陳慶旦

[摘? ?要]以華師大版教材初中科學(xué)七年級(jí)《陽(yáng)光的傳播》一課為例，探討初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施。多樣化改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，可提高實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度，深化學(xué)生的思維，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)改進(jìn);初中科學(xué)教學(xué);陽(yáng)光的傳播

[中圖分類號(hào)]? ?G633.98? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ?A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ?1674-6058（2019）02-0075-03

【案例背景】

筆者曾在浙江省疑難問(wèn)題研討會(huì)上開(kāi)設(shè)一節(jié)內(nèi)容為《陽(yáng)光的傳播》的觀摩課，并對(duì)課堂演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)做了一些改進(jìn)。而在常規(guī)課中，教師大多是通過(guò)講授法和微型實(shí)驗(yàn)來(lái)開(kāi)展教學(xué)，根本無(wú)法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，且實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)度低，實(shí)驗(yàn)效果不佳?；诖?，筆者借助海波溶液向?qū)W生展示“光在不均勻介質(zhì)中不沿直線傳播”的規(guī)律，利用自制暗箱研究小孔成像的規(guī)律。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，更加形象地展示了科學(xué)知識(shí)的形成和發(fā)展過(guò)程，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了豐富的感性材料，有效提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。下面筆者就本節(jié)課中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)進(jìn)行展示和分析。

【案例描述】

1.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料，妙筆生輝

情境：太陽(yáng)光從大氣層的頂端射向地面的過(guò)程中，傳播路線還是直線嗎？

教師邊演示實(shí)驗(yàn)邊講解，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①用指星筆射向水槽（如圖1）。

②通過(guò)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象投影在大屏幕上。

現(xiàn)象：隨著海波溶液的加入，光線由直線變?yōu)閺澢?經(jīng)攪拌后，溶液變成均勻，光線又由彎曲變成直線。

結(jié)論：光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播;在不均勻介質(zhì)中不沿直線傳播。（如圖2）

【反思】在常規(guī)課中，由于無(wú)法找到合適的實(shí)驗(yàn)材料來(lái)演示不均勻介質(zhì)，很多教師往往采用講授法直接向?qū)W生灌輸知識(shí)，或者干脆避而不談。這樣導(dǎo)致學(xué)生的知識(shí)鏈有所缺失。還有一些教師根據(jù)“空氣在酒精燈加熱時(shí)變得不均勻而使光的傳播路線發(fā)生改變（實(shí)質(zhì)上就是光點(diǎn)的微小晃動(dòng)）”來(lái)演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)度低，效果差。而案例中的演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)觀摩效果非常好。在實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)度、高度和寬度上也做了多次改進(jìn)。再加上利用實(shí)物投影儀將那一束藍(lán)色而“憂郁”的光線放大在屏幕中，使得學(xué)生終身難忘。而且當(dāng)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(shí)，光線又由彎曲變?yōu)橹本€。這樣通過(guò)視覺(jué)上的對(duì)比，使得學(xué)生由此建構(gòu)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)不可摧。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方式，異曲同工

情境：在樹(shù)底下乘涼時(shí)除了發(fā)現(xiàn)樹(shù)枝的影子之外，你還能發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？

（學(xué)生討論交流，部分學(xué)生回答“發(fā)現(xiàn)了光的斑點(diǎn)”）

提問(wèn)：斑點(diǎn)是什么形狀的？

【學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)】模擬地面上的圓形光斑。（如圖3-1、3-2、3-3）

①用小夜燈來(lái)模擬太陽(yáng)。

②用挖有不同形狀的黑紙片來(lái)模擬樹(shù)枝形成的空隙。

③用桌面模擬地面。

請(qǐng)每個(gè)小組的學(xué)生代表介紹實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)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(xiàn)象：當(dāng)孔的形狀很大時(shí)，光斑的形狀與孔的形狀一致;當(dāng)孔的形狀很小時(shí)，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(xué)實(shí)驗(yàn)是為解決問(wèn)題而設(shè)置的，當(dāng)學(xué)生的認(rèn)知推理存在障礙時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)他們利用身邊的物品模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)研究，解決問(wèn)題。教學(xué)實(shí)驗(yàn)絕不能讓教師唱獨(dú)角戲。筆者在本案例中不僅采用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn) ，還提供挖有不同形狀、不同大小的小孔的黑紙片讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和學(xué)生原有的認(rèn)知發(fā)生沖突時(shí)，讓學(xué)生交換實(shí)驗(yàn)器材再次實(shí)驗(yàn)，最后引導(dǎo)學(xué)生交流討論，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這樣對(duì)實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行改進(jìn)，符合學(xué)生好動(dòng)和好奇的心理特征，而不同小組的實(shí)驗(yàn)器材不同，但現(xiàn)象是相同的，起到了異曲同工的作用。同時(shí)，分組實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度和學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性都是演示實(shí)驗(yàn)所無(wú)法達(dá)到的。

3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(guī)律？

演示實(shí)驗(yàn)：

①利用圓形燈管來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更換不同形狀的小孔，讓學(xué)生觀察像的形狀。學(xué)生發(fā)現(xiàn)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(kāi)關(guān)，讓學(xué)生觀察像的形狀。

③用黑紙遮住光源的左邊，閉合開(kāi)關(guān)，讓學(xué)生觀察像的形狀。

現(xiàn)象：成倒立的像;成左右相反的像。

提問(wèn)：小孔為什么能成像？

借助幻燈機(jī)演示讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律（如圖5）。

【反思】在常規(guī)課中，教師通常利用蠟燭和紙杯進(jìn)行小孔成像實(shí)驗(yàn)的演示，但是可見(jiàn)度低。即使采取學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，光源的形狀仍無(wú)法改變，物距和像距也無(wú)法隨意改變，使得實(shí)驗(yàn)的效果不盡如人意。本課中，筆者通過(guò)自制的大型暗箱來(lái)探究小孔所成的像的形狀與小孔和光源的形狀是否有關(guān)，尤其是通過(guò)遮擋燈光來(lái)改變光源的形狀，設(shè)計(jì)巧妙。而且暗箱既能移動(dòng)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(gòu)思新穎，可見(jiàn)度高。

【教學(xué)啟示】

“千言萬(wàn)語(yǔ)道不清，一看實(shí)驗(yàn)便分明?！笨梢哉f(shuō)，實(shí)驗(yàn)在科學(xué)教學(xué)中的地位是無(wú)可替代的。在教學(xué)中，教師切不可一味地給學(xué)生灌輸知識(shí)，借助實(shí)驗(yàn)不失為一種有效的教學(xué)方法。魔術(shù)般的現(xiàn)象除了能讓學(xué)生感到驚奇外，還能激發(fā)學(xué)生的探究欲望。結(jié)合本案例的教學(xué)，筆者就科學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方面談幾點(diǎn)自己的看法。

1.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料和器材，打好實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

古人云：“工欲善其事，必先利其器。” 讓實(shí)驗(yàn)效果更加明顯的必要條件是選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材?，F(xiàn)筆者將本案例中三個(gè)實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)器材、注意事項(xiàng)和實(shí)驗(yàn)裝置圖等內(nèi)容羅列如下：

實(shí)驗(yàn)材料和器材的有效選擇是成功實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的保證。比如，在初中科學(xué)第五冊(cè)第25頁(yè)“向硫酸銨濃溶液中滴加氫氧化鈉溶液”的實(shí)驗(yàn)中，如果將氫氧化鈉溶液改為氫氧化鈉固體，放出氨氣會(huì)非?？?，實(shí)驗(yàn)效果更明顯。在電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，如果增加電流放大器和靈敏電流表，會(huì)使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)形式和方式，多方位碰撞思維

初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以視教學(xué)需要、實(shí)驗(yàn)操作的難易度、實(shí)驗(yàn)的能見(jiàn)度等實(shí)際情況，將演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)改為課外實(shí)驗(yàn)。本案例中，實(shí)驗(yàn)2器材簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象明顯，安排為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)效果十分好，而且先明確太陽(yáng)光斑的形成原理，為實(shí)驗(yàn)3的演示奠定思維基礎(chǔ)。同時(shí)筆者在本節(jié)課的課后還安排了課外探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生利用家庭廢舊物品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步研究“小孔成像”實(shí)驗(yàn)中像的大小與什么有關(guān)?？傊?，教師的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)如果能讓學(xué)生的思維碰撞出火花，激起學(xué)生的探究欲望，就是成功的。

3.提升實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度和可觀度，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)，尤其是演示實(shí)驗(yàn)，不僅要追求過(guò)程和結(jié)果，還必須要有一定的可見(jiàn)度，才能將實(shí)驗(yàn)完美地向?qū)W生展示，否則將毫無(wú)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(shí)驗(yàn)的可觀度。又如，演示光在空氣中的傳播實(shí)驗(yàn)時(shí)，事先在密閉空間里點(diǎn)上蚊香;演示光在液體中的傳播實(shí)驗(yàn)時(shí)，事先放入少量的石灰粉;演示光在固體中的傳播實(shí)驗(yàn)時(shí)，用黑紙作為背景，都可大大提高實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度，取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。此外，我們還應(yīng)盡可能地將器材“放大”，如利用實(shí)物投影或大屏幕顯示，讓學(xué)生觀察得更清楚，從而提升實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度和可觀度，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

4.提高實(shí)驗(yàn)器材的利用率，做到低成本、高產(chǎn)出

每個(gè)人都在追求“物廉價(jià)美”。低成本實(shí)驗(yàn)不僅要做到實(shí)驗(yàn)材料價(jià)格低廉、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用低，還要盡可能地“一材多用”。本案例的實(shí)驗(yàn)器材都是隨手可得的物品，這樣改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生深切地感受到科學(xué)和生活、科學(xué)和社會(huì)的密切聯(lián)系。同時(shí)很好地滲透了STEM的教育理念，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)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(guī)律及像與孔的關(guān)系，還能研究物距和像距的關(guān)系，可謂一材多用。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，如果實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備過(guò)多，會(huì)讓學(xué)生眼花繚亂，所以應(yīng)盡可能地做到一材多用。例如，在教學(xué)“浮沉條件”時(shí)，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(jìn)，就能將學(xué)生的思維推到一個(gè)新的高度，進(jìn)而做到低成本、高產(chǎn)出。

【結(jié)束語(yǔ)】

實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，是一項(xiàng)研究，也是一種創(chuàng)造。不墨守成規(guī)，是革新與創(chuàng)造的精髓。 我們不能為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該是為了獲取知識(shí)和提升能力而開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。而改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的目的是發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的作用，不能為“改”而改。對(duì)此，教師可根據(jù)實(shí)際情況，在遵循科學(xué)性、可操作性、實(shí)用性原則的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)的方方面面進(jìn)行恰到好處的改進(jìn)，從而有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

（責(zé)任編輯? ? 黃春香）