陸普軍

實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行科學(xué)研究最重要的方法，也是學(xué)習(xí)科學(xué)的重要方式。對(duì)一些實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與優(yōu)化既可以實(shí)現(xiàn)課堂實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，又可以激活學(xué)生的探究熱情和學(xué)習(xí)興趣；不僅可彌補(bǔ)常規(guī)實(shí)驗(yàn)的不足，又可以突破部分疑難實(shí)驗(yàn)的困境；既可以改善科學(xué)實(shí)驗(yàn)的品質(zhì)，又可以豐實(shí)學(xué)生的思維品質(zhì)，進(jìn)一步提升課堂效益。成本偏高、實(shí)驗(yàn)繁瑣是學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主探究的一大難題，教師切換實(shí)驗(yàn)角度，從減少成本、精簡(jiǎn)器材等角度入手，向以學(xué)生為中心的探究型轉(zhuǎn)變，以生活應(yīng)用為中心的實(shí)用性轉(zhuǎn)變，以微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為方向的簡(jiǎn)約性方向轉(zhuǎn)變，積極幫助解決疑難實(shí)驗(yàn)。

初中科學(xué)疑難實(shí)驗(yàn)改進(jìn)優(yōu)化成本減負(fù)學(xué)生通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)可更好理解科學(xué)知識(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)技能，體驗(yàn)科學(xué)過程與方法，提高其創(chuàng)新意識(shí)和自主探究能力，而成本偏高、實(shí)驗(yàn)繁瑣是學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主探究的一個(gè)難點(diǎn)。要有效解決該問題，教師可以切換實(shí)驗(yàn)角度，從減少成本、精簡(jiǎn)器材等角度入手，向以學(xué)生為中心的探究型轉(zhuǎn)變，以生活應(yīng)用為中心的實(shí)用性轉(zhuǎn)變，以微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為方向的簡(jiǎn)約性方向轉(zhuǎn)變，積極幫助疑難實(shí)驗(yàn)的解決，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的達(dá)成。

一、切入微型實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生參與

著名教育家蘇霍姆林斯基說過：“人的心靈深處總有一種把自己當(dāng)作發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者的固有需要”。因此，在科學(xué)教學(xué)中，重視微型實(shí)驗(yàn)的資源價(jià)值，盡可能多地讓每一個(gè)學(xué)生利用微型實(shí)驗(yàn)、親歷實(shí)驗(yàn)的發(fā)生過程，從而獲取或鞏固科學(xué)知識(shí)，理解和掌握運(yùn)用觀察和實(shí)驗(yàn)手段處理問題的基本技能，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

疑難實(shí)驗(yàn)例證：在探究光合作用需要光的實(shí)驗(yàn)中，原實(shí)驗(yàn)需要儀器有酒精燈、三腳架，燒杯（500mL）、燒杯（100 mL）、表面皿、膠頭滴管，藥品用量需要酒精50mL，用沸水開始加熱到完成實(shí)驗(yàn)要15分鐘。

問題癥結(jié)：學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)資源不足，器材成本較大，藥品用量大，開展學(xué)生實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生酒精味太濃，且實(shí)驗(yàn)效果受實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長制約。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)化：采納微型實(shí)驗(yàn)。即青霉素瓶（9.5mL）、載玻片、鑷子、青霉素瓶自制的小酒精燈、注射器，藥品用量只需要酒精1mL，完成實(shí)驗(yàn)只需要2～3分鐘。

效果分析：實(shí)驗(yàn)成本降低、簡(jiǎn)單易行，時(shí)間短，效果明顯。

農(nóng)村中學(xué)班級(jí)人數(shù)較多，學(xué)生實(shí)驗(yàn)資源明顯不足，而微型實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究性學(xué)習(xí)的有效資源，也是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的有效手段。微型實(shí)驗(yàn)有著常規(guī)實(shí)驗(yàn)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，正如方金祥教授指出微型實(shí)驗(yàn)具有十大特點(diǎn)：“體積小，時(shí)間省，反應(yīng)快，效果好，操作易，很安全，動(dòng)手多，趣味高，用藥少，污染低”等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)創(chuàng)新微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與推行，能使每一位學(xué)生都各自擁有一套實(shí)驗(yàn)裝置，在實(shí)驗(yàn)課程中，每位學(xué)生在教師配合多媒體講解及演示之后，便可親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，以觀察科學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，并加以思考、推理及分析，以便能得到最合理的結(jié)論。課后學(xué)生亦可在家里再多做幾次實(shí)驗(yàn)，使其印象更為深刻。這就是微型科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教育功能所在。

二、控制實(shí)驗(yàn)污染，開發(fā)綠色實(shí)驗(yàn)

初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，有很多有毒有害的化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生，如

P2O5、CO、SO2等等。進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生一些有毒有害物質(zhì)，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一定程度的污染。通過改變這些有毒有害物質(zhì)的制取方法，并進(jìn)行巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，就會(huì)使實(shí)驗(yàn)無污染，且同樣能達(dá)到預(yù)想的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

疑難實(shí)驗(yàn)例證1：空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)，教材中利用紅磷燃燒不消耗集氣瓶中的氧氣，使集氣瓶中氣壓減少，引起燒杯中的水沿著導(dǎo)管進(jìn)入集氣瓶，并約占集氣瓶容積的1/5。

問題癥結(jié)：實(shí)際操作中，常常由于裝置的氣密性、燃燒匙伸入集氣瓶的速度、導(dǎo)管內(nèi)原來沒有水而冷卻后有殘留水等問題導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差太大，并且白煙擴(kuò)散到空氣中還會(huì)引起大氣污染。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：往標(biāo)記好刻度（容積分為五等分）的試管中放入一團(tuán)白磷，用套有癟氣球的橡皮塞塞緊，浸入燒杯中的熱水里加熱，使白磷燃燒。待燃燒停止后，將試管放入水槽中的冷水中冷卻。待白煙基本散盡后，將試管倒立于水槽中，在水下取下橡皮塞，試管迅速冷卻。由于氣壓差，試管內(nèi)的液面上升，約占原空間的1/5。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)采用易燃的白磷代替紅磷，操作較原實(shí)驗(yàn)更方便。利用氣球形成密閉系統(tǒng)，使整個(gè)反應(yīng)都在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行，有效避免了原實(shí)驗(yàn)方法中影響實(shí)驗(yàn)成功的諸多因素，具有誤差更小、現(xiàn)象更明顯、試管冷卻快、無污染等優(yōu)點(diǎn)。

疑難實(shí)驗(yàn)例證2：教材中“白磷在熱水下面通氧氣燃燒”的趣味實(shí)驗(yàn)。

問題癥結(jié)：該設(shè)計(jì)有三個(gè)弊端：①生成物污染大。②易燃物處理不好不安全。③向熱水下通氧氣時(shí)，水下白磷會(huì)到處“亂跑”。部分白磷會(huì)浮上水面燃燒，也有不安全隱患存在。

改進(jìn)方法：①紅磷、白磷著火點(diǎn)比較：將吸干水的白磷、紅磷加入試管內(nèi)，塞上橡皮塞、再將試管同時(shí)浸入熱水里，讓白磷在試管內(nèi)安全的燃燒。紅磷不會(huì)燃燒。取出盛紅磷的試管留待下一班的學(xué)生做相同實(shí)驗(yàn)。②白磷的燃燒需要氧氣的支持：在一試管內(nèi)注入熱水，加入一小粒白磷，再把試管放入盛熱水的燒杯內(nèi)。通入空氣，既可觀察到白磷在熱水下燃燒，又可控制白磷不致“亂跑”。

效果分析：減少了實(shí)驗(yàn)污染，且實(shí)驗(yàn)過程安全可控。

教師和學(xué)生都要樹立綠色化學(xué)理念，教師不僅要了解綠色化學(xué)的理論,而且要具備中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的研究能力；要選擇無污染的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)裝置，做好實(shí)驗(yàn)過程的控制和實(shí)驗(yàn)后的處理工作，將整個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)達(dá)到零污染或在現(xiàn)有條件下將實(shí)驗(yàn)污染控制在最低限度，真正實(shí)現(xiàn)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

三、簡(jiǎn)化繁瑣實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)成功率

實(shí)驗(yàn)一般情況下要遵循系統(tǒng)性原則。實(shí)驗(yàn)教學(xué)有其自身的規(guī)律，如對(duì)儀器的認(rèn)識(shí)、使用是由簡(jiǎn)到繁，實(shí)驗(yàn)基本技能的訓(xùn)練也是教師示范到學(xué)生模仿練習(xí)而逐步掌握的。學(xué)生的觀察能力、分析能力的培養(yǎng)也是循序漸進(jìn)的。因此，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上必須遵循實(shí)驗(yàn)教學(xué)自身的規(guī)律和系統(tǒng)，要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和年齡特征，否則會(huì)適得其反。

疑難實(shí)驗(yàn)例證：八年級(jí)《氧氣的性質(zhì)》探究氧氣的化學(xué)性質(zhì)中木炭的燃燒、硫的燃燒，學(xué)生一般能順利完成，但鐵絲在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單，但學(xué)生則較難使現(xiàn)象明顯。

診斷分析：一是用酒精燈引燃火柴梗，火柴梗燃燒到什么程度學(xué)生很難控制火候，如果綁在細(xì)鐵絲上的火柴梗引燃后就伸入集氣瓶中，此時(shí)火柴梗將劇烈燃燒，集氣瓶?jī)?nèi)氧氣很快被用完，結(jié)果無法引燃細(xì)鐵絲。二是酒精燈距離集氣瓶太遠(yuǎn)，當(dāng)綁在細(xì)鐵絲上的火柴梗引燃將盡，離開酒精燈移至集氣瓶過程時(shí)間過長。此時(shí)火柴梗燃盡，細(xì)鐵絲溫度會(huì)明顯降低，不足以引燃細(xì)鐵絲在氧氣中的燃燒。（下三是集氣瓶體積偏小，細(xì)鐵絲用火柴梗引燃后剛?cè)紵?，集氣瓶中氧氣耗盡而致使燃燒現(xiàn)象不清楚不明顯。對(duì)于八年級(jí)學(xué)生無法分析清楚原因所在，而且容易出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)失敗。按照課本上的方法學(xué)生要做好這個(gè)實(shí)驗(yàn)的存在一定難度，因此要求老師在實(shí)驗(yàn)課堂中做好充足的準(zhǔn)備，不能為省時(shí)省力而匆忙一做了事，這樣往往導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，同時(shí)學(xué)生也失去了一次很好的探究機(jī)會(huì)。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：改進(jìn)后鐵絲在氧氣中燃燒現(xiàn)象明顯和清楚。主要表現(xiàn)在：①在實(shí)驗(yàn)桌上其余器材和藥品相同的情況下，將50毫升的集氣瓶改為100毫升的集氣瓶，收集氣體時(shí)保留一層淺淺的水，并用蓋玻片蓋上；將1～2根細(xì)鐵絲綁在1根長大約15厘米的直徑約為2毫米的鐵絲上備用；②在教師講解實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)，提醒學(xué)生：酒精燈可以在右側(cè)，集氣瓶在左，兩者之間距離盡量小，這樣可以在更短的時(shí)間更方便地操作；③演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓細(xì)鐵絲的另一端螺旋狀綁在火柴梗上，點(diǎn)燃火柴后讓火柴燃燒掉3/4左右即可離開酒精燈迅速插入集氣瓶中，即可看到細(xì)鐵絲在氧氣中連續(xù)劇烈燃燒，火星四射，現(xiàn)象就會(huì)明顯得多。

效果分析：改進(jìn)之后的實(shí)驗(yàn)與原實(shí)驗(yàn)方案相比其優(yōu)點(diǎn)有：①器材更簡(jiǎn)單，可以省去學(xué)生將細(xì)鐵絲綁在坩堝鉗上的過程，縮短了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間，當(dāng)然這里需要教師課前花更多的時(shí)間準(zhǔn)備。②學(xué)生操作簡(jiǎn)單，去掉了一些次要的且容易造成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不清楚乃至失敗的環(huán)節(jié)。③縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，較大地提高課堂教學(xué)效率。④本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的最成功之處就是提高了實(shí)驗(yàn)成功率，實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵在于提高鐵絲的溫度和保證充足的氧氣。

實(shí)驗(yàn)的失敗也許在某些特殊的情況下，能給教師啟發(fā)學(xué)生思考，以尋找失敗根源的機(jī)會(huì)。但是，教學(xué)時(shí)間畢竟有限，所以教師不會(huì)常做可能失敗的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)檫@會(huì)影響到教學(xué)的效率，甚至影響學(xué)生形成正確的科學(xué)概念、規(guī)律。因此，如何研究改進(jìn)實(shí)驗(yàn)以提高某些重要實(shí)驗(yàn)的成功率，是非常必要的，不僅有利于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，提高教學(xué)效率，更重要的是，成功的實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生獲得深刻的體驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生思考現(xiàn)象背后的科學(xué)原理，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

四、感悟與反思

在初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們有時(shí)缺乏“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和書本結(jié)論不一致”時(shí)的應(yīng)對(duì)策略，更有甚者會(huì)隨意糊弄應(yīng)付完成，而不認(rèn)真研究為什么會(huì)這樣。實(shí)驗(yàn)要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，體驗(yàn)并養(yǎng)成科學(xué)思維方式，初步形成科學(xué)精神，從而幫助學(xué)生理解科學(xué)和社會(huì)的互動(dòng)關(guān)系。面對(duì)疑難實(shí)驗(yàn)，師生都應(yīng)該不言放棄，在合理的限度內(nèi)不斷去嘗試、探索，無論失敗還是成功，都應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生科學(xué)探索精神的培育和塑造。

在初中科學(xué)“疑難實(shí)驗(yàn)”中，教師必須更新教育教學(xué)理念，以前瞻的學(xué)科理論矯正認(rèn)知誤區(qū)或思想偏差。認(rèn)真解析“實(shí)驗(yàn)瓶頸”，讓更多的疑難實(shí)驗(yàn)在師生合作中突破，在分享中觸摸真知，培植學(xué)生思維品質(zhì)和實(shí)踐能力。

疑難實(shí)驗(yàn)問題解決離不開實(shí)驗(yàn)手段的多樣性和實(shí)驗(yàn)過程的多元化。教師應(yīng)積極開發(fā)各種實(shí)驗(yàn)資源，不斷豐富實(shí)驗(yàn)手段，提升實(shí)驗(yàn)過程的豐實(shí)性、貼切性、體驗(yàn)性，引領(lǐng)學(xué)生叩擊實(shí)驗(yàn)大門，觸摸實(shí)驗(yàn)的樂章，有效提升“疑難實(shí)驗(yàn)”的效率和深度，以達(dá)到從“教教材”到“用教材教”的轉(zhuǎn)變。

初中科學(xué)教學(xué)中對(duì)疑難實(shí)驗(yàn)改進(jìn)是教學(xué)的一種創(chuàng)新和突破。發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，多從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，利用一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)出更具吸引力的實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)為學(xué)生創(chuàng)造更多的參與機(jī)會(huì)，增強(qiáng)他們的參與意識(shí)，使學(xué)生更主動(dòng)地學(xué)習(xí)?！皩?shí)驗(yàn)疑難”活動(dòng)的開展，給教師們提供一次交流實(shí)驗(yàn)教學(xué)的平臺(tái)，在各種思維火花的碰撞下，使疑難實(shí)驗(yàn)不再變得疑難。當(dāng)然，疑難實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)需要教師注意以下一些要求：一是“直觀”，讓學(xué)生能從演示實(shí)驗(yàn)中直接觀察到實(shí)驗(yàn)過程，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象本質(zhì)，避免拐彎抹角；二是“明顯”，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)過程要顯著；三是“簡(jiǎn)單”，演示器材盡量的少，結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，操作盡量簡(jiǎn)便，不必過分追求儀器的精密、先進(jìn)和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜；四是“可靠”，確保演示實(shí)驗(yàn)一次成功。只要在科學(xué)教學(xué)中通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的不斷探究、改進(jìn)和實(shí)踐，就能充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在科學(xué)教學(xué)中的重要作用，并能達(dá)到良好的教學(xué)效果。

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