優化科學實驗教學設計，提高初中科學教學效率

摘 要：科學是一門以實驗為基礎的學科，在教學中創設以實驗為主的科學探究活動，有助于激發學生對科學的興趣，引導學生在觀察實驗和交流討論中學習科學知識，有助于提高學生的科學探究能力。但是，目前很多教師很少讓學生動手做實驗，即使做完實驗，也沒有及時總結，結果實驗后什么印象也沒留下。那么，如何克服這種“費力不討好”的做法，它首先需要設計好科學實驗教學。

關鍵詞：初中科學；科學實驗；設計；原則；實驗反思

《義務教育科學課程標準》（2011版）中指出：科學是一門以實驗為基礎的學科，在教學中創設以實驗為主的科學探究活動，有

助于激發學生對科學的興趣，引導學生在觀察實驗和交流討論中學習科學知識，提高學生的科學探究能力。但是，目前很多教師在教學中很少讓學生動手做實驗，或者以教師自己做實驗代替學生的實驗，甚至有的教師認為“做實驗不如講實驗，講實驗不如背實驗”，做實驗起不到什么教學效果。有的學生做實驗也很少進行思考，只是按照老師講的，按部就班地按照實驗步驟完成，實驗的過程中也不曾進行思考和探究，做完實驗后什么印象也沒留下。那么，如何克服這種“費力不討好”的做法呢？本人根據自己多年的教學實踐經驗，從科學實驗設計的重要性、科學實驗設計的原則、實驗的反思等方面進行闡述。

一、科學實驗教學設計的重要性

科學實驗設計是指實驗者在進行科學實驗之前，根據本次實驗目的、要求，在教學理論的指導下，對科學實驗的目標進行分解、對實驗內容進行改進與組合、對實驗過程進行優化、對實驗效果進行評價的過程。實驗設計的優劣，是否科學，對學生的知識能力的培養、科學觀的養成教育影響是巨大的。

1.科學實驗設計科學有效，能夠優化實驗教學，提高教學效率

科學實驗設計是聯系科學理論教學和科學實驗的中間橋梁。教材中的有些實驗在設計上有些不足，有些實驗太復雜不易操作，還有的實驗效果不是很好。我們的教師則可以通過優化實驗教學設計，避免這些實驗的弊端，改進實驗教學，從而更好地發揮實驗的探究功能及其教育功能。例如，氫氣的實驗室制法的實驗教學，當老師拿出啟普發生器的時候，很多學生看不懂儀器，如果老師先準備一支試管，放入鋅粒和稀硫酸，學生很快就會反應到要產生氫氣，這時候老師引導學生說要收集氫氣，應該怎么處理？許多學生會回答用一個單孔橡皮塞和一只導氣管連接，可是如果我們想添加藥品應該怎么做呢？這時會有學生提出單孔橡皮塞改為雙孔橡皮塞，同時添加長頸漏斗，接下去很自然地就聯想到如果反應得太快或者我們想控制反應的速率怎么辦呢？老師可以在這里引導學生增加一個分液漏斗，現在這個裝置的原理和啟普發生器就相似，學生也很有成就感。因此，通過實驗教學設計，教師通過設置一些引導性問題引發學生的探究欲望、解決問題的意識，就會大大提高學生的學習興趣和熱情，進而推動學生熱愛科學，喜

歡學習科學知識。在教學中，學生的積極性被充分調動起來，學生能夠主動參與實驗教學，不僅能學到科學知識，而且通過自己親身體驗，印象深刻，經久不忘，就會大大提高科學教學效率。

2.科學實驗設計能夠培養并提高學生的探究能力和創新意識

課前進行合理的科學實驗教學設計，能夠充分利用實驗資

源，讓學生有目的地進行實驗，從而培養學生的實際動手操作能力、科學探究能力、創新意識，也能培養學生的交流合作能力?？茖W實驗教學中只有重視了實驗設計，才能使我們的實驗教學從應試教學向著提高學生自由科學發展、自主科學探究能力方向發展。

重視實驗教學設計，才能讓所有的學生都能深入進行實驗探究，

從而形成良好的實驗探究習慣，進而形成科學素養，也就是我們教育的終極目標。

二、科學實驗教學設計的原則

1.科學實驗教學設計的目的性

做任何一件事情，要有的放矢，才能更好地完成任務。設計任何一個科學實驗教學，都要有它的目的性，我做這個實驗要達到什么樣的目的？是讓學生掌握科學知識，還是要學生掌握實驗操作技能，還是要學生學會記錄數據、分析數據，還是讓學生學會評價實驗結果等等。這些都是教師在設計科學實驗時首要考慮的問題。在設計實驗教學目的時，不但要設計整個實驗的目的，也要設計每一步驟實驗所要達到的目的。在實驗教學前，一定要設計好問題，讓學生帶著問題去實驗，這樣學生實驗時就有目的性，實驗中就會注意觀察實驗現象，從而達到科學高效的實驗目的。

例如，蛋白質燃燒實驗教學，在做這個實驗之前，教師可以提出這樣一些問題：在實驗中你能聞到什么氣味？看到什么顏色的煙？還有，例如，《二氧化碳制取》的整個實驗教學，實驗設計目標為：知識與技能：（1）了解實驗室中制取CO2的反應原理；（2）探究制取CO2的實驗裝置。過程與方法：初步學會科學探究的過程和方法，能初步進行科學探究活動。情感態度與價值觀：培養學生對科學的興趣，培養合作能力。

2.科學實驗教學設計的計劃性

大到每一個學年、每一個學期、每一個章節，小到每一個科學實驗教學，都要有計劃性。在每學期的開始，教師要系統性地對教材的所有實驗進行研究，明確哪些是演示實驗，哪些是分組實驗？這些實驗大概什么時間要完成？這些實驗的順序能否進行優化、合理配置等等，要有個統籌安排。對每一個實驗教學，都要認真、仔細地對該實驗進行詳細的實驗設計，如，設計什么樣的問題來培養學生的探究能力？這個實驗要怎樣設計，才能有效訓練學生的實驗操作能力？什么情況下能夠讓學生更有效地觀察實驗現象？實驗過程中可能會出現什么意外情況？我們可以設計哪些預備措施等等。

3.科學實驗教學設計的探究性

科學實驗具有科學的探究性，對于激發學生的求知欲望、提

高學生的學習興趣和促進學生學習的積極性都是有效的措施。因而，我們科學教師在進行實驗教學設計時，要有意識地多設計一些探究性實驗，多把驗證性實驗改成探究性實驗，以培養學生的探究能力。

例如，《二氧化碳性質》這一課，若是教師在實驗前，先將二氧化碳性質講解完了，再讓學生去做實驗，學生就會對實驗出現的現象失去新奇感，學習的積極性就不是很高，也就很難收到很好的教學效果。然而，把這一課設計成探究二氧化碳性質，讓學生在實驗的過程中，去收集和觀察實驗的現象，然后和老師、同學之間進行討論、爭論，效果就會大大地提高。筆者在教學中曾經采取如下的設計：

問：“我們上節課制備了二氧化碳，我們是如何收集它的？為什么進行這樣的操作呢？我們人類呼吸，每次吸入氧氣，呼出二氧化碳，那么大家總結一下二氧化碳有哪些物理性質（如顏色、氣

味、狀態、密度）。”學生能夠很容易地總結出來，然后再展示一瓶二氧化碳氣體，讓學生進一步驗證。

分組實驗：在裝有二氧化碳氣體的飲料瓶里加入體積的

水，擰緊瓶蓋。過一會兒，學生都驚奇地叫著：“癟了，癟了！”

問：“瓶子為什么癟了？”

學生討論也能很快得出結論，二氧化碳溶于水，瓶內壓強減小，瓶子變癟了。

分組實驗：把飲料瓶里的液體取出一些放在試管里，滴加幾滴石蕊試液。

問：“你看到了什么現象？為什么呢？是什么物質使紫色石蕊試液變紅的呢？”

此時，學生的好奇心被充分地調動起來，積極討論，情緒高昂，氣氛熱烈，學生的思維高度活躍，很多學生都能夠很順利地

提出自己的假設。使紫色石蕊變紅的物質是：（1）水；（2）二氧化碳；（3）水和二氧化碳反應生成的產物。

問：“那么，我們如何驗證是哪一種物質使紫色石蕊變紅的呢？”

學生紛紛參與討論，積極給出驗證方案。再讓學生分組進行驗證實驗，從而得出最終結論：二氧化碳和水反應生成碳酸，碳酸使石蕊試液變紅。方程式：H2O+CO2=H2CO3。

再如，在做二氧化碳通入澄清石灰水的實驗時，可以先將班級中的學生分成幾個不同的小組，讓各組的學生實驗后，交流實驗現象，大多數組的學生都報告了二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁這一性質。這時，教師繼續追問：“有沒有其他的發現？”這時會有學生提出：“二氧化碳通入澄清石灰水中，先是變渾濁了，可過一會兒，又變澄清了?！边@時教師繼續再追問：“那這是為什么呢？”此時學生就會大膽假設：“可能又生成了新的可溶解的物質?！边@樣的不斷追問，不斷刺激學生的思維，使學生思維活躍，積極參與到課堂中來，不但提高了課堂教學效率，還培養了學生的創新意識、探究能力。

通過這樣的實驗教學設計，學生對未知的實驗現象有了懸

念，有了新奇感，學生的學習情緒被充分調動起來，思維處于高度興奮狀態，能夠根據實驗現象“提出假設—驗證假設—得出結論”，學生不僅學到了科學知識，也初步學會了探究的過程和方法，培

養了探究能力和創新意識。同時，學生也會慢慢喜歡上科學學習。

4.科學實驗教學設計的示范性

對每個實驗教學都要課前精心設計好，做好充分準備，使每個實驗都具有一定的示范性，讓學生對實驗操作（如液體的滴加、液體的倒入、固體的取放、試管的使用等）、實驗設計、探究過程、實驗結果評價等有個整體的了解和把握，從而在以后類似的實驗中能遷移應用，舉一反三。

另外，老師的每一個操作都是示范，教師在整個實驗中都起到一個示范的作用，因而，課前，教師一定要把整個實驗完整地做一遍，從而做到對實驗程序、實驗現象、實驗效果、實驗預設性問題等有個整體的把握，不至于上課出現紕漏。“強將手下無弱兵”，老師良好的實驗習慣、嚴謹的科學態度、求實的科學精神會潛移默化地深深影響學生，因而，教師要做好示范性的實驗教學，以培養學生的良好的實驗操作能力和嚴謹求實的科學態度。

5.綠色化

我們在教學中要引導學生關注環境問題，把可持續發展的觀念灌輸給學生，讓學生養成保護環境的習慣，所以我們的實驗教學設計要注意綠色化，少使用有毒的反應物，減少有毒物質的產生，消除污染。

如，《燃燒的條件》，教材中的實驗如圖1，有兩個弊端：（1）污染大。五氧化二磷刺激眼、粘膜、皮膚和呼吸系統，并腐蝕皮膚，還會與空氣中的水蒸氣反應生成偏磷酸，有劇毒，污染環境，危害健康。（2）不安全。做實驗時不容易將白磷上的水完全吸干；鑷子上沾有的水，不注意吸干，再用鑷子取濾紙上的白磷，白磷上重又沾上水，白磷燃燒時，其表面的水會暴沸。

筆者在教學中重新設計了實驗避免了污染，實現了實驗的綠色化。如圖2：

兩個金屬瓶蓋中各放一些白磷（濾紙吸去表面上的水）、紅

磷，并放于培養皿中，再倒扣一個大燒杯，將紅磷、白磷罩在其內，向培養皿內倒入60 ℃熱水至燒杯邊緣被浸沒，兩金屬瓶蓋漂浮。

大約半分鐘后，白磷著火燃燒，產生大量白煙，紅磷沒有燃燒。1分鐘后白煙消失，產生的有毒有害的五氧化二磷與燒杯中的熱水反應生成磷酸，實驗后可以向培養皿中加入氫氧化鈉溶液中和磷

酸。整個實驗過程中有毒的五氧化二磷沒有擴散到外界，保護了環境，達到了綠色化，培養了學生的環保意識。

當然，對于危險性比較大的實驗，在具體的教學中可以使用實驗視頻，或者Flash動畫課件來演示，比如一氧化碳還原氧化銅實驗。但要注意在播放課件前最好設計好相關的問題，讓學生能帶著疑問觀看，把問題設計好，實現科學實驗教學的最優化。

三、實驗教學設計要重視實驗反思

在科學教學中，我們教師要重視培養學生實驗后的反思環節，

因為實驗教學后的反思具有如下幾個教育價值：

1.情感、態度、價值觀方面

如培養實事求是的態度；良好的反饋信息、謹慎、細心的習慣；激發求知欲和好奇心；能進行正確的自我反思性評價。

2.常規思維能力方面

如可以提高實驗學習中的歸納、猜想和推理能力；構建理性思維體系。

3.實驗創新能力方面

可以提升提出問題和質疑能力、實踐的能力；發現數學規律的能力；將不同領域的知識進行有效連結的能力。

實驗反思是對實驗過程所涉及相關知識的一種深化以及對實驗技能和能力的升華。在實驗教學設計中，教師要根據所做實驗的具體內容，精心設計好相關引導問題，讓學生在實驗中帶著問題去探索，去實驗，在實驗中思考，在思考中進行實驗，從而使實驗教學優化。它克服了很多實驗課的通病——實驗課學生興趣很高，很熱鬧，但熱鬧過后什么印象也沒留下，不討論的冷冷清清的現象——實驗是費事地準備了，也做了，效果卻是“吃力不討好”現象。在實驗教學中要進行實驗結果的交流與討論，學生間互相探究實驗結果，給學生足夠的時間去反思，互相探討，互相汲取經驗，總結教訓，繼而能夠發現新的問題，解決問題，從而獲得新知識。平時，要多關注學生的學習反思，通過多種途徑培養學生反思的習慣，這樣既可牢固地掌握基礎知識，又能促進知識的有效遷移，同化和深化對問題的理解，又可提高實驗成功的有效率。

總之，若是我們能夠堅持做到每次科學實驗都能精心設計，

每次實驗后都能進行精心的總結和反思，則我們學生的實驗能力、

科學探究能力必能大大提高，科學探究意識也必將愈加強烈，那

么我們的學生必將是具有科學素養的人才。

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（作者單位 浙江省杭州景芳中學）