初中科學實驗教學的改進和創新

許宇偉

摘 要：實驗教學是中學科學教學的一種重要手段，但部分實驗在隨堂操作時無法達到原有的實驗目的及效果。為了增強課堂教學效果，幫助學生更好地掌握教學內容，以現行初中教材教學內容為案例，通過“增設實驗”、“模擬實驗”、“改進實驗”和“創新實驗”等方法對科學實驗教學進行改進和創新，從而更好地激發學生的學習興趣，突破教材的重難點，提高思維的嚴密性，促進學生的主動學習。

關鍵詞：科學實驗；改進創新；實驗教學

現行初中科學中的實驗，大多數是教育教學專家反復論證后編入課本中的，經過千錘百煉，具有權威性。在教學過程中，要盡可能地開展實驗，以突破重難點。但由于各種各樣主客觀原因的存在，部分實驗在隨堂操作時無法達到原有的實驗目的及效果。因此，對實驗進行改進，重新設計，使之更簡便化、趣味化、科學化是很有必要的。以下談談自己在實驗教學方面的一些改進和創新。

一、通過增設實驗組織教學 激發學生學習興趣

皮亞杰提出：“學習是一個積極主動的建構過程，學習者不是被動地接受外在的信息，而是根據原先認知結構主動地和有選擇性地知覺外在信息，建構當前事務的意義的過程。”而興趣是產生主動建構動機的首要條件，是產生同化作用的動力來源。當教師用實驗創設一個與生活密切相關的情境時，學生會感到既熟悉又陌生，一種好奇心便會油然而生，從而激發出他們強烈的求知欲和學習興趣。

案例1 七年級上冊第四章第一節“物質的構成”分子是構成物質的一種微粒

課本中通過介紹不同的沙雕作品都是由大量細小的沙粒構成的，進而引出“大千世界中的各種物質，是否也是由大量微小的粒子構成的呢？”

書中的導入所設計的情境，應該說抓住了學生的學習特點，也符合教師組織教學的一般要求。但在實際教學中，從沙雕由沙子構成到物質是否由微小粒子構成的設問無法激發學生強烈的探索欲。筆者設想，此處用實驗導入是否更能吸引學生的眼球呢？于是對導入部分增設了如下實驗。

紅人“大白”

實驗說明：將白紙裁成“大白”的形狀，并蘸上酚酞溶液，懸空于打開的裝有濃氨水的試劑瓶口上方，可以觀察到“大白”變紅。蓋上濃氨水的試劑瓶塞，一段時間后“大白”恢復白色。

紅人“大白”的實驗現象大大出乎學生意料，成功引起了他們的注意，激發他們產生強烈的求知欲，為后續分子概念的教學作了很好的鋪墊。然后通過聞氨氣的氣味引出“分子在不停地做無規則運動”等教學環節，環環相扣，一物多用。在實驗器材最簡便的原則下，實驗現象更為明顯的實驗設計，會讓學生觀察起來更加方便，實驗過程帶給學生的觸動也會更為直接。在這樣的基礎上，學生對于知識要點的感受也會更加直觀，演示實驗所要收獲的預期教學效果也會更加理想。

二、 通過模擬實驗組織教學 幫助學生突破重難點

科學教學中有很多概念的建立是以學生的生活經驗為基礎的，我們的教學往往通過展示大量的圖片或描述來喚醒學生的記憶。在題目講解時，老師講了一遍又一遍，學生做題仍是一錯再錯，為什么不讓學生在課堂上體驗一下呢？如“大氣的壓強”一課中常出現的題目：“未剪去尾部的螺螄，螺螄肉很難‘吸出，而剪去尾部的螺螄，則螺螄肉很容易‘吸出，為什么？”學生常常很難準確解釋，此時可以用實驗使學生有直觀的體驗，從而幫助學生突破重難點。

案例2 八年級上冊第二章第三節“大氣的壓強”氣壓差

模擬“吸螺螄”

取一個錐形瓶（模擬螺螄殼），內盛滿紅色的水（模擬螺螄肉），瓶口緊塞雙孔橡皮塞，兩孔中各插入一根玻璃管，一根玻璃管用膠頭封閉，另一根玻璃管通過一段橡皮管與教學用簡易抽氣機（模擬吸螺螄）相連，保證所有連接處氣密性良好。

步驟1：膠頭封閉狀態下（即螺螄尾部未剪去時），開始抽氣，此時觀察橡皮管明顯變扁，說明管內氣壓明顯變小，但紅色的水絲毫沒有被吸出。

步驟2：恢復原狀后，去掉膠頭（即螺螄尾部剪去時），開始抽氣，紅色的水隨即從抽氣機的噴嘴處噴出。

通過實驗說明螺螄肉不是被吸出的，而是被內外氣壓差壓出來的。

在這個模擬實驗中，學生親自動手、親身體驗。實驗為學生的認知發展提供了直觀的事實依據，與他們的前概念產生了反差，增強了學生對知識的深度理解。因此在遇到難點或難題時，為何不讓學生親自動手做做呢？把單純的解說盡可能多地變成學生實驗，讓學生動手的機會多一些，使其手之所演、目之所視、耳之所聽、鼻之所嗅、心之所想融為一體。學生有了直觀的體驗，何愁學不通透！

三、 通過改進實驗組織教學 提高學生思維嚴密性

朱熹說“學貴有疑，小疑則小進，大疑則大進”，波普說：“正是問題激發我們去學習，去發現知識，去實驗，去觀察。”而縝密、條理清晰的科學思維習慣，是提出問題、解決問題的關鍵，有助于提高學生的實驗能力。在實驗中，往往有一些客觀因素使實驗存在誤差，在實驗教學過程中，教師應當大膽改進這部分實驗，對改進前后的實驗進行分析，從而提高學生思維的嚴密性。

案例3 七年級上冊第四章第一節“物質的構成”分子間存在空隙

書中實驗：往一段封閉的細徑玻璃管內注入近一半的清水，再沿內管壁緩慢注入酒精，標出酒精上液面位置。用手指封住管口，將玻璃管反復顛倒幾次，使酒精和水充分混合。觀察混合后液面與所標液面的位置關系。

在玻璃管反復顛倒的過程中，少部分液體會殘留在大拇指上。當看到混合后的液面低于混合前液面時，部分學生會提出會不會是殘留在手指上的液體使總體積減小的疑問，這個問題單從誤差講很難講清。為了減小因顛倒產生的誤差，筆者對此實驗做出如下改進。

改進實驗：取一段兩端開口的細徑玻璃管，底端封閉一個膠頭，向管中加入1體積的水，擠壓膠頭排盡空氣，再向里面加入1體積混有紅墨水的酒精，將橡皮筋調到與液面相平，擠壓膠頭，使它們充分混合，觀察混合后的體積變化。

學生是學習的主體。我們在教學中要鼓勵學生基于自己的理解提出原生態的問題，敢于質疑，勇于爭辯，把學生從固有的思維框架中解放出來，使學生敏捷地、主動靈活地、創造性地思維，有利于發展學生觀察、比較、歸納的能力，有助于提升學生學習的廣度和深度，有利于激發學生創新能力的跨越性發展。

四、 通過創新實驗組織教學 促進學生主動學習

麥克斯韋說過：“實驗的教育價值常常與儀器的復雜性成反比，學生用自制儀器，即使老是出錯，也常常比人們用細心調整的儀器易于學到更多的東西。”

將書本中步驟明確的實驗改為學生自由設計的實驗，是提升學生創新思維的有效途徑，因此積極鼓勵與支持學生設計實驗，動手操作實驗對增強學生的綜合實踐能力、創新能力以及對科學本質的理解具有十分重大的意義。

學生在自己設計實驗制作實驗儀器的過程中，必須要先理解實驗原理，然后還要進行反復改進實驗用具、操作實驗儀器、觀察實驗現象和分析實驗結果等活動，使自己的操作能力、觀察能力、思維能力都得到了鍛煉與加強。在這個過程中，為了得到理想的實驗結果，學生必須認真的觀察，又必須有合乎邏輯的思維指導。為了合理地動手操作，必須有這種科學思維的指導，而在科學思維指導下的熟練操作往往是創造能力得以產生的基礎。

案例4 八年級上冊第二章第三節“大氣的壓強”自制抽水機

書中原型：離心式抽水機，利用營造的內外氣壓差把水抽上來。

創新改進1：

取一根長30厘米，內徑1厘米的兩端開口的直塑料管，上端用直徑為1.2厘米的玻璃珠蓋住開口，然后用棉紗布將玻璃珠包裹，再用橡皮筋捆綁，把紗布和玻璃珠一起固定在塑料管的上端。

然后，把塑料管的下端浸入水中，手持塑料管使其在水中快速地上下運動，很快在塑料管上端與玻璃珠交界處就會噴出水來。

原理：當塑料管向下運動時，上方的玻璃珠因為慣性，會與塑料管的上口錯開一個口子，此時水進入塑料管，會將管內的一部分空氣從上口擠出；當塑料管向上運動時，玻璃珠因為重力，又會把上口封閉，管內的水因為重力會下降一些，使此時管內的氣壓變小，從而產生內外氣壓差，把管內剩余的水托住；當塑料管再次向下運動時，玻璃珠因為慣性，又與塑料管的上口錯開一個口子，管內的水也因為慣性留在原處，但相對于向下運動的塑料管則向上運動，從而把管內的空氣又一次擠出，產生內外更大的氣壓差，如此不斷往復，水位不斷上升，最終水從上口噴出。

創新改進2：

把玻璃珠、紗布、橡皮筋去掉，其他均同上，直接用大拇指控制塑料管上口的開閉。當塑料管在水中向下運動時，大拇指把上口打開，當塑料管向上運動時，大拇指把上口封閉，如此不斷往復，很快就把水“抽”上來。

這個創新實驗把“抽水機”“搬進”了課堂，非常簡易地演繹了“大氣壓和慣性”的科學本質，學生在教師的指導下，用自己制作的儀器在尖叫聲中愉悅地完成實驗、透悟科學的本質，使他們的內心升騰起無比的成就感和自豪感。學生在“動手中動腦”、在“動腦中提煉”，極大地促進了他們疑難問題的解決、創新思維的培養和綜合能力的提升。

總之，“實驗”是科學課改永恒的主題，實驗的改革有助于學生觀察能力、思維能力、創新能力和綜合分析能力的培養。實驗所起的作用和其地位非常重要。在缺少理解基礎的課本難點的銜接處“增設”一個恰當的實驗，可起到“此時無聲勝有聲”的作用，其直觀和震撼的效果非語言所能及。“模擬實驗”盡可能做到真實地去“模擬”，可有效替代“真實情況下不能或不便完成”的實驗，使學生擁有“身臨其境”的感覺，認識自然會更深刻。“改進實驗”可以彌補原有實驗留下的一些不足，使實驗更加嚴謹、科學。“創新實驗”完全調動了教師和學生主體的創造性，打破了思維的禁錮，實驗原理的指導僅僅是吊著風箏的一根線，而教師和學生思維的風箏可以盡情高飛，讓思維的火花盡情綻放，派生出許許多多的符合原理的新的創意和新的作品來。因此，加強實驗教學以及改進和創新實驗教學是提高教學水平和質量必不可少的環節，同時也是我們每個科學教師在教育教學中都應該不斷思考的問題。[□][◢]endprint