就地取材 以小見大—— 初中科學教材中小實驗的開發和應用

浙江省杭州市余杭區閑林中學 陳忠飛

初中科學教學狀況調查顯示，受主、客觀多方面因素影響，目前初中科學教學中對于實驗教學的重視程度并不理想。課程中設置的學生實驗內容較少，而且許多學校由于受條件限制，學生動手實驗機會更少。學生平時課業負擔較重，沒有較多的時間開展實驗活動；教師演示的實驗器材繁多，步驟復雜，由于課堂時間所限學生不能完整觀察到實驗現象，教師和學生對課堂中出現的未預料的實驗現象不能深入探討、研究。

許多一線教師缺乏對教學內容的處理以及對實驗的改進和創新能力，教學效果較差。即使有實驗，也是學生照著教師設計的步驟一步一步模擬，不動腦筋地“照方抓藥”，結果在實驗中是動手而沒有動腦，不利于提高問題與解決問題和創新思維的發展。

這些現象的存在為我們如何積極開發科學小實驗、改進教材已有實驗，提高課堂教學有效性，增強科學探究，提高科學素養的課題。科學的核心是探究，在教學中通過實驗加深科學、規律和現象的認識培養學生創新能力。

一、初中科學小實驗開發的原則

創新小實驗的開發與應用的基本原則主要源于教學實踐的需要，涉及科學性、簡易性、直觀性、安全性、創造性五個方面。

二、初中教材中小實驗開發和應用的實踐

初中科學教材中有大量的實驗活動，這對學生理解科學知識是很有幫助的。但有的實驗存在取材難、現象不明顯、操作較復雜等問題，需要教師進行改進。本課題開發、利用30 多個創新小實驗，通過改進實驗取得了較好的教學效果。（限于篇幅選取部分實驗）

1. 水的沸騰實驗改進

原實驗存在的問題：①燒水時間長，資源浪費，課堂效率下降；②溫度計的讀數出現偏差；③沸騰前后的實驗現象不明顯；④沸騰的條件驗證失敗。

解決的方法：①用大試管代替燒杯，節約時間；②固定溫度計，讀數穩定、準確；③實驗現象明顯；④沸騰條件驗證完全符合；⑤用大試管放在燒杯內進一步檢驗沸騰的條件：溫度達到100 攝氏度，不吸熱也不能沸騰。

2. 熔化與凝固實驗改進

主要從“實驗裝置改進”“藥品改進”“增加實驗的樣本容量”等方面進行說明。

（1）熔化受外界影響的因素較多，如受熱不均、顆粒大小、物品純度、藥品多少、內外溫差等，容易導致成功率較低。

解決辦法：①解決受熱不均：除了用水浴加熱外，還用自制的攪拌器攪拌，使藥品受熱均勻；②解決藥品多少、顆粒大小：取5 克藥品研成粉末。藥品過少使熔化過程時間縮短，1 分鐘報時的時候，溫度可能已經上升，要保證熔化后溫度計與液體充分接觸，藥品過多可能會使實驗時間延長；③解決內外溫差過大使晶體熔化時停頓時間短的問題：采用兩根溫度計，分別測燒杯中的水溫和試管中藥品的溫度，使燒杯中的水與試管中藥品的溫度差控制在5℃到8℃；若溫差超過8℃，則移開酒精燈，不要繼續加熱；若溫差低于5℃，則用酒精燈繼續加熱。

（2）時間間斷的解決方法：①上課開始，讓學生將溫度為45℃的溫水倒入燒杯后給試管預熱6 分鐘；②松香完全熔化耗時長，改為石蠟，熔化較容易。另外，用石蠟代替松香的好處是：時間節省、證據可信、操作方便。

（3）做熔化實驗的晶體和非晶體的樣品種類少，不利于用歸納法得出結論。解決辦法：增加實驗樣本的容量。

三、初中教材中小實驗的開發和應用效果

實踐證明，初中科學創新小實驗在培養學生的科技興趣、動手能力和創新精神方面具有極大感染和熏陶作用，這是其他教育途徑不能替代的。研究實踐表明，在沒有過多增加教師和學生負擔，無須學校另外投入大量人力物力，結合課程內容，利用教師和學生智慧改進和創新一些實驗，充分調動學生學習科學的積極性和主動性，把許多學生感覺相對比較復雜的科學問題轉化為淺顯的、直觀的、明了的科學道理，易學易懂，達到教師力爭“活教”，學生能夠“樂學”的狀態。通過學生參與實踐，進一步提高學生的科學探究能力、創新和實踐能力，促進學生科學素養的全面提高。

1. 提高學生參與實驗的熱情

在現代教學中，教師要在教學中確認學生的主體地位。教師注意激發和培養學生的學習興趣；給學生親自動手、發現和探索問題的機會，引導學生獨立思考使學生始終處于探索中的主人。

2. 幫助學生理解難懂的科學知識

初中科學課程是一門綜合性的科學課程，包括科學探究、生命科學、物質科學、地球和宇宙、科學技術社會環境五部分內容。有的內容對初中學生來講比較難理解，本課題通過開發一些創新小實驗幫助學生理解一些難懂的科學知識。

3. 幫助學生掌握科學過程技能

科學過程技能是科學工作者在科學研究過程中必須具備的一些最基本的科學方法和操作技能。在科學教學過程中，教師要幫助學生學會基本的科學過程技能，如觀察、分類、測量、推斷、預測、交流與表達、識別與控制變量、制作圖表、假設、實驗實施、結果分析、建立模型。這對提高學生的科學探究能力具有重要意義。

4. 培養學生的環保意識

環境與發展是當今國際社會普遍關注的重大問題，環境惡化已經嚴重威脅著人類社會和動植物的生存與持續發展，環境保護已經成為我國一項基本國策。因此，在實施科學教學的過程中必須注重學生環保意識的培養。

5. 逐步養成學生的科學思維方式

科學思維，即形成并運用于科學認識活動、對感性認識材料進行加工處理的方式與途徑的理論體系，是真理在認識的統一過程中，對各種科學思維方法的有機整合，是人類實踐活動的產物。科學創新小實驗是養成學生科學思維方式的重要途徑。

在本節實驗教學中學生自己設計的“石灰水中吹氣”給他們帶來不同尋常的感知和體驗，形成認知沖突，從而激發學生更大的學習動機，繼續探究下去，并針對出現的不同現象進行分析各個擊破。不僅在課堂教學中突顯學生的主體地位，放手讓學生參與學習活動，而且讓他們經歷知識的發現、問題的思考、規律的尋找、結論的概括、疑難的質問乃至知識結構的建構過程，強化知識點的掌握，提高動手能力和邏輯推理能力，在實驗中體驗獲取成功的樂趣，培養科學嚴謹的學習態度。

6. 幫助學生掌握實驗操作技能

科學是一門以實驗為基礎的自然科學，科學實驗是科學理論建立和發展的基礎，因此學好科學的基本方法是觀察和實驗，而實驗是科學教學最重要的環節。在科學探究教學中，以實驗為基礎，把實驗作為提出問題、探索問題、解決問題的重要手段和途徑，為學生學好科學打開科學的大門，他們自然會走進科學進而學好科學，成為有用之才，甚至在科學道路上不斷取得科學成就。

由于采用的實驗器材簡單易行，每個人都可以隨時隨地做實驗。雖然課堂增加了一個不足為道的小實驗，但擴大了學生的實驗范圍，提高了學生學習科學的興趣，提高了學生的動手能力。

7. 教師的專業素養得到發展

初中科學教材中有的實驗存在準備器材困難、實驗現象不明顯、實驗操作難度大等問題，教師需要認真思考如何處理教材，如何改進實驗，以提高實驗的趣味性和創新性。

趣味性創新小實驗的開發對教師提出了更高要求：能應用新的實驗理念挖掘新的實驗研究角度；能對實驗裝置、實驗方案的設計進行創新；能在實驗教學的設計和實驗教學的實施等方面有所創新。

研究趣味性創新小實驗需要教師對教學內容有深入研究和處理，需要教師親手做實驗，需要教師不斷動腦改進實驗。這不僅促進了教師的專業化發展，還培養了教師的創新思維，即使在教學中出現了異常現象，由于教師心中有數，也能迅速做出科學解釋，增強了對教學的掌控能力。

四、問題思考

我校通過2 年開發與實踐創新小實驗，在一定范圍形成了濃厚的科研氛圍。通過科研提高了參與實驗科學教師教育教學改革的熱情，提高了科學教師處理教材與開發創新小實驗的能力，提高了課堂教學的有效性。

通過創新小實驗，拓展了學生的實驗途徑，培養了學生的創新精神和實踐能力，進一步提高學生的學習興趣和學習成績，為科學實驗教學改革提供了寶貴經驗。但也存在一些不足，如教師自主創新小實驗較多，但對實驗應用的思考還不夠，對創新小實驗理論背景的了解不充分，對實驗成果的文字表達能力不強。同時，因結題時間比較倉促，關于學生自主探究、創新實驗這方面尚需分析總結，這些問題都需要在以后的研究中加以解決。

[1]王祖浩，王程杰.中學化學創新實驗[M].南寧:廣西教育出版社，2007

[2]董 濤.中學物理創新實驗的開發與研究[D].華中師范大學，2003