有效改進實驗 提升教學效率

陳慶旦

[摘? ?要]以華師大版教材初中科學七年級《陽光的傳播》一課為例，探討初中科學實驗的改進措施。多樣化改進實驗，可提高實驗的可見度，深化學生的思維，提高實驗教學效率。

[關鍵詞]實驗改進;初中科學教學;陽光的傳播

[中圖分類號]? ?G633.98? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）02-0075-03

【案例背景】

筆者曾在浙江省疑難問題研討會上開設一節內容為《陽光的傳播》的觀摩課，并對課堂演示實驗和學生分組實驗做了一些改進。而在常規課中，教師大多是通過講授法和微型實驗來開展教學，根本無法激起學生的學習熱情，且實驗可見度低，實驗效果不佳?；诖?，筆者借助海波溶液向學生展示“光在不均勻介質中不沿直線傳播”的規律，利用自制暗箱研究小孔成像的規律。通過實驗的改進，更加形象地展示了科學知識的形成和發展過程，為學生的學習提供了豐富的感性材料，有效提高了實驗教學效率。下面筆者就本節課中的三個實驗的改進和設計進行展示和分析。

【案例描述】

1.改進實驗材料，妙筆生輝

情境：太陽光從大氣層的頂端射向地面的過程中，傳播路線還是直線嗎？

教師邊演示實驗邊講解，實驗步驟如下：

①用指星筆射向水槽（如圖1）。

②通過漏斗往水中緩緩注入濃度較大的海波溶液。

③用玻璃棒攪拌，使溶液重新變得均勻。

教師利用投影儀將實驗現象投影在大屏幕上。

現象：隨著海波溶液的加入，光線由直線變為彎曲;經攪拌后，溶液變成均勻，光線又由彎曲變成直線。

結論：光在均勻介質中沿直線傳播;在不均勻介質中不沿直線傳播。（如圖2）

【反思】在常規課中，由于無法找到合適的實驗材料來演示不均勻介質，很多教師往往采用講授法直接向學生灌輸知識，或者干脆避而不談。這樣導致學生的知識鏈有所缺失。還有一些教師根據“空氣在酒精燈加熱時變得不均勻而使光的傳播路線發生改變（實質上就是光點的微小晃動）”來演示實驗，實驗可見度低，效果差。而案例中的演示實驗現場觀摩效果非常好。在實驗材料的選擇上，筆者確定了效果最佳的材料——海波溶液，并以功率為50mW的指星筆作為光源，甚至在水缸的長度、高度和寬度上也做了多次改進。再加上利用實物投影儀將那一束藍色而“憂郁”的光線放大在屏幕中，使得學生終身難忘。而且當用玻璃棒攪拌溶液，讓原本不均勻的溶液瞬間重新變成均勻時，光線又由彎曲變為直線。這樣通過視覺上的對比，使得學生由此建構的知識網絡堅不可摧。

2.改進實驗方式，異曲同工

情境：在樹底下乘涼時除了發現樹枝的影子之外，你還能發現什么現象？

（學生討論交流，部分學生回答“發現了光的斑點”）

提問：斑點是什么形狀的？

【學生分組實驗】模擬地面上的圓形光斑。（如圖3-1、3-2、3-3）

①用小夜燈來模擬太陽。

②用挖有不同形狀的黑紙片來模擬樹枝形成的空隙。

③用桌面模擬地面。

請每個小組的學生代表介紹實驗方案和實驗結果。

[組別 黑紙上的孔的大小 黑紙上孔的形狀 光斑的形狀 1 很小 三角形 圓形 2 很小 圓形 圓形 3 很小 四方形 圓形 4 很小 菱形 圓形 5 較大 三角形 三角形 6 較大 四方形 四方形 ]

現象：當孔的形狀很大時，光斑的形狀與孔的形狀一致;當孔的形狀很小時，光斑的形狀是圓形的，而且不管小孔的形狀如何，光斑的形狀始終是圓形的。

【反思】科學實驗是為解決問題而設置的，當學生的認知推理存在障礙時，教師應引導他們利用身邊的物品模擬實驗來研究，解決問題。教學實驗絕不能讓教師唱獨角戲。筆者在本案例中不僅采用學生分組實驗 ，還提供挖有不同形狀、不同大小的小孔的黑紙片讓學生進行實驗探究，在實驗現象和學生原有的認知發生沖突時，讓學生交換實驗器材再次實驗，最后引導學生交流討論，總結出實驗結論。這樣對實驗方式進行改進，符合學生好動和好奇的心理特征，而不同小組的實驗器材不同，但現象是相同的，起到了異曲同工的作用。同時，分組實驗的可見度和學生學習的自主性都是演示實驗所無法達到的。

3.改進實驗器材，一材多用

情境：小孔為什么可以成像？小孔成像還有什么規律？

演示實驗：

①利用圓形燈管來進行實驗，更換不同形狀的小孔，讓學生觀察像的形狀。學生發現像都成封閉的圓圈形狀。（如圖4）

②用黑紙遮住光源的下部，閉合開關，讓學生觀察像的形狀。

③用黑紙遮住光源的左邊，閉合開關，讓學生觀察像的形狀。

現象：成倒立的像;成左右相反的像。

提問：小孔為什么能成像？

借助幻燈機演示讓學生發現規律（如圖5）。

【反思】在常規課中，教師通常利用蠟燭和紙杯進行小孔成像實驗的演示，但是可見度低。即使采取學生分組實驗，光源的形狀仍無法改變，物距和像距也無法隨意改變，使得實驗的效果不盡如人意。本課中，筆者通過自制的大型暗箱來探究小孔所成的像的形狀與小孔和光源的形狀是否有關，尤其是通過遮擋燈光來改變光源的形狀，設計巧妙。而且暗箱既能移動光屏和燈管的位置，又能研究影響像的大小的因素，一材多用，構思新穎，可見度高。

【教學啟示】

“千言萬語道不清，一看實驗便分明。”可以說，實驗在科學教學中的地位是無可替代的。在教學中，教師切不可一味地給學生灌輸知識，借助實驗不失為一種有效的教學方法。魔術般的現象除了能讓學生感到驚奇外，還能激發學生的探究欲望。結合本案例的教學，筆者就科學實驗改進方面談幾點自己的看法。

1.優化實驗材料和器材，打好實驗基礎

古人云：“工欲善其事，必先利其器?！?讓實驗效果更加明顯的必要條件是選擇合適的實驗器材?，F筆者將本案例中三個實驗所需的實驗器材、注意事項和實驗裝置圖等內容羅列如下：

實驗材料和器材的有效選擇是成功實現實驗改進的保證。比如，在初中科學第五冊第25頁“向硫酸銨濃溶液中滴加氫氧化鈉溶液”的實驗中，如果將氫氧化鈉溶液改為氫氧化鈉固體，放出氨氣會非?？欤瑢嶒炐Ч黠@。在電磁感應的實驗中，如果增加電流放大器和靈敏電流表，會使實驗現象更加明顯。

2.改進實驗形式和方式，多方位碰撞思維

初中科學實驗教學中，教師可以視教學需要、實驗操作的難易度、實驗的能見度等實際情況，將演示實驗改為學生分組實驗，將驗證性實驗改為探究性實驗，將課內實驗改為課外實驗。本案例中，實驗2器材簡單，操作簡便，現象明顯，安排為學生分組實驗效果十分好，而且先明確太陽光斑的形成原理，為實驗3的演示奠定思維基礎。同時筆者在本節課的課后還安排了課外探究實驗，讓學生利用家庭廢舊物品設計實驗，進一步研究“小孔成像”實驗中像的大小與什么有關。總之，教師的實驗改進如果能讓學生的思維碰撞出火花，激起學生的探究欲望，就是成功的。

3.提升實驗的可見度和可觀度，提高實驗教學效率

任何一個實驗，尤其是演示實驗，不僅要追求過程和結果，還必須要有一定的可見度，才能將實驗完美地向學生展示，否則將毫無意義。如在本案例中，筆者選擇指星筆（而不是激光筆）作為光源，大大提高了實驗的可觀度。又如，演示光在空氣中的傳播實驗時，事先在密閉空間里點上蚊香;演示光在液體中的傳播實驗時，事先放入少量的石灰粉;演示光在固體中的傳播實驗時，用黑紙作為背景，都可大大提高實驗的可見度，取得良好的實驗效果。此外，我們還應盡可能地將器材“放大”，如利用實物投影或大屏幕顯示，讓學生觀察得更清楚，從而提升實驗的可見度和可觀度，提高實驗教學效率。

4.提高實驗器材的利用率，做到低成本、高產出

每個人都在追求“物廉價美”。低成本實驗不僅要做到實驗材料價格低廉、實驗費用低，還要盡可能地“一材多用”。本案例的實驗器材都是隨手可得的物品，這樣改進實驗器材，讓學生深切地感受到科學和生活、科學和社會的密切聯系。同時很好地滲透了STEM的教育理念，豐富了實驗教學內容。實驗3中的暗箱僅僅是由幾塊木板組合而成，但它不僅可以研究小孔成像的規律及像與孔的關系，還能研究物距和像距的關系，可謂一材多用。在科學實驗中，如果實驗器材和設備過多，會讓學生眼花繚亂，所以應盡可能地做到一材多用。例如，在教學“浮沉條件”時，如果教師只選擇雞蛋，改變外部其他條件，做好一材多用，層層遞進，就能將學生的思維推到一個新的高度，進而做到低成本、高產出。

【結束語】

實驗的設計與改進，是一項研究，也是一種創造。不墨守成規，是革新與創造的精髓。 我們不能為了實驗而實驗，應該是為了獲取知識和提升能力而開展實驗。而改進實驗的目的是發揮實驗在課堂教學中的作用，不能為“改”而改。對此，教師可根據實際情況，在遵循科學性、可操作性、實用性原則的基礎上，對實驗的方方面面進行恰到好處的改進，從而有效提高實驗教學效率。

（責任編輯? ? 黃春香）