學家勞厄曾說：“重要的不是獲得知識，而是發(fā)展思維.”課堂教學不能僅僅注重活動形式，更要重視實驗中學生思維方式和能力的培養(yǎng).

“物體振動產(chǎn)生聲音”可以采用實驗探究的教學方法.教師提供給學生鋼尺，橡皮筋，三角鐵，鼓，鑼，小提琴等器材，讓學生利用這些器材發(fā)出聲音創(chuàng)設(shè)生活情境，學生猜想：聲音可能是敲打、碰撞、摩擦、彈撥產(chǎn)生的，從而暴露學生在生活經(jīng)驗中的前概念或淺表的認識.此時教師提出矛盾的情境、激發(fā)認知沖突：為什么鑼鼓敲打停止以后，聲音不是馬上消失呢？并引導(dǎo)學生：這些發(fā)聲物體的共同特征是什么呢？從而啟發(fā)學生摒棄事物的非本質(zhì)特征，抽象出事物的本質(zhì)特征：產(chǎn)生聲音的物體都在振動.接著，教師引導(dǎo)學生設(shè)計實驗證明物體產(chǎn)生聲音與不產(chǎn)生聲音時的區(qū)別，從而得出科學的結(jié)論：物體產(chǎn)生聲音的原因是物體振動.實驗探究教學中，教師遵循學生的思維規(guī)律，引導(dǎo)學生透過事物的表面現(xiàn)象尋找事物的本質(zhì)，培養(yǎng)學生抽象、概括的能力，促進學生思維的深刻性.

在實驗探究中教師引導(dǎo)學生設(shè)計實驗方案，更有利于培養(yǎng)學生的思維.“真空不能傳聲”“聲音在固體、液體中傳播”教學中教師都可以讓學生設(shè)計實驗方案.實驗方案的設(shè)計是一個開放的問題，方案有很多種，并非唯一的答案，有利于培養(yǎng)學生的發(fā)散思維.學生的方案往往是不完善，教師要組織學生進一步探討并共同完善實驗設(shè)計方案.這些方案中，哪些方案需要改進，如何改進，有沒有最優(yōu)化的實驗方案，這就需要學生的批判性思維和聚合思維了.在課堂活動中，學生的思維一張一弛，發(fā)散思維和聚合思維交替運用，思維能力得到有效的培養(yǎng).

四、科學是一種價值取向，創(chuàng)新實驗有利于培養(yǎng)科學精神

創(chuàng)新實驗不但有利于建構(gòu)知識，體現(xiàn)過程和方法，還能激發(fā)學生的學習興趣、求知欲和探索精神，培養(yǎng)學生實事求是、嚴謹細致的科學精神和態(tài)度.

創(chuàng)新實驗?zāi)芗ぐl(fā)學生學習興趣和探索精神.在學習“聲音是由聲波形式傳播”時，教師增加演示實驗，如圖6，在喇叭前排列一些點燃的蠟燭，隨著喇叭的發(fā)聲，燭焰會有規(guī)律地跳舞，學生被這個現(xiàn)象吸引，學習積極性很高，從而產(chǎn)生強烈的探索欲望：聲音在空氣中是怎么樣傳播的呢？

創(chuàng)新實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學生嚴謹細致的態(tài)度.教師對實驗細節(jié)進行了創(chuàng)新，教師往往用打土電話實驗說明固體能傳聲，我們對實驗細節(jié)進行改進：在控制其他條件不改變的情況下，比較連接土電話的繩子剪斷前后聽到聲音的清晰程度，說明固體能傳聲.在聽“機械秒表的聲音”實驗中，兩次聽要求同一張桌子，保持耳朵與秒表的距離相同，在較好地控制一些變量的前提下得出科學結(jié)論，培養(yǎng)了學生在科學研究中嚴謹、細致的科學態(tài)度.

總之，在教學中，教師堅持以學生發(fā)展為本的理念，精心設(shè)計教學，靈活實施課堂教學.特別是對科學實驗進行創(chuàng)新，依托創(chuàng)新的實驗，引導(dǎo)學生思考、探究、討論，建構(gòu)知識.學生在創(chuàng)新實驗的探索中興趣盎然，充分地動腦、動手、動口，經(jīng)歷知識的形成過程，掌握了科學的方法，培養(yǎng)了各種能力，提升了科學素養(yǎng)，真正地凸現(xiàn)了學科特性和科學本質(zhì).

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.全國制義務(wù)教育科學（7～9年級）課程標準實驗稿[M]. 北京：北京師范大學出版社，2001：7

[2] 張紅霞.科學究竟是什么[M]. 北京：教育科學出版社，2003：12