初中科學課本疑難實驗的改進策略

湯緒華

摘 要：提高每一位學生的科學素養是科學的核心理念。基本的科學素養，要求學生要親身體驗來感知科學現象，獲取科學知識。許多時候，要從課堂教學中去學習，要從自己動手的科學實驗做起，從課本科學實驗的開展實際困難出發，尋找這些實驗疑難的原因和針對性的改進方法，突破課本實驗難以開展的情況，讓學生較直觀地觀察到科學現象，從而認識科學本質，提高對科學學習的興趣。

關鍵詞：疑難實驗；改進；創新

一、疑難緣起

科學是一門以實驗為基礎的自然學科，實驗不僅能幫助學生積累感性知識、建立概念、理解自然規律，而且還能培養科學素養。然而，在目前的科學教學中，科學教師對實驗的重視程度與實驗的應有地位并不相符，究其原因主要是科學教學沒有完全擺脫“講、練、考”的教學模式，而實驗只是作為形式化的教學環節，經常被忽視，要么實驗效果不明顯，要么實驗不容易操作……實驗不成功，會挫傷教師做實驗的積極性，也會影響學生對實驗的興趣，以致他們逐漸地放棄這一類實驗。

二、疑難實驗的定義

疑難實驗，是指從實驗效果和成功率來講，實驗效果不明顯、成功率低、實驗現象與理論不相符，呈現現象所需的時間太長的，環境不適合的實驗。如七年級上冊晶體熔化實驗，海波在熔化過程中溫度保持不變基本觀察不到，而且等熔化與凝固完整做下來一般需要30多分鐘，45分鐘的課堂做這個實驗效果差，因此屬于成功率較低的疑難實驗。從實驗的目的來講，疑難實驗是與學生認知水平不相符，與學習內容脫節、方法無法體現的實驗。如“測量土壤中空氣所占的體積”實驗，從實驗操作的條件來看不存在疑難問題，但從實驗目的的達成度來看，這就是一個疑難實驗了。因為這個實驗包含著許多的科學方法、如轉換法、估算法和間接測量法，這個實驗學生完成后，對實驗的反饋分析無從下手，與學生的認知水平不相符合，更無法對眾多的方法進行分析。

三、疑難實驗的成因

（一）理念滯緩

傳統的教學理念是造成科學疑難實驗的根源。傳統的教學理念是教師傳授知識，學生接受知識，教師只要準確無誤地把知識傳授給學生，讓學生從所傳授的知識中獲得正確的理解，就達到了教學的目的。盡管各界都提倡素質教育，但受傳統的教學理念影響，教育現狀其實改變不大，這使科學教學變得機械化，缺少生機活力，長此以往，那些需要花精力、花心思的實驗自然就被忽視了，科學實驗失去了它的原動力。

案例1：在“小腸的消化吸收”教學時，受傳統教學理念的影響，教師在授課時往往用視頻或幻燈片上的材料講授知識，這樣既省力又省事，但學生今天聽完，明天就忘了。若教師在教學過程中重視實驗，教學效果就會不一樣，小腸有“長、薄、大”的特點，如設計有關小腸長的特點的有趣實驗，效果會大不一樣，如有一位老師在上這節內容時，教師解開大致在小腸位置上的衣服扣子，從中掏出事先準備好的塑料管替代“小腸”來，一邊掏一邊把“小腸”放到地上，并繞著整個教室走差不多大半圈，“小腸”掏完了，學生立刻唏噓聲起，并伴隨著就這么長啊！教師接著問：“大約有多長？”學生回答：“六米左右吧。”這樣就是時隔多年，學生也不會忘記。

（二）條件難控

科學實驗要有科學性、直觀性和趣味性。但有些實驗本身條件不容易控制是造成疑難實驗的重要原因，課本中的有些演示實驗早已在實驗室中獲得成功，但這些實驗是需要在一定的條件下才容易做成功的，把這些實驗搬到教室里來，由于實驗條件的改變則不一定能成功。

如，有的實驗在比較干燥的條件下才能成功的，可我們教師在進教室做的時候沒有考慮這一點，還是按教材上的步驟依葫蘆畫瓢，常常會以失敗告終，為什么同一實驗會出現不同的結果呢？這是由于科學實驗的某些條件難以達到所致。

案例2：探究牛頓第一定律內容實驗時運用了將重力勢能轉化為動能來研究，這個實驗斜面與水平面由于交接處不是弧形軌道，常常導致小車的運動方向發生偏離，很難控制小車的初始速度相等，致使出現實驗偏差影響實驗的嚴謹性與實驗結果的可信度，屬于條件難控制，若將實驗的條件改變為為了獲得相同的初始動能，由彈性勢能轉變而來，如圖所示，將小車尾部緊貼著皮筋向后拉一段距離，可以保持每次皮筋被拉伸的距離相同，然后放手，小車前進，記下前進的距離后鋪好毛巾、棉布，多次實驗得出結論，會比課本斜面上滑下來好理解一些。

（三）儀器陳舊

實驗儀器本身的缺陷是造成科學疑難實驗的一項重要因素，儀器陳舊主要是指儀器設備老化、生銹、有摩擦或摩擦力增大，反饋出來的實驗現象與課本描述的不一樣。

案例3：水的組成這一節實驗，一是這實驗裝置所用的金屬電極很容易生銹，二是由于器材原因負極產生的氫氣在點燃時會因放氣速度太快來不及觀察，就算是點燃了也并不是教材描述的淡藍色火焰，因在玻璃上燃燒有一點紅色的火焰。在進行這個實驗時我考慮用兩只注射器代替原來的正負極的管子，先拔掉針頭兩個電極直接接上2枚大頭針上，實驗好了后可以將注射器倒置，去掉橡皮管，將注射針頭還原，直接點燃針頭處氣體，這樣能觀察到淡藍色的火焰。

（四）與認識水平不符

實驗難度與學生認知水平不匹配，與學生學習內容脫節，實驗方法無法體現有關的核心知識，這也是造成科學疑難實驗的重要原因。

四、疑難實驗的改進策略

實驗有它自身的特點和規律，只要我們把握了這些特點和規律，有針對性地改進，難題就迎刃而解了

（一）改變理念

理念往往是教師對實驗的重視程度不夠，這一疑難問題要想改變可以從開設學生實驗創新能力比賽、實驗考試直接記入中考成績或在各項測試中增加實驗題的比重來引起教師們的重視。另外也可以給老師準備專門實驗室上課，施行學生走班制，學校要求課本實驗的開出率達到百分之九十以上。

（二）突破條件

解決因實驗條件限制而不能達到預期目標的策略重在條件的突破，對某些不易控制的對策是利用新工藝創造實驗條件或增加器材達到預期條件后進行實驗。對演示實驗可視性不佳的具體對策是：變演示實驗為小組合作實驗等。

案例4：在學習金屬活動性順序時，比較鋁與鋅時，實驗發現鋁在常溫下幾乎不與硫酸反應，將鋁片打磨后放入稀硫中反應速度比鋅片與稀硫酸反應的速度還要慢，原因是我們的實驗和科學家的實驗條件不一樣，鋁在空氣中很快就又氧化了，改進后將鋁片和鋅片剪成絲狀在硫酸銅溶液里浸泡幾分鐘（如圖），部分發生置換反應然后再放入稀鹽酸中，與鋅放入稀鹽中進行比較，現象是鋁與稀鹽酸反應產生氣泡的速度更快，可以得出金屬鋁比鋅與酸反應速度要快而且第三幅圖實驗中明顯感覺會發熱。

案例5：課本在證實植物呼吸作用產生二氧化碳時，是將較多豆芽吸干水分放置于密封的塑料袋中，然后把塑料袋在暗處放置一晚上，將產生的氣體通到澄清石灰水中。實際操作時發現：豆芽不易保存，易折斷，實驗所需要的時間較長，裝豆芽的塑料裝易破損，裝置不易密封，用澄清石灰水溶液驗證呼吸產物二氧化碳，現象不明顯，所以我們改用黃豆（事先用水浸泡2天左右），溫度大約為25℃左右，將大約10顆正處于發芽期的黃豆置于大號注射器中，并將活塞拉到最大范圍，將注射器的注射端用橡皮帽堵住（如圖），在適宜的環境中12小時，而后用導管連接將氣體導入飽和的氫氧化鋇溶液中，發現溶液出現沉淀而且現象很明顯。

（三）改進儀器

對于儀器本身的缺陷或儀器不合適這一具體因素，對策是利用新材料改變實驗儀器或者用其他材料更換實驗儀器，總之，要選用合適的儀器，對于制作不易的具體對策是選用身邊的材料制作實驗儀器，讓實驗變得簡單，容易操作，同時也能揭示實驗的本質。

案例6：在研究改變內能的方式熱傳導實驗時，課本上用凡士林將火柴依次粘在金屬棒上，用酒精燈加熱金屬棒的一端，觀察火柴掉下來的快慢，這個實驗難成功，每根火柴的凡士林量很難做到相同，還有實驗火柴很可能會因為自身的重力而掉下來，于是想到是不是可以用新材料“變溫油墨”涂到鐵片上（如下圖），加熱鐵片的中央，導熱的快慢通過油墨的顏色變化能很直觀地反映出來，從鐵片圓盤的中央向周圍擴散，使熱傳導現象更直觀。

案例7：八年級上浮力實驗時演示潛水艇時的實驗裝如下圖，這一裝置雖能直觀地讓學生明白原理，但跟潛水艇的實際構造還有很大的區別，畢竟潛水艇是在其內部實現水量控制的，沒有那根“尾巴”的，我想自制一個無尾巴的潛水艇，由一個礦泉水瓶和一個葡萄糖酸鈣口服液水瓶組合浮沉子來完成，事先將口服液瓶子里裝一大半水，放入礦泉水瓶時通常是浮到水面上的，但用手輕輕一按，玻璃瓶又來沉下去，蓋緊蓋子在外面稍用力一按壓小瓶內進一點兒水小瓶就會進入大瓶內下沉，若用力合適就可以做到小瓶在大瓶內懸浮的情景，實驗時注意把握注入水的量。

（四）創新方法

對于實驗現象呈現所需的時間較長的問題，具體對策是外加實驗條件或用小型儀器等方法，對于實驗環境不適合的問題，則采用換新環境或重新設計新的實驗等方法來實現。

案例8：在八年級上冊學習浮力的應用后制作密度計，教師常常會組織一些相關的活動來讓學生認識密度計的結構和原理，但是，直接觀察和使用現有的密度計，只會讓學生對陌生的測量工具的認識停留在膚淺的表象上，而對其現象背后的本質難以理解，如密度計的原理和刻度的上小下大，所以想到就用同學們寫過的空水筆芯和圖釘結合起來制作簡易的密度計，效果很好，自己動手親自實驗比教師講解更容易接受，如出現下圖時有同學問：“老師你這不是測不了鹽水的密度了。”我說：“為什么呢？”隨后讓他去測了一下鹽水的密度，才發現有可能是測不了比水密度小的液體的密度，所以只有做過實驗才能使學生在實踐中學習，把所學的東西回歸到實踐中去，從而提高學生的科學素養。

（五）鋪設與學生認識水平相適應的實驗

有些實驗是要求學生有一定的知識的基礎上才能對這個實驗的現象、原理、結論加以理解的，如：檢驗綠色植物光合作用，其中這個課本實驗包括許多科學方

法，如水浴加熱、酒精脫色處理、用碘酒檢驗淀粉存在、實驗的難度與學生認知水平不相符合，解決這個疑難可增加兩個鋪墊實驗：一是水浴加熱與不水浴加熱對照，不用水浴加熱時酒精會燃燒起來；二是用酒精脫色與不用酒精脫色對照，用酒精能溶解葉綠素才能變成已知知識。通過這兩個鋪墊實驗就能對實驗現象分析了，這里所用的鋪設實驗可以達到與學生認知水平相適應的知識結構和理解能力。

案例9：九年級上冊教材電流熱效應的實驗，選取的是兩只平底燒瓶內裝煤油，瓶內各插1根玻璃管，并各裝1根阻值不同的電阻絲，開關閉合一段時間，比較2根玻璃管內液面上升的高度，就可以比較2根電阻絲放出熱量的多少，學生問：為什么不用水直接測出溫度的變化呢？其實這個實驗就該按照學生的想法，用溫度計來測量溫度，從學生的認知水平出發，由實驗產生的現象慢，散熱明顯，難做定量分析等原因，再想到換用煤油或其液體，又如何比較熱量的多少呢？再想到轉換法去觀察玻璃管中液面上升的高度。

提高學生的科學素養，需要一線教育工作者從學生的現有認知水平出發，一步一步去摸索，想方設法解決課本疑難實驗，增加學生更多親身體現的機會。它需要我們在平時的實驗教學時多思考并去完善、實踐，科學實驗疑難解決創新不僅能揭示客觀事物的本質及內在聯系，而且能指引人們去獲取新知識，鼓勵我們更努力去實踐。

參考文獻：

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