科學實驗改進與創(chuàng)新

1、科學實驗改進與創(chuàng)新 在上初中科學教材的實驗時，我們往往會遇到實驗失敗或者不良的現象。比如，實驗現象與教材上的不一致，或者產生與實驗原理不一致甚至相反的情況；也會看到因為實驗過程混亂而導致實驗失敗。有些是因為實驗裝置缺失從而使實驗流于形式，有的是實驗裝置過于繁瑣，教師不愿意實驗，最后是以教師講授知識讓孩子記住背熟的如何讓實驗更好地展現在學生面前，凸顯科學實驗現象、實驗過程，幫助學生建立科學概念、科學規(guī)律，使實驗服務于教學，激發(fā)學生的學習興趣。這些都值得我們探討研究。 一、改進實驗試劑，呈現實驗現象 在科學實驗中，我們通常根據“實驗目的實驗原理實驗器材與試劑實驗步驟實驗現象實驗結果實驗結論”等順序

2、展開實驗教學，一般都能收到較好的教學效果。但是，教師往往關注實驗原理和實驗步驟，忽略了對實驗試劑的選擇，對實驗試劑的濃度、實驗試劑的種類沒有詳細考慮，結果出現與教材實驗現象“相反”或“不如人意”的現象。 實驗1 光合作用需要光碘液檢驗淀粉 事件回放 一些年輕教師，在做“綠葉在陽光下制造淀粉”的實驗時，取經過暗處理并光照4小時的天竺葵，用水浴法并經酒精脫色，充分漂洗后，向葉片滴加溶質質量分數為3%、5%、10%的碘液，發(fā)現葉片變?yōu)樽睾谏?，并沒有教材上所說的顯示藍色。教師說，這是由于淀粉太少所致。 實驗分析 主要是這些年輕教師經驗不足，選擇的試劑濃度太大，而不是淀粉太少，結果顯示的是碘液的顏色。若

3、是淀粉過多，我們用碘液甚至固體碘放在饅頭上，結果明顯變藍色，所以不是淀粉過多的原因。 實驗改進 采用2009年溫州市科學中考卷的實驗探究題第31題的做法，取經過暗處理并光照4小時、脫色、漂洗后的葉片，分成四組，將溶質質量分數為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%的碘液分別滴在各組葉片上，結果發(fā)現只有滴加0.04%的碘液的葉片，其顏色變?yōu)榱祟A期的藍色。 優(yōu)點 實驗現象明顯，實驗材料節(jié)省，效果好，可以有效激活學生對實驗的興趣，從而有效提高教學質量。 建議浙教版科學教材在本實驗中給出“碘液的濃度為0.04%以及滴入12滴的碘液”的說明。 反思 作為科學教師，在做一個復雜的實驗，哪怕是一個簡

4、單的實驗，我們自己都要預先進行實驗。在選擇實驗材料時，應該從不同的角度去選擇，比如從干燥程度、濃度、氧化程度、含雜質的比例、酸堿性等角度去思考。 二、改進實驗操作，凸顯實驗過程 在實驗設計中，應盡可能選擇操作簡單、方便、安全的實驗，實驗裝置簡單易學，實驗條件易于控制，便于初中生操作，實驗時間也較為合理，利于課堂教學，涉及的儀器設備易于取用等。但教學中一些教師為了節(jié)省時間，對實驗儀器、實驗裝置、實驗步驟、實驗操作等沒有深入考慮，只是按照教材上提供的設計，沒有深入研究，結果往往失敗，繼而自圓其說，還要求學生記住實驗現象和實驗結論。 實驗2 熔化與凝固實驗改進 事件回放 在晶體熔化的實驗中，教學實踐

5、中主要出現兩種現象：一是用海波做熔化實驗，但是實驗過程中“海波熔化溫度不變”沒有顯示出來，而且耗時也較多，甚至失敗也很多；二是一些教師采取“冰熔化代替海波熔化”實驗，觀察發(fā)現冰在熔化過程中比較緩慢，且過程明顯。同時，學生用溫度計可以測出冰熔化時的溫度，固液共存的狀態(tài)也很明顯，而且不用加熱，簡單明了，畫出的曲線圖有一段明顯的“水平線”即熔化過程?？上У氖撬套霾怀伞?實驗分析 第一類教師失敗的原因是海波量過少，導致熔化過程一閃而過不明顯。同時，這些教師實驗前準備不夠，采用冷水加熱，導致時間過長。第二類選擇冰塊熔化，過程明顯，但是水凝固就做不成了，因為我們上課一般在夏季，課堂上很難實現，即使在冬

6、季，在短時間里也是不容易做到的。 實驗改進 放入更多的海波，約為大試管容積的三分之一；計時間隔稍短一些，教材上采用的是30秒，建議每10秒至20秒，比如15秒讀數一次，并記錄海波熔化的情況，以及固液變化情況。熔化之后，教師一邊引導學生歸納總結海波熔化的特點，一邊讓海波慢慢冷卻，節(jié)省時間。 優(yōu)點 改進后，這兩個方法都能提高實驗成功率，實驗過程很簡單，現象很明顯。 反思 改進實驗是因為原實驗熔化過程太快了，熔化過程不明顯，幾秒鐘就過了，整個實驗的過程需要15分鐘以上，尤其是對平時實驗不夠重視的學生，需要更長的時間。但是，海波熔化采用水浴法加熱，作為科學實驗的一種基本技能，教材在本節(jié)中選擇海波作為晶

7、體熔化的試劑自有其道理，因為在八年級科學的光合作用實驗中，仍然用到水浴法加熱，而且光合作用實驗更加復雜，要求更高。 因此，本節(jié)的水浴法加熱也為后續(xù)學習打下基礎，建議選擇海波熔化。當然，在海波熔化的基礎上，增加冰的熔化、萘的熔化等實驗，為拓展學生思維是有很大幫助的。 三、科學設計實驗，引發(fā)認知沖突 科學性是科學實驗教學的基本原則，它不是變魔術，也不是演員表演，必須實事求是，遵循自然規(guī)律，不弄虛作假?？茖W實驗設計也是如此，必須遵循科學本質，能準確地驗證科學原理，并能得出科學結論，同時，實驗設計也要考慮學生的前概念干擾，符合學生的認知規(guī)律，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度。如果一個實驗設計違背了科學規(guī)律，

8、不符合實驗要求，其就沒有創(chuàng)新的價值。 實驗3 空氣對流實驗的設計 事件回放 浙教版教材八上第2章第一節(jié)大氣層中關于空氣對流，教材設計了這樣一個實驗：在燒杯中加入適量的水，用酒精燈加熱。燒杯中的水會流動嗎？空氣受熱時，是否也會和燒杯中的水一樣流動起來呢？點燃一段線香，橫插在橡皮泥上，把一只大號燒杯倒扣在桌面上，線香置于中間。根據上面兩個活動，你能得出水和空氣的對流運動規(guī)律嗎？如果能，請在圖1中用箭頭表示出空氣對流運動的規(guī)律。 實驗中出現了兩種現象：當線香燃燒處靠近燒杯壁時，學生能夠看到線香的青煙沿著燒杯內壁做循環(huán)對流；當線香處于中心的時候，線香的青煙對流路徑比較亂?？上Ы處煕]有把這兩個現象提出來

9、進行分析。 實驗分析 教師沒有事先考慮實驗的操作順序，應該先做靠近杯壁，形成單向環(huán)流現象，便于學生分析，再做中心的，出現雙環(huán)流現象，再引導學生分析就比較好理解。所以，實驗的操作順序也是影響實驗教學的一個重要因素。但即便是這樣做了，仍然難以理解對流的原理。 實驗改進 如圖2所示，用鐵絲把線香提升到燒杯壁中部位置，點燃線香，觀察到線香的青煙徐徐向上。此時，點燃酒精燈，將會觀察到青煙徐徐向下。教師可以追問，為什么青煙本來是向上的，酒精燈點燃后看到青煙向下？學生思考后發(fā)現，這是由于加熱部分的空氣受熱膨脹密度變小而上升，右側的空氣溫度變化不大密度相對大一些而下沉。就這樣，周而復始，不斷對流。 或者把裝置

10、改為如圖3所示，點燃線香，看到線香的青煙徐徐上升，此時，點燃酒精燈，將會看到青煙徐徐向下并向U形管右測上升，直到青煙離開右側管口。 改進后的實驗現象使學生非常興奮，也很容易找到產生對流的原因。 優(yōu)點 本實驗突破了教材中原實驗設計，激發(fā)學生的認知沖突，解開了學生由于前概念（生活中青煙就是上升的）所帶來的困惑。因此，本實驗能準確地驗證科學原理，即空氣對流引起青煙流動變化，促使學生得出科學結論。建議教材對此實驗作一些修改。 反思 線香燃燒放出青煙，徐徐上升，這是什么原因？是青煙密度較小上升，還是空氣受熱密度變小上升而促使青煙上升？學生對此產生的困惑：是受日常生活中的現象煙總是上升的，遇到燒杯底部受阻

11、自然改道向下，可能是青煙自身原因。如果這樣理解，學生就沒有真正搞清楚對流的原因。 四、加強原理分析，突出科學本質 科學原理對初學者來說是比較抽象的，尤其是概念建構的時候，學生對于嚴謹的科學概念往往理解不夠。這就需要教師通過不同的教學策略來解決學生的前概念，建立新的科學概念，而實驗是科學概念建構的一個重要方法。所以，需要教師充分挖掘科學原理的內涵，通過實驗展示出來。但是，一些教師為了節(jié)省時間，不做這些實驗，而是采取照本宣科的方式，要求學生把結論、現象等記住，學生看起來是懂的，實際上還沒有深入理解概念，結果還是影響了教學效果。 實驗4 浮力方向的實驗 事件回放 關于浮力方向的教學，大多數教師一直是

12、采用二力平衡的原理，與重力方向相反。經常不做實驗，而是通過受力分析圖，組織學生討論、師生互動來解決這個問題。 實驗分析 “浮力”相對于“力”來說，是一個下位概念，浮力概念要從屬于力的概念。我們可以采取力的三要素來引導學生組織浮力概念的學習，通過實驗教學的方法，幫助學生建構浮力的概念。 實驗改進 能否利用實驗把浮力的方向直觀地展示出來呢？我們可以引導學生回顧重力方向的實驗，利用重錘線把重力的方向演示出來。受此啟發(fā)，我們可以利用一個塑料球，系上一根細線，另一端固定在燒杯底部，使燒杯不斷傾斜，會發(fā)現細線一直是豎直向上的，如圖4。 優(yōu)點 浮力方向能夠顯性地表示出來，學生比較容易理解。 反思 充分挖掘概

13、念中的基本要素來設計實驗，突破難點。 五、開放實驗思路，啟迪學生思維 實驗6 地球形狀模擬實驗 事件回放 既然有“天涯海角”，我們在地面上為什么總是走不到邊？為什么遠去帆船的船身比桅桿先消失？教材設計了這樣一個活動：把籃球和木板置于同一水平視線上，如圖5，把鉛筆頭豎直朝下，分別由A向B和由C向D移動，觀察鉛筆的長度和鉛筆頭隨位置的變化而發(fā)生的變化。通過此活動，我們知道海面上遠去的船只船身比桅桿先消失的原因是什么。 實驗分析 試想，“海面上遠去的船只船身比桅桿先消失的原因是什么？”難道這就能說明地球是一個球體？這個現象說明地球是“不平的”，是“弧形的”，是“波形的”，也可能是“球形的”基于此，教材上的實驗設計顯得比較單一，不免讓學生感覺到地球要么是球形的，要么是方形的，二元選擇顯然欠妥。 實驗改進 教師為學生提供了更多的材料，比如平直的木板、籃球、橄欖球、波形體、長方體等不同形狀的物體，讓學生體驗“海面上遠去的船只船身比桅桿先消失”的現象。學生可以排除“是方的”還是“波形的”等形狀。 優(yōu)點 這樣設計的實驗比較開放，學生在選擇不同的物體來進行實驗的時候，是在不斷地建構自己的概念地球不是方的，也不是波形的，可能是圓弧形的、球形的。 建議教材在設計該實