初中科學實驗教學“三化”策略例析

周 建 秋

(瑞安市塘下鎮羅鳳中學，浙江 瑞安 325204)

學科教學

初中科學實驗教學“三化”策略例析

周 建 秋

(瑞安市塘下鎮羅鳳中學，浙江 瑞安 325204)

實驗是初中科學教學的重要內容。在教學實踐中，教師應積極地探索實驗教學的有效策略，強化實驗，真做實驗，做真實驗，巧做實驗；優化實驗教學的各環節，包括實驗教學目標、實驗設計、實驗操作、實驗分析等；開展“數字化”信息技術在實驗教學中的應用活動，凸顯實驗的功效，以提高科學實驗教學的有效性。

初中科學；實驗教學；中學；強化；優化；數字化

初中科學是一門以實驗為基礎的綜合性學科。在科學教材中出現大量的實驗，但由于個別學校條件有限，儀器設備配備不完全，“硬件建設”薄弱，同時教師對實驗教學目標的定位不合理，實驗設計、實驗操作、實驗分析不合理、不科學，“軟件設計”跟不上，一定程度上影響了實驗的教學效果。因此，在科學教學中，教師應積極地探索實驗教學的有效策略，凸顯實驗的功效，這對提高科學實驗教學的有效性具有重要的意義。

一、強化實驗

1.真做實驗——真實性

追求科學實驗的真實性是科學教學的基本要求，如果實驗失去了真實性，也就失去了實驗教學的真正意義。例如，在熔化與凝固實驗教學中，實驗裝置比較復雜，海波固體的熔化實驗難度比較大，實驗需要時間比較長，因此有的教師認為這個實驗很難成功，還不如不做實驗，直接告訴學生答案；有些教師在課堂中干脆不做這個實驗，而改用多媒體課件動畫模擬實驗來進行教學，雖然這樣做的現象明顯，省時又省力，但是無法讓學生感到實驗事實的真實性。其實只要教師稍稍一動腦，就可以有良好的實驗效果。由于海波是熱的不良導體，把原料海波晶體研成粉末狀，以保證系統盡量接近平衡過程狀態，變化過程為準靜態過程。為了控制水溫升高的速度，在水中要插一根溫度計，將水溫升速控制在每分鐘升高1℃，海波與水的溫差控制在5℃。為了使海波的熔化過程較長，而又不占太多的教學時間，海波的用量取15 g左右為宜。為了縮短實驗時間，燒杯中的水不能用冷水，而選用48℃的熱水為好。通過這樣的設計和改進，海波的熔化實驗能科學真實地呈現出來，而不再用多媒體技術在屏幕上做實驗“以假亂真”，也不用在黑板上畫實驗“以假代真”。

2.做真實驗——科學性

追求實驗的科學性是實驗教學的基本保證，如果科學實驗失去了科學性，那么實驗也就變成一種欺騙學生的幌子，失去了存在的意義。例如，在關于堿的個性實驗教學時，如果按照教材的實驗設計，在兩支試管中分別加入3 mL 碳酸鈉溶液和氯化鐵溶液，然后滴加氫氧化鈣溶液，觀察實驗現象。實驗結果事與愿違，沒有預期的結果。如果調整實驗步驟，就將出現明顯的現象：(1)先在兩支試管中各加入5 mL 的氫氧化鈣溶液；(2)分別往兩支試管中滴入碳酸鈉溶液和氯化鐵溶液，觀察有什么變化發生？實驗結果分別出現了預期的現象——白色沉淀和紅褐色絮狀沉淀。氫氧化鈣在常溫下是微溶的(20℃時溶解度為0.165 g)，即使是飽和的氫氧化鈣溶液，僅取數滴，里面的溶質當然微乎其微，何況準備的石灰水可能還不是飽和的，現象自然不明顯。在相同的條件下，氫氧化鈣溶液的密度小于碳酸鈉溶液和氯化鐵溶液的密度，氫氧化鈣會漂浮在碳酸鈉溶液和氯化鐵溶液的上面，不能充分地接觸。如果先在試管中加入過飽和氫氧化鈣溶液(即底部有殘留的熟石灰)，隨著反應的進行，底部未溶解的氫氧化鈣又溶解了，反應繼續進行，則實驗現象則更明顯。

3.巧做實驗——生活化

《學記》中有“約而達，微而減”“能博喻然后能為師”的論述。麥克斯韋說過：“一項演示實驗使用的材料越簡單，學生就越熟悉，就越想徹底地獲得所驗證的結果，這種實驗的教育價值往往與儀器復雜程度成反比。”[1]這些思想啟發著我們，實驗教學應該在教師的智慧引領下，由繁到簡，由博到約，從冗繁走向凝練，從狹隘走向廣闊，從膚淺走向深邃。科學學科的特點應該是貼近學生生活，但教材中的個別實驗是再現科學家經典的實驗，給學生造成錯覺——科學離我們很遙遠。因此，有必要讓實驗貼近學生生活實際，讓科學與生活緊密地聯系在一起，凸現科學生活化的特點。例如，在估測“大氣壓有多大”時，對于馬德堡半球實驗我們可以進行這樣的簡化：取兩個生活中常見的塑料吸盤掛鉤，將這兩個吸盤扣住，擠出里面的氣體，然后讓一個學生用雙手拉兩邊的掛鉤，感受手的用力情況。

二、優化實驗教學的環節

1.優化實驗教學目標

實驗是聯系知識結構、思維方法、科學態度、精神于一體的重要載體，實驗中蘊含著豐富的思想與方法和人文教育價值，教師應挖掘實驗設計思想，讓學生充分地體會實驗設計的思想與方法，領略科學家的智慧和勇氣以及對科學真理的不懈追求。[2]例如，在“磁生電”的實驗教學設計時，教師不僅讓學生知道電磁感應現象、電磁感應的條件、感應電流的方向與大小的知識目標，猜想假設、實驗探究的科學探究方法，而且要讓學生體會電磁統一、世界多樣統一的科學觀念，學習法拉第鍥而不舍、十年磨一劍的科學精神。

2.優化實驗的設計

教師在進行實驗設計時，心中要做到有“三問”：該實驗應該怎樣做？為什么這樣做？還可以怎樣做？知其然，知其所以然，知其所盡然。例如，在“電動機”一節的實驗教學中，為了認識電動機的結構與特點，傳統的教學就是按照書本上電動機實驗在講臺上邊講邊演示，然后得出電動機的結構與特點。而學生在下面觀看教師的“表演”，順著教師的思維機械地接受教師得出的結論，雖然能記住結論，但因為沒有經過積極主動地思考，只是被動地接受，機械地記住，所以教學效果不好。為了激發學生興趣，培養學生自主探究能力，優化實驗教學設計，教師可先以事實說話，讓學生觀察線圈形狀導線通電在磁場中轉動起來，看到線圈轉動后兩根電源線纏繞在一起。接著引導學生如何改進電源線纏繞的問題，讓學生思考討論，再出示學生設計的方法，然后評價、甄別。最后展示電動機連續轉動的模型，讓學生體會電動機能連續轉動的奧秘。教師通過這樣有效的問題設計，步步深入，環環緊扣，探索電動機通電線圈在磁場中連續不斷轉動演變過程，為學生創設一種探究的情景，引導他們去觀察、討論、改進，認識電動機的結構與特點，體驗探究的過程。

3.優化實驗的操作

教材提供的實驗如果存在操作難度高，教師經常會用播放多媒體、講解等方式替代實驗，學生不但興趣不高，而且對實驗的真實性也會存在懷疑。例如，在“動物的呼吸”實驗中，教材要求的實驗昆蟲不容易找到；用試管做實驗時，鐵絲網和包有堿石灰的紗布放進、取出等操作比較困難；紅色的水滴固定在玻璃管上的位置不易控制，在外界溫度比體溫低的情況下，手接觸試管，會使紅墨水移動，影響實驗效果。教師可以改進實驗操作，在兩個吸濾瓶內放盛有等量氫氧化鈉溶液的小試管，分別放入活的和已死的小龍蝦、螺絲等動物，密封容器，再用U形管和橡皮管把兩個吸濾瓶連接，幾分鐘后，觀察U形管液面的變化。優點是實驗取材容易，可以選擇各種小動物，能避免昆蟲翅的振動，省去鐵絲網。用液壓計中的U型管代替玻璃管，不僅操作方便，而且液面變化明顯，便于觀察。

4.優化實驗的分析

以實驗為基礎、以思維為中心是科學教學的一個重要特色。物理學家密立根說過：“科學是用理論和實驗這兩只腳前進的。有時是這只腳先邁出一步，有時是另一只腳先邁出一步，但是前進要靠兩只腳……”[3]科學實驗教學，同樣離不開實驗觀察和理性思維這兩只腳。例如，在驗證光合作用產生淀粉實驗中，如果將科學探究的實驗方案設計、實驗現象記錄、實驗結論得出三環節一起拋給學生，讓學生通過小組討論，將這三個環節一起完成并加以表述，學生可能手忙腳亂，不知所措；如果把實驗方案直接告訴學生，讓學生照方抓藥地實驗，學生可能只知道動手實驗，而不能思考、分析；如果教師先設計探究任務：葉片為什么要用酒精脫色？為什么要水浴加熱？將天竺葵進行暗處理的目的是什么？讓學生邊做實驗邊思考回答問題，那么效果就大不相同。通過優化實驗的分析，以實驗為載體，以問題為核心，觀察與思維同步并進，從本質上認識實驗設計的思想，理解驗證光合作用產生淀粉的原理。

三、“數字化”實驗

隨著數字化信息技術的飛速發展，把傳感器等用于課堂實驗，使定性實驗變為定量實驗，實驗數據由點的測量變為全過程的顯示，主動以圖像顯示規律，拓寬了實驗教學的全新視野。[4]

例如，教材中“植物的蒸騰”的實驗使用了水銀。水銀不但有毒，并且密度很大，顏色不明顯，所以液面上升根本看不清。通過調查，絕大多數的學校在教學這部分內容時不做這個實驗，即使按教材上做了這個實驗，現象也不明顯，學生缺少感性認識，老師的講解沒有說服力，增加學生記憶的負擔。現在借助數字化信息系統測定蒸騰過程的氣壓發生變化，從定量的角度證明植物確實發生蒸騰，并能測出蒸騰的快慢。首先，選取植物枝條一枝，選用玉蘭花的葉(根據U型管口大小選擇玉蘭花的葉柄粗細)；其次，將U型壓強器灌滿水，把玉蘭花的葉柄折去部分，留有葉片的葉柄直接插入U型管的漏斗型的一端，直到密封管口；第三，將U型管的另一端通過橡皮管與壓強傳感器相連；第四，將壓強傳感器與采集器相連，采集器與電腦相連；第五，打開壓強傳感器，打開相應的實驗模板，單擊“開始采集”選項，采集壓強數據，此時壓強值是周圍的大氣壓，單擊“記錄數據”選項，電腦自動把數據記在表格中第一個空格中；第六，單擊“結束”，再單擊“開始采集”，10 min后這樣重復，這個階段的氣壓變化顯示出來。利用植物枝條的吸水多少顯示葉片的蒸騰量，枝條在U型管內，U型管內的液面下降，通過導管與傳感器相連，氣壓減少，就把氣壓值顯示出來，數據能最形象地說明蒸騰的存在；并可以測出同一種植物在不同時間的蒸騰情況。這個裝置還可以24 h對植物蒸騰快慢進行記錄，不需要測量者每時每刻守在植物前，能有效減少工作量。傳感器應用于教育實踐，實現了集數據采集與分析一體化的數字化實驗系統目標，該技術的應用扭轉了傳統實驗教學以定性實驗為主的現狀，簡化了定量實驗煩瑣的操作步驟，實現了數據處理的微機化，成為學生獲得定量操作的簡便途徑。

實驗是學好科學的基本方法，但教材提供的實驗不一定都適合我們的學生學習，因此，在教學過程中，教師應充分利用學生已有的知識、生活經驗，利用學生熟悉的器材進行實驗設計，強化、優化、數字化實驗，使實驗發揮更有效的作用。

[1] 彭兆光.物理實驗教學的創新[J].教育研究與評論，2011(4)：61.

[2] 歷晶，鄭長龍，齊艷娟.優化實驗教學方式 實現實驗教學價值[J].現代中小學教育，2013(12)：47-50.

[3] 劉戰存，李萍萍.密立根對電子電荷的測定和對光電效應的實驗研究[J].大學物理，2001(11)：43-46.

[4] 趙力紅，臧文域.高中物理探究性趣味實驗[M].杭州：浙江大學出版社，2013:56.

[責任編輯：陳學濤]

10.16165/j.cnki.22-1096/g4.2015.12.017

2014-07-31

周建秋(1975-)，男，浙江瑞安人，碩士，中學高級教師，溫州市“新世紀551人才”。

G633.8

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1002-1477(2015)12-0065-03