葉林岳（衢江區(qū)第一初級(jí)中學(xué)）

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做好科學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生思維

葉林岳
（衢江區(qū)第一初級(jí)中學(xué)）

摘要：演示實(shí)驗(yàn)是科學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最主要的實(shí)驗(yàn)形式之一。在日常演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀性不強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)操作難度大、難以出現(xiàn)預(yù)期的效果、實(shí)驗(yàn)等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作不理解等現(xiàn)象。通過(guò)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的直觀性、降低實(shí)驗(yàn)操作難度、合理縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間、改變實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式等對(duì)策力求提高演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生的有效參與程度。

關(guān)鍵詞：演示實(shí)驗(yàn)；啟發(fā)思維；思考及對(duì)策

科學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲得感性知識(shí)的重要源泉，也是科學(xué)教學(xué)中理論聯(lián)系實(shí)際的重要方面。演示實(shí)驗(yàn)是科學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中最主要的實(shí)驗(yàn)形式之一，演示實(shí)驗(yàn)是教師操作，學(xué)生觀察、思考的一種實(shí)驗(yàn)形式。以下是筆者在教學(xué)體驗(yàn)和課堂觀察中發(fā)現(xiàn)的一些有關(guān)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)此做出的思考和自己的一些對(duì)策。

一、部分現(xiàn)有演示實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題及思考

1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不直觀，學(xué)生難以通過(guò)現(xiàn)象得出結(jié)論

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是演示實(shí)驗(yàn)中最重要的部分之一，是學(xué)生觀察的主體。在演示實(shí)驗(yàn)中，如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象本身指向不明了，不利于學(xué)生的理解，對(duì)學(xué)生建立感性認(rèn)識(shí)的效果將會(huì)大打折扣。同時(shí)針對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所進(jìn)行的分析、思考的難度將大大提高，特別是對(duì)于基礎(chǔ)薄弱、知識(shí)儲(chǔ)備不足、分析能力較弱的學(xué)生更是如此。

2.實(shí)驗(yàn)操作難度大，難以出現(xiàn)預(yù)想的現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)過(guò)程是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡耐緩健Ｔ趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果實(shí)驗(yàn)操作的難度大，容易引起操作的偏差，達(dá)不到所預(yù)想的效果。此時(shí)，如果教師重做實(shí)驗(yàn)依然難以保證實(shí)驗(yàn)的成功，且不說(shuō)重新實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)時(shí)間，影響整個(gè)課堂教學(xué)計(jì)劃的實(shí)施，若是教師放棄實(shí)驗(yàn)，改為由教師講述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，就失去了實(shí)驗(yàn)本身的意義，也不利于學(xué)生培養(yǎng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察來(lái)認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)的科學(xué)素養(yǎng)。因此，在課堂的演示實(shí)驗(yàn)中，這種現(xiàn)象應(yīng)該是極力避免的。

3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，降低課堂學(xué)習(xí)效率

所謂學(xué)習(xí)效率，是指在單位時(shí)間內(nèi)獲得的學(xué)習(xí)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，如果因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過(guò)程太長(zhǎng)而讓學(xué)生進(jìn)行沒(méi)有觀察內(nèi)容和思考內(nèi)容的等待，這是低效、甚至無(wú)效的學(xué)習(xí)。比如在電解水實(shí)驗(yàn)中，為了聚集足夠量的氫氣和氧氣，需要長(zhǎng)達(dá)十幾分鐘的時(shí)間，而這十幾分鐘內(nèi)除了氣體量的變化，再無(wú)新的現(xiàn)象，這樣的觀察顯然是低效的。

4.實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)意圖不理解

在演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)這樣的情況，教師直接把實(shí)驗(yàn)器材展現(xiàn)在學(xué)生面前，或者直接開(kāi)始實(shí)驗(yàn)的操作，學(xué)生缺少了對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的思考。結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作意圖不理解。這樣既不符合探究的程序也不符合人的認(rèn)知規(guī)律，最終嚴(yán)重影響到學(xué)生對(duì)課堂參與的積極性。

筆者認(rèn)為，以上這些演示實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題都將降低學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，降低學(xué)生在課堂上的專(zhuān)注度，同時(shí)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)帶來(lái)了困難，這樣就把一部分有學(xué)習(xí)意愿的同學(xué)擋在了學(xué)習(xí)的大門(mén)之外。為此，我們有必要針對(duì)這些問(wèn)題采取相應(yīng)的對(duì)策，以期提高演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

氣體對(duì)外做功實(shí)驗(yàn)

二、對(duì)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題采取相應(yīng)的對(duì)策

1.增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的直觀性，降低實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的思考難度

案例1：物體對(duì)外做功實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者——教師不斷向瓶?jī)?nèi)充氣即對(duì)瓶?jī)?nèi)氣體做功，實(shí)驗(yàn)觀察者——學(xué)生通過(guò)觀察產(chǎn)生的白霧認(rèn)識(shí)到氣體內(nèi)能的減少。這一實(shí)驗(yàn)中，容易引起學(xué)生學(xué)習(xí)困難的地方：

（1）現(xiàn)象不容易觀察，觀察對(duì)象——水珠的量并不多，且本身不容易被觀察到，所以對(duì)大多數(shù)同學(xué)來(lái)說(shuō)看不到有水珠出現(xiàn)，只是聽(tīng)老師或個(gè)別同學(xué)說(shuō)有水珠出現(xiàn)；

（2）本實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象是瓶?jī)?nèi)的氣體，內(nèi)能減少通過(guò)氣體發(fā)生液化來(lái)反映（轉(zhuǎn)換法），即使看見(jiàn)了有小水珠出現(xiàn)，但對(duì)展現(xiàn)的本質(zhì)（溫度的降低）之間的關(guān)系不直觀。學(xué)生對(duì)于溫度降低這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)不足，內(nèi)心深處總有不真實(shí)的感受。且學(xué)生理解本實(shí)驗(yàn)必須知道“降低溫度，氣體發(fā)生液化”這一知識(shí)。若將這點(diǎn)知識(shí)遺忘，或者分析能力不夠，學(xué)生就難以理解該實(shí)驗(yàn)了。

對(duì)此，我們可以從增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)直觀性的角度對(duì)該實(shí)驗(yàn)做相應(yīng)改進(jìn)。

器材：（如圖甲）啟普發(fā)生器、靈敏溫度計(jì)、橡膠塞三個(gè)、橡膠管、打氣筒、氣球。

組裝：如乙圖所示。

圖甲

圖乙

同時(shí)用攝像頭對(duì)準(zhǔn)靈敏溫度計(jì)的讀數(shù)，并將顯示的圖像投影到多媒體展示屏幕上。

操作方法：

用打氣筒快速打氣5～10次。打開(kāi)閥門(mén)，氣球脹大，同時(shí)觀察到靈敏溫度計(jì)讀數(shù)下降。得出：氣體對(duì)外界做功，溫度下降，內(nèi)能減少。

氣體對(duì)外做功通過(guò)氣球的膨脹來(lái)展現(xiàn)，氣球的彈性勢(shì)能增加，勢(shì)必有物體對(duì)它做功，而做功的物體就是氣體。

實(shí)驗(yàn)中內(nèi)能的減少通過(guò)溫度的降低來(lái)體現(xiàn)，這一點(diǎn)學(xué)生比較清楚，而且不需要通過(guò)轉(zhuǎn)換思想、也不需要溫度降低使氣體發(fā)生液化這一知識(shí)儲(chǔ)備。這樣一來(lái)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出就變得簡(jiǎn)單了，即使是沒(méi)有“溫度降低使氣體發(fā)生液化”這一知識(shí)儲(chǔ)備的同學(xué)也能理解在這一過(guò)程中氣體內(nèi)能減少。同時(shí)也讓學(xué)生建立良好的感性認(rèn)識(shí)，并為進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)分析打下基礎(chǔ)。

2.降低實(shí)驗(yàn)操作難度，提高實(shí)驗(yàn)的成功率

有的演示實(shí)驗(yàn)之所以看不到預(yù)想的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的操作難度大，在實(shí)驗(yàn)操作中，老師難以控制，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

案例3：“二氧化碳密度大于空氣密度”實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)中，我們通常會(huì)進(jìn)行如右圖所示的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中很容易出現(xiàn)兩支蠟燭同時(shí)熄滅，甚至下方的蠟燭先熄滅的現(xiàn)象。與所設(shè)想的現(xiàn)象截然不同，導(dǎo)致進(jìn)一步的學(xué)習(xí)無(wú)法開(kāi)展。

導(dǎo)致這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因有以下兩點(diǎn)：

（1）在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，由于二氧化碳是看不見(jiàn)的，很難從預(yù)想的位置按預(yù)想的方式將二氧化碳倒入瓶中。

（2）實(shí)驗(yàn)中由于蠟燭上方有熱氣流影響，導(dǎo)致二氧化碳?xì)怏w不能正常下降。

針對(duì)以上兩個(gè)原因，我們可以在實(shí)驗(yàn)中如右圖所示增加一個(gè)漏斗，這樣二氧化碳可以通過(guò)漏斗均勻地落入我們所預(yù)想的位置。同時(shí)，漏斗有一定的隔熱效果和限制二氧化碳運(yùn)動(dòng)路徑的效果，這樣就避免了大面積的二氧化碳受熱空氣影響無(wú)法下落的現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)是否成功對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)說(shuō)是最重要的環(huán)節(jié)，如果實(shí)驗(yàn)不成功，那么圍繞實(shí)驗(yàn)所展開(kāi)的學(xué)習(xí)就無(wú)從談起。而降低操作難度可以有效提高實(shí)驗(yàn)的成功率。

三、合理縮短反應(yīng)時(shí)間，提高課堂學(xué)習(xí)效率

有些演示實(shí)驗(yàn)必須經(jīng)過(guò)比較長(zhǎng)的時(shí)間才能得到一定量的產(chǎn)物，而沒(méi)有一定量的產(chǎn)物，實(shí)驗(yàn)將無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。這時(shí)，等待就變成必須的了。如果讓學(xué)生進(jìn)行沒(méi)有觀察內(nèi)容和思考內(nèi)容的等待，是低效、甚至無(wú)效的學(xué)習(xí)。會(huì)大大降低學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和觀察的專(zhuān)注度。

案例2：“電解水”實(shí)驗(yàn)

如果實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的氧氣和氫氣的量不夠，就無(wú)法進(jìn)行帶火星木條復(fù)燃實(shí)驗(yàn)和氫氣點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)。而在實(shí)驗(yàn)中，要想得到足夠量的氧氣來(lái)完成復(fù)燃實(shí)驗(yàn)，大約需要15分鐘。

該實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題就是實(shí)驗(yàn)需要等待的時(shí)間太長(zhǎng)，為此，我們可以從縮短反應(yīng)時(shí)間、加快反應(yīng)速度的角度來(lái)解決問(wèn)題。針對(duì)該實(shí)驗(yàn)，可以從3個(gè)方面來(lái)加快反應(yīng)速度：

（1）增加實(shí)驗(yàn)中電源兩端的電壓

（2）選擇反應(yīng)速度相對(duì)較快的電解質(zhì)

由于純凈的水是不導(dǎo)電的，所以在該實(shí)驗(yàn)中為了讓水帶電，需要在水中加入電解質(zhì)。常用的電解質(zhì)有三種：氯化鈉、稀硫酸、氫氧化鈉溶液。筆者的經(jīng)驗(yàn)是，相同濃度的以上三種溶液，氫氧化鈉的反應(yīng)速度是最快的。

（3）增加實(shí)驗(yàn)中電解質(zhì)的濃度

該實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)電壓為8伏時(shí)，在水中加入約3毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鈉溶液，3分鐘即可收集到氧氣約3.5毫升、氫氣約7毫升。如此劑量的氫氣和氧氣進(jìn)行燃燒和氧氣復(fù)燃實(shí)驗(yàn)效果非常明顯，而且對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的思考來(lái)說(shuō)，3分鐘的時(shí)間是必要的。這樣一來(lái)，就不會(huì)出現(xiàn)漫長(zhǎng)的等待時(shí)間，大大提高了學(xué)習(xí)效率。

當(dāng)然，需要在合理范圍內(nèi)盡量有效地縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，不能以犧牲實(shí)驗(yàn)觀察效果為代價(jià)。

合理縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間可以很好地抓住學(xué)生觀察的興奮點(diǎn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也能很好地保持學(xué)生學(xué)習(xí)的專(zhuān)注度，更是提高課堂學(xué)習(xí)效率的有效途徑。

四、改變實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式，讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)過(guò)程的設(shè)計(jì)中來(lái)

科學(xué)中有一些實(shí)驗(yàn)是通過(guò)科學(xué)家們不斷思考，不斷積累而設(shè)計(jì)出來(lái)的。僅僅由教師介紹實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生的參與程度不高。以學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的積累，設(shè)計(jì)出或想到如此經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的。如測(cè)量空氣中氧氣含量的演示實(shí)驗(yàn)就是如此。

案例3：“測(cè)量空氣中氧氣含量”實(shí)驗(yàn)

圖一

圖二

圖三

實(shí)驗(yàn)中，我們采用直接將圖一所示的裝置呈現(xiàn)在學(xué)生面前的操作存在的問(wèn)題：

這時(shí)學(xué)生有一系列的疑惑：“我們?yōu)槭裁匆c(diǎn)燃紅磷？為什么要在瓶子上劃5等份？右邊為什么要放水？”在這里學(xué)生并不理解我們?yōu)槭裁匆@么做。這時(shí)學(xué)生的思維就跟不上我們的教學(xué)了。

解決措施：

改直接呈現(xiàn)為間接呈現(xiàn)，先進(jìn)行如圖二所示的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析、思考，最終引出預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)步驟：

接下來(lái)引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)：紅磷現(xiàn)在這么快就熄滅了？這說(shuō)明了什么？你能解釋為什么這個(gè)燃燒匙現(xiàn)在很難拔出來(lái)嗎？（同時(shí)出示如圖三所示的圖片）

進(jìn)一步的師生思考、探討，最終呈現(xiàn)出如圖一所示的實(shí)驗(yàn)方案。

在演示實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的參與既有對(duì)現(xiàn)象的觀察，也有對(duì)教師實(shí)驗(yàn)操作的理解、領(lǐng)會(huì)。而學(xué)生對(duì)教師實(shí)驗(yàn)操作的領(lǐng)會(huì)往往需要一個(gè)思維過(guò)程，特別是一些離學(xué)生思維起點(diǎn)比較遠(yuǎn)的實(shí)驗(yàn)操作步驟（如以上3個(gè)實(shí)驗(yàn)中教師給出的操作步驟），學(xué)生絕非通過(guò)告知就可以理解、領(lǐng)會(huì)。

演示實(shí)驗(yàn)是一種教師操作，學(xué)生觀察、思考的實(shí)驗(yàn)形式。教師的“做”是學(xué)生觀察的起點(diǎn)，沒(méi)有高效、成功的演示，學(xué)生的高效學(xué)習(xí)就無(wú)從談起。而實(shí)驗(yàn)的實(shí)效、效率，既是教師自身素養(yǎng)的體現(xiàn)，更是關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的體現(xiàn)。以上就是筆者對(duì)課堂演示實(shí)驗(yàn)中一些問(wèn)題的思考以及一些粗淺的想法，望起到拋磚引玉的作用。

參考文獻(xiàn)：

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·編輯杜嫣然