在“成本減負”中解決初中科學疑難實驗的探索

陸普軍

實驗是進行科學研究最重要的方法，也是學習科學的重要方式。對一些實驗的改進與優化既可以實現課堂實驗的創新，又可以激活學生的探究熱情和學習興趣；不僅可彌補常規實驗的不足，又可以突破部分疑難實驗的困境；既可以改善科學實驗的品質，又可以豐實學生的思維品質，進一步提升課堂效益。成本偏高、實驗繁瑣是學生通過實驗進行自主探究的一大難題，教師切換實驗角度，從減少成本、精簡器材等角度入手，向以學生為中心的探究型轉變，以生活應用為中心的實用性轉變，以微型實驗設計為方向的簡約性方向轉變，積極幫助解決疑難實驗。

初中科學疑難實驗改進優化成本減負學生通過科學實驗可更好理解科學知識，學習科學技能，體驗科學過程與方法，提高其創新意識和自主探究能力，而成本偏高、實驗繁瑣是學生通過實驗進行自主探究的一個難點。要有效解決該問題，教師可以切換實驗角度，從減少成本、精簡器材等角度入手，向以學生為中心的探究型轉變，以生活應用為中心的實用性轉變，以微型實驗設計為方向的簡約性方向轉變，積極幫助疑難實驗的解決，實現目標的達成。

一、切入微型實驗，加強學生參與

著名教育家蘇霍姆林斯基說過：“人的心靈深處總有一種把自己當作發現者、研究者、探索者的固有需要”。因此，在科學教學中，重視微型實驗的資源價值，盡可能多地讓每一個學生利用微型實驗、親歷實驗的發生過程，從而獲取或鞏固科學知識，理解和掌握運用觀察和實驗手段處理問題的基本技能，是實驗教學中的一個重要環節。

疑難實驗例證：在探究光合作用需要光的實驗中，原實驗需要儀器有酒精燈、三腳架，燒杯（500mL）、燒杯（100 mL）、表面皿、膠頭滴管，藥品用量需要酒精50mL，用沸水開始加熱到完成實驗要15分鐘。

問題癥結：學生自主進行實驗資源不足，器材成本較大，藥品用量大，開展學生實驗產生酒精味太濃，且實驗效果受實驗時間較長制約。

實驗優化：采納微型實驗。即青霉素瓶（9.5mL）、載玻片、鑷子、青霉素瓶自制的小酒精燈、注射器，藥品用量只需要酒精1mL，完成實驗只需要2～3分鐘。

效果分析：實驗成本降低、簡單易行，時間短，效果明顯。

農村中學班級人數較多，學生實驗資源明顯不足，而微型實驗是科學探究性學習的有效資源，也是培養學生探究能力的有效手段。微型實驗有著常規實驗無法比擬的優勢，正如方金祥教授指出微型實驗具有十大特點：“體積小，時間省，反應快，效果好，操作易，很安全，動手多，趣味高，用藥少，污染低”等優勢。同時創新微型實驗的設計與推行，能使每一位學生都各自擁有一套實驗裝置，在實驗課程中，每位學生在教師配合多媒體講解及演示之后，便可親自動手做實驗，以觀察科學反應的現象與實驗的結果，并加以思考、推理及分析，以便能得到最合理的結論。課后學生亦可在家里再多做幾次實驗，使其印象更為深刻。這就是微型科學實驗的教育功能所在。

二、控制實驗污染，開發綠色實驗

初中科學實驗中的化學實驗，有很多有毒有害的化學物質產生，如

P2O5、CO、SO2等等。進行化學實驗時往往會產生一些有毒有害物質，經常會產生一定程度的污染。通過改變這些有毒有害物質的制取方法，并進行巧妙的實驗設計，就會使實驗無污染，且同樣能達到預想的實驗目的，實現實驗的綠色化。

疑難實驗例證1：空氣中氧氣含量的實驗，教材中利用紅磷燃燒不消耗集氣瓶中的氧氣，使集氣瓶中氣壓減少，引起燒杯中的水沿著導管進入集氣瓶，并約占集氣瓶容積的1/5。

問題癥結：實際操作中，常常由于裝置的氣密性、燃燒匙伸入集氣瓶的速度、導管內原來沒有水而冷卻后有殘留水等問題導致實驗誤差太大，并且白煙擴散到空氣中還會引起大氣污染。

實驗改進：往標記好刻度（容積分為五等分）的試管中放入一團白磷，用套有癟氣球的橡皮塞塞緊，浸入燒杯中的熱水里加熱，使白磷燃燒。待燃燒停止后，將試管放入水槽中的冷水中冷卻。待白煙基本散盡后，將試管倒立于水槽中，在水下取下橡皮塞，試管迅速冷卻。由于氣壓差，試管內的液面上升，約占原空間的1/5。改進后的實驗采用易燃的白磷代替紅磷，操作較原實驗更方便。利用氣球形成密閉系統，使整個反應都在密閉系統中進行，有效避免了原實驗方法中影響實驗成功的諸多因素，具有誤差更小、現象更明顯、試管冷卻快、無污染等優點。

疑難實驗例證2：教材中“白磷在熱水下面通氧氣燃燒”的趣味實驗。

問題癥結：該設計有三個弊端：①生成物污染大。②易燃物處理不好不安全。③向熱水下通氧氣時，水下白磷會到處“亂跑”。部分白磷會浮上水面燃燒，也有不安全隱患存在。

改進方法：①紅磷、白磷著火點比較：將吸干水的白磷、紅磷加入試管內，塞上橡皮塞、再將試管同時浸入熱水里，讓白磷在試管內安全的燃燒。紅磷不會燃燒。取出盛紅磷的試管留待下一班的學生做相同實驗。②白磷的燃燒需要氧氣的支持：在一試管內注入熱水，加入一小粒白磷，再把試管放入盛熱水的燒杯內。通入空氣，既可觀察到白磷在熱水下燃燒，又可控制白磷不致“亂跑”。

效果分析：減少了實驗污染，且實驗過程安全可控。

教師和學生都要樹立綠色化學理念，教師不僅要了解綠色化學的理論,而且要具備中學化學實驗綠色化的研究能力；要選擇無污染的化學物質進行化學實驗,設計科學合理的實驗裝置，做好實驗過程的控制和實驗后的處理工作，將整個化學實驗達到零污染或在現有條件下將實驗污染控制在最低限度，真正實現中學化學實驗的綠色化。

三、簡化繁瑣實驗，提高實驗成功率

實驗一般情況下要遵循系統性原則。實驗教學有其自身的規律，如對儀器的認識、使用是由簡到繁，實驗基本技能的訓練也是教師示范到學生模仿練習而逐步掌握的。學生的觀察能力、分析能力的培養也是循序漸進的。因此，實驗的設計上必須遵循實驗教學自身的規律和系統，要符合學生的認知規律和年齡特征，否則會適得其反。

疑難實驗例證：八年級《氧氣的性質》探究氧氣的化學性質中木炭的燃燒、硫的燃燒，學生一般能順利完成，但鐵絲在氧氣中燃燒的實驗，實驗雖然簡單，但學生則較難使現象明顯。

診斷分析：一是用酒精燈引燃火柴梗，火柴梗燃燒到什么程度學生很難控制火候，如果綁在細鐵絲上的火柴梗引燃后就伸入集氣瓶中，此時火柴梗將劇烈燃燒，集氣瓶內氧氣很快被用完，結果無法引燃細鐵絲。二是酒精燈距離集氣瓶太遠，當綁在細鐵絲上的火柴梗引燃將盡，離開酒精燈移至集氣瓶過程時間過長。此時火柴梗燃盡，細鐵絲溫度會明顯降低，不足以引燃細鐵絲在氧氣中的燃燒。（下三是集氣瓶體積偏小，細鐵絲用火柴梗引燃后剛燃燒，集氣瓶中氧氣耗盡而致使燃燒現象不清楚不明顯。對于八年級學生無法分析清楚原因所在，而且容易出現實驗失敗。按照課本上的方法學生要做好這個實驗的存在一定難度，因此要求老師在實驗課堂中做好充足的準備，不能為省時省力而匆忙一做了事，這樣往往導致實驗失敗，同時學生也失去了一次很好的探究機會。

實驗改進：改進后鐵絲在氧氣中燃燒現象明顯和清楚。主要表現在：①在實驗桌上其余器材和藥品相同的情況下，將50毫升的集氣瓶改為100毫升的集氣瓶，收集氣體時保留一層淺淺的水，并用蓋玻片蓋上；將1～2根細鐵絲綁在1根長大約15厘米的直徑約為2毫米的鐵絲上備用；②在教師講解實驗步驟時，提醒學生：酒精燈可以在右側，集氣瓶在左，兩者之間距離盡量小，這樣可以在更短的時間更方便地操作；③演示實驗時，讓細鐵絲的另一端螺旋狀綁在火柴梗上，點燃火柴后讓火柴燃燒掉3/4左右即可離開酒精燈迅速插入集氣瓶中，即可看到細鐵絲在氧氣中連續劇烈燃燒，火星四射，現象就會明顯得多。

效果分析：改進之后的實驗與原實驗方案相比其優點有：①器材更簡單，可以省去學生將細鐵絲綁在坩堝鉗上的過程，縮短了實驗準備時間，當然這里需要教師課前花更多的時間準備。②學生操作簡單，去掉了一些次要的且容易造成實驗現象不清楚乃至失敗的環節。③縮短實驗時間，較大地提高課堂教學效率。④本實驗改進的最成功之處就是提高了實驗成功率，實驗成功的關鍵在于提高鐵絲的溫度和保證充足的氧氣。

實驗的失敗也許在某些特殊的情況下，能給教師啟發學生思考，以尋找失敗根源的機會。但是，教學時間畢竟有限，所以教師不會常做可能失敗的實驗，因為這會影響到教學的效率，甚至影響學生形成正確的科學概念、規律。因此，如何研究改進實驗以提高某些重要實驗的成功率，是非常必要的，不僅有利于教學目標的達成，提高教學效率，更重要的是，成功的實驗有利于學生獲得深刻的體驗，啟發學生思考現象背后的科學原理，培養學生的探究能力。

四、感悟與反思

在初中科學實驗中，我們有時缺乏“實驗現象和書本結論不一致”時的應對策略，更有甚者會隨意糊弄應付完成，而不認真研究為什么會這樣。實驗要培養學生科學探究能力，體驗并養成科學思維方式，初步形成科學精神，從而幫助學生理解科學和社會的互動關系。面對疑難實驗，師生都應該不言放棄，在合理的限度內不斷去嘗試、探索，無論失敗還是成功，都應該重點關注學生科學探索精神的培育和塑造。

在初中科學“疑難實驗”中，教師必須更新教育教學理念，以前瞻的學科理論矯正認知誤區或思想偏差。認真解析“實驗瓶頸”，讓更多的疑難實驗在師生合作中突破，在分享中觸摸真知，培植學生思維品質和實踐能力。

疑難實驗問題解決離不開實驗手段的多樣性和實驗過程的多元化。教師應積極開發各種實驗資源，不斷豐富實驗手段，提升實驗過程的豐實性、貼切性、體驗性，引領學生叩擊實驗大門，觸摸實驗的樂章，有效提升“疑難實驗”的效率和深度，以達到從“教教材”到“用教材教”的轉變。

初中科學教學中對疑難實驗改進是教學的一種創新和突破。發揮實驗的優勢，多從學生的實際出發，利用一些簡單的實驗器材，設計出更具吸引力的實驗，讓實驗為學生創造更多的參與機會，增強他們的參與意識，使學生更主動地學習。“實驗疑難”活動的開展，給教師們提供一次交流實驗教學的平臺，在各種思維火花的碰撞下，使疑難實驗不再變得疑難。當然，疑難實驗的改進需要教師注意以下一些要求：一是“直觀”，讓學生能從演示實驗中直接觀察到實驗過程，認識實驗現象本質，避免拐彎抹角；二是“明顯”，實驗現象、實驗過程要顯著；三是“簡單”，演示器材盡量的少，結構盡量簡單，操作盡量簡便，不必過分追求儀器的精密、先進和結構的復雜；四是“可靠”，確保演示實驗一次成功。只要在科學教學中通過對實驗的不斷探究、改進和實踐，就能充分發揮實驗教學在科學教學中的重要作用，并能達到良好的教學效果。

參考文獻：

[1]徐仁靜.中學生物實驗創新教法[M].北京：學苑出版社，2005.

[2]楊淑萍.中學物理實驗教學的創新[J].教育理論與實踐，2005，（7）.

[3]馬永麗.談化學實驗的創新教學[J].中學化學，2006，（2）.

[4]高森.創新實驗教學，迎接新課程[J].中學教學研究，2005，（10）.