周 建 秋

(瑞安市塘下鎮(zhèn)羅鳳中學(xué)，浙江 瑞安 325204)

學(xué)科教學(xué)

初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“三化”策略例析

周 建 秋

(瑞安市塘下鎮(zhèn)羅鳳中學(xué)，浙江 瑞安 325204)

實(shí)驗(yàn)是初中科學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。在教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)積極地探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效策略，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)，真做實(shí)驗(yàn)，做真實(shí)驗(yàn)，巧做實(shí)驗(yàn)；優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各環(huán)節(jié)，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)分析等；開展“數(shù)字化”信息技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用活動(dòng)，凸顯實(shí)驗(yàn)的功效，以提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

初中科學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；中學(xué)；強(qiáng)化；優(yōu)化；數(shù)字化

初中科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的綜合性學(xué)科。在科學(xué)教材中出現(xiàn)大量的實(shí)驗(yàn)，但由于個(gè)別學(xué)校條件有限，儀器設(shè)備配備不完全，“硬件建設(shè)”薄弱，同時(shí)教師對實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的定位不合理，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)分析不合理、不科學(xué)，“軟件設(shè)計(jì)”跟不上，一定程度上影響了實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。因此，在科學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)積極地探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效策略，凸顯實(shí)驗(yàn)的功效，這對提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性具有重要的意義。

一、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)

1.真做實(shí)驗(yàn)——真實(shí)性

追求科學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性是科學(xué)教學(xué)的基本要求，如果實(shí)驗(yàn)失去了真實(shí)性，也就失去了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真正意義。例如，在熔化與凝固實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)裝置比較復(fù)雜，海波固體的熔化實(shí)驗(yàn)難度比較大，實(shí)驗(yàn)需要時(shí)間比較長，因此有的教師認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)很難成功，還不如不做實(shí)驗(yàn)，直接告訴學(xué)生答案；有些教師在課堂中干脆不做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，而改用多媒體課件動(dòng)畫模擬實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行教學(xué)，雖然這樣做的現(xiàn)象明顯，省時(shí)又省力，但是無法讓學(xué)生感到實(shí)驗(yàn)事實(shí)的真實(shí)性。其實(shí)只要教師稍稍一動(dòng)腦，就可以有良好的實(shí)驗(yàn)效果。由于海波是熱的不良導(dǎo)體，把原料海波晶體研成粉末狀，以保證系統(tǒng)盡量接近平衡過程狀態(tài)，變化過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程。為了控制水溫升高的速度，在水中要插一根溫度計(jì)，將水溫升速控制在每分鐘升高1℃，海波與水的溫差控制在5℃。為了使海波的熔化過程較長，而又不占太多的教學(xué)時(shí)間，海波的用量取15 g左右為宜。為了縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，燒杯中的水不能用冷水，而選用48℃的熱水為好。通過這樣的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，海波的熔化實(shí)驗(yàn)?zāi)芸茖W(xué)真實(shí)地呈現(xiàn)出來，而不再用多媒體技術(shù)在屏幕上做實(shí)驗(yàn)“以假亂真”，也不用在黑板上畫實(shí)驗(yàn)“以假代真”。

2.做真實(shí)驗(yàn)——科學(xué)性

追求實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本保證，如果科學(xué)實(shí)驗(yàn)失去了科學(xué)性，那么實(shí)驗(yàn)也就變成一種欺騙學(xué)生的幌子，失去了存在的意義。例如，在關(guān)于堿的個(gè)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，如果按照教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在兩支試管中分別加入3 mL 碳酸鈉溶液和氯化鐵溶液，然后滴加氫氧化鈣溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果事與愿違，沒有預(yù)期的結(jié)果。如果調(diào)整實(shí)驗(yàn)步驟，就將出現(xiàn)明顯的現(xiàn)象：(1)先在兩支試管中各加入5 mL 的氫氧化鈣溶液；(2)分別往兩支試管中滴入碳酸鈉溶液和氯化鐵溶液，觀察有什么變化發(fā)生？實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別出現(xiàn)了預(yù)期的現(xiàn)象——白色沉淀和紅褐色絮狀沉淀。氫氧化鈣在常溫下是微溶的(20℃時(shí)溶解度為0.165 g)，即使是飽和的氫氧化鈣溶液，僅取數(shù)滴，里面的溶質(zhì)當(dāng)然微乎其微，何況準(zhǔn)備的石灰水可能還不是飽和的，現(xiàn)象自然不明顯。在相同的條件下，氫氧化鈣溶液的密度小于碳酸鈉溶液和氯化鐵溶液的密度，氫氧化鈣會漂浮在碳酸鈉溶液和氯化鐵溶液的上面，不能充分地接觸。如果先在試管中加入過飽和氫氧化鈣溶液(即底部有殘留的熟石灰)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，底部未溶解的氫氧化鈣又溶解了，反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，則實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象則更明顯。

3.巧做實(shí)驗(yàn)——生活化

《學(xué)記》中有“約而達(dá)，微而減”“能博喻然后能為師”的論述。麥克斯韋說過：“一項(xiàng)演示實(shí)驗(yàn)使用的材料越簡單，學(xué)生就越熟悉，就越想徹底地獲得所驗(yàn)證的結(jié)果，這種實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值往往與儀器復(fù)雜程度成反比?！盵1]這些思想啟發(fā)著我們，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該在教師的智慧引領(lǐng)下，由繁到簡，由博到約，從冗繁走向凝練，從狹隘走向廣闊，從膚淺走向深邃。科學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)應(yīng)該是貼近學(xué)生生活，但教材中的個(gè)別實(shí)驗(yàn)是再現(xiàn)科學(xué)家經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生造成錯(cuò)覺——科學(xué)離我們很遙遠(yuǎn)。因此，有必要讓實(shí)驗(yàn)貼近學(xué)生生活實(shí)際，讓科學(xué)與生活緊密地聯(lián)系在一起，凸現(xiàn)科學(xué)生活化的特點(diǎn)。例如，在估測“大氣壓有多大”時(shí)，對于馬德堡半球?qū)嶒?yàn)我們可以進(jìn)行這樣的簡化：取兩個(gè)生活中常見的塑料吸盤掛鉤，將這兩個(gè)吸盤扣住，擠出里面的氣體，然后讓一個(gè)學(xué)生用雙手拉兩邊的掛鉤，感受手的用力情況。

二、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的環(huán)節(jié)

1.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

實(shí)驗(yàn)是聯(lián)系知識結(jié)構(gòu)、思維方法、科學(xué)態(tài)度、精神于一體的重要載體，實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含著豐富的思想與方法和人文教育價(jià)值，教師應(yīng)挖掘?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)思想，讓學(xué)生充分地體會實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想與方法，領(lǐng)略科學(xué)家的智慧和勇氣以及對科學(xué)真理的不懈追求。[2]例如，在“磁生電”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師不僅讓學(xué)生知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象、電磁感應(yīng)的條件、感應(yīng)電流的方向與大小的知識目標(biāo)，猜想假設(shè)、實(shí)驗(yàn)探究的科學(xué)探究方法，而且要讓學(xué)生體會電磁統(tǒng)一、世界多樣統(tǒng)一的科學(xué)觀念，學(xué)習(xí)法拉第鍥而不舍、十年磨一劍的科學(xué)精神。

2.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，心中要做到有“三問”：該實(shí)驗(yàn)應(yīng)該怎樣做？為什么這樣做？還可以怎樣做？知其然，知其所以然，知其所盡然。例如，在“電動(dòng)機(jī)”一節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為了認(rèn)識電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，傳統(tǒng)的教學(xué)就是按照書本上電動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)在講臺上邊講邊演示，然后得出電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)。而學(xué)生在下面觀看教師的“表演”，順著教師的思維機(jī)械地接受教師得出的結(jié)論，雖然能記住結(jié)論，但因?yàn)闆]有經(jīng)過積極主動(dòng)地思考，只是被動(dòng)地接受，機(jī)械地記住，所以教學(xué)效果不好。為了激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主探究能力，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，教師可先以事實(shí)說話，讓學(xué)生觀察線圈形狀導(dǎo)線通電在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)起來，看到線圈轉(zhuǎn)動(dòng)后兩根電源線纏繞在一起。接著引導(dǎo)學(xué)生如何改進(jìn)電源線纏繞的問題，讓學(xué)生思考討論，再出示學(xué)生設(shè)計(jì)的方法，然后評價(jià)、甄別。最后展示電動(dòng)機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的模型，讓學(xué)生體會電動(dòng)機(jī)能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的奧秘。教師通過這樣有效的問題設(shè)計(jì)，步步深入，環(huán)環(huán)緊扣，探索電動(dòng)機(jī)通電線圈在磁場中連續(xù)不斷轉(zhuǎn)動(dòng)演變過程，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種探究的情景，引導(dǎo)他們?nèi)ビ^察、討論、改進(jìn)，認(rèn)識電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，體驗(yàn)探究的過程。

3.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的操作

教材提供的實(shí)驗(yàn)如果存在操作難度高，教師經(jīng)常會用播放多媒體、講解等方式替代實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不但興趣不高，而且對實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性也會存在懷疑。例如，在“動(dòng)物的呼吸”實(shí)驗(yàn)中，教材要求的實(shí)驗(yàn)昆蟲不容易找到；用試管做實(shí)驗(yàn)時(shí)，鐵絲網(wǎng)和包有堿石灰的紗布放進(jìn)、取出等操作比較困難；紅色的水滴固定在玻璃管上的位置不易控制，在外界溫度比體溫低的情況下，手接觸試管，會使紅墨水移動(dòng)，影響實(shí)驗(yàn)效果。教師可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作，在兩個(gè)吸濾瓶內(nèi)放盛有等量氫氧化鈉溶液的小試管，分別放入活的和已死的小龍蝦、螺絲等動(dòng)物，密封容器，再用U形管和橡皮管把兩個(gè)吸濾瓶連接，幾分鐘后，觀察U形管液面的變化。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)取材容易，可以選擇各種小動(dòng)物，能避免昆蟲翅的振動(dòng)，省去鐵絲網(wǎng)。用液壓計(jì)中的U型管代替玻璃管，不僅操作方便，而且液面變化明顯，便于觀察。

4.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的分析

以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以思維為中心是科學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要特色。物理學(xué)家密立根說過：“科學(xué)是用理論和實(shí)驗(yàn)這兩只腳前進(jìn)的。有時(shí)是這只腳先邁出一步，有時(shí)是另一只腳先邁出一步，但是前進(jìn)要靠兩只腳……”[3]科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同樣離不開實(shí)驗(yàn)觀察和理性思維這兩只腳。例如，在驗(yàn)證光合作用產(chǎn)生淀粉實(shí)驗(yàn)中，如果將科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出三環(huán)節(jié)一起拋給學(xué)生，讓學(xué)生通過小組討論，將這三個(gè)環(huán)節(jié)一起完成并加以表述，學(xué)生可能手忙腳亂，不知所措；如果把實(shí)驗(yàn)方案直接告訴學(xué)生，讓學(xué)生照方抓藥地實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可能只知道動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，而不能思考、分析；如果教師先設(shè)計(jì)探究任務(wù)：葉片為什么要用酒精脫色？為什么要水浴加熱？將天竺葵進(jìn)行暗處理的目的是什么？讓學(xué)生邊做實(shí)驗(yàn)邊思考回答問題，那么效果就大不相同。通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的分析，以實(shí)驗(yàn)為載體，以問題為核心，觀察與思維同步并進(jìn)，從本質(zhì)上認(rèn)識實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想，理解驗(yàn)證光合作用產(chǎn)生淀粉的原理。

三、“數(shù)字化”實(shí)驗(yàn)

隨著數(shù)字化信息技術(shù)的飛速發(fā)展，把傳感器等用于課堂實(shí)驗(yàn)，使定性實(shí)驗(yàn)變?yōu)槎繉?shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由點(diǎn)的測量變?yōu)槿^程的顯示，主動(dòng)以圖像顯示規(guī)律，拓寬了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全新視野。[4]

例如，教材中“植物的蒸騰”的實(shí)驗(yàn)使用了水銀。水銀不但有毒，并且密度很大，顏色不明顯，所以液面上升根本看不清。通過調(diào)查，絕大多數(shù)的學(xué)校在教學(xué)這部分內(nèi)容時(shí)不做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，即使按教材上做了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象也不明顯，學(xué)生缺少感性認(rèn)識，老師的講解沒有說服力，增加學(xué)生記憶的負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)在借助數(shù)字化信息系統(tǒng)測定蒸騰過程的氣壓發(fā)生變化，從定量的角度證明植物確實(shí)發(fā)生蒸騰，并能測出蒸騰的快慢。首先，選取植物枝條一枝，選用玉蘭花的葉(根據(jù)U型管口大小選擇玉蘭花的葉柄粗細(xì))；其次，將U型壓強(qiáng)器灌滿水，把玉蘭花的葉柄折去部分，留有葉片的葉柄直接插入U(xiǎn)型管的漏斗型的一端，直到密封管口；第三，將U型管的另一端通過橡皮管與壓強(qiáng)傳感器相連；第四，將壓強(qiáng)傳感器與采集器相連，采集器與電腦相連；第五，打開壓強(qiáng)傳感器，打開相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?，單擊“開始采集”選項(xiàng)，采集壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，此時(shí)壓強(qiáng)值是周圍的大氣壓，單擊“記錄數(shù)據(jù)”選項(xiàng)，電腦自動(dòng)把數(shù)據(jù)記在表格中第一個(gè)空格中；第六，單擊“結(jié)束”，再單擊“開始采集”，10 min后這樣重復(fù)，這個(gè)階段的氣壓變化顯示出來。利用植物枝條的吸水多少顯示葉片的蒸騰量，枝條在U型管內(nèi)，U型管內(nèi)的液面下降，通過導(dǎo)管與傳感器相連，氣壓減少，就把氣壓值顯示出來，數(shù)據(jù)能最形象地說明蒸騰的存在；并可以測出同一種植物在不同時(shí)間的蒸騰情況。這個(gè)裝置還可以24 h對植物蒸騰快慢進(jìn)行記錄，不需要測量者每時(shí)每刻守在植物前，能有效減少工作量。傳感器應(yīng)用于教育實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了集數(shù)據(jù)采集與分析一體化的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)目標(biāo)，該技術(shù)的應(yīng)用扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以定性實(shí)驗(yàn)為主的現(xiàn)狀，簡化了定量實(shí)驗(yàn)煩瑣的操作步驟，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理的微機(jī)化，成為學(xué)生獲得定量操作的簡便途徑。

實(shí)驗(yàn)是學(xué)好科學(xué)的基本方法，但教材提供的實(shí)驗(yàn)不一定都適合我們的學(xué)生學(xué)習(xí)，因此，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)充分利用學(xué)生已有的知識、生活經(jīng)驗(yàn)，利用學(xué)生熟悉的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，強(qiáng)化、優(yōu)化、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)發(fā)揮更有效的作用。

[1] 彭兆光.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新[J].教育研究與評論，2011(4)：61.

[2] 歷晶，鄭長龍，齊艷娟.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式 實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)價(jià)值[J].現(xiàn)代中小學(xué)教育，2013(12)：47-50.

[3] 劉戰(zhàn)存，李萍萍.密立根對電子電荷的測定和對光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].大學(xué)物理，2001(11)：43-46.

[4] 趙力紅，臧文域.高中物理探究性趣味實(shí)驗(yàn)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2013:56.

[責(zé)任編輯：陳學(xué)濤]

10.16165/j.cnki.22-1096/g4.2015.12.017

2014-07-31

周建秋(1975-)，男，浙江瑞安人，碩士，中學(xué)高級教師，溫州市“新世紀(jì)551人才”。

G633.8

A

1002-1477(2015)12-0065-03