科學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新

1、科學(xué)試驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新 在上學(xué)校科學(xué)教材的試驗(yàn)時(shí)，我們往往會(huì)遇到試驗(yàn)失敗或者不良的現(xiàn)象。比如，試驗(yàn)現(xiàn)象與教材上的不全都，或者產(chǎn)生與試驗(yàn)原理不全都甚至相反的狀況；也會(huì)看到由于試驗(yàn)過(guò)程混亂而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。有些是由于試驗(yàn)裝置缺失從而使試驗(yàn)流于形式，有的是試驗(yàn)裝置過(guò)于繁瑣，老師不情愿試驗(yàn)，最終是以老師講授學(xué)問(wèn)讓孩子記住背熟的如何讓試驗(yàn)更好地呈現(xiàn)在同學(xué)面前，凸顯科學(xué)試驗(yàn)現(xiàn)象、試驗(yàn)過(guò)程，掛念同學(xué)建立科學(xué)概念、科學(xué)規(guī)律，使試驗(yàn)服務(wù)于教學(xué)，激發(fā)同學(xué)的學(xué)習(xí)愛(ài)好。這些都值得我們探討爭(zhēng)辯。 一、改進(jìn)試驗(yàn)試劑，呈現(xiàn)試驗(yàn)現(xiàn)象 在科學(xué)試驗(yàn)中，我們通常依據(jù)“試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)原理試驗(yàn)器材與試劑試驗(yàn)步驟試驗(yàn)現(xiàn)象試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)論”等挨次

2、開(kāi)放試驗(yàn)教學(xué)，一般都能收到較好的教學(xué)效果。但是，老師往往關(guān)注試驗(yàn)原理和試驗(yàn)步驟，忽視了對(duì)試驗(yàn)試劑的選擇，對(duì)試驗(yàn)試劑的濃度、試驗(yàn)試劑的種類(lèi)沒(méi)有具體考慮，結(jié)果消滅與教材試驗(yàn)現(xiàn)象“相反”或“不如人意”的現(xiàn)象。 試驗(yàn)1 光合作用需要光碘液檢驗(yàn)淀粉 大事回放 一些年輕老師，在做“綠葉在陽(yáng)光下制造淀粉”的試驗(yàn)時(shí)，取經(jīng)過(guò)暗處理并光照4小時(shí)的天竺葵，用水浴法并經(jīng)酒精脫色，充分漂洗后，向葉片滴加溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、5%、10%的碘液，發(fā)覺(jué)葉片變?yōu)樽睾谏?，并沒(méi)有教材上所說(shuō)的顯示藍(lán)色。老師說(shuō)，這是由于淀粉太少所致。 試驗(yàn)分析 主要是這些年輕老師閱歷不足，選擇的試劑濃度太大，而不是淀粉太少，結(jié)果顯示的是碘液的顏色。若

3、是淀粉過(guò)多，我們用碘液甚至固體碘放在饅頭上，結(jié)果明顯變藍(lán)色，所以不是淀粉過(guò)多的緣由。 試驗(yàn)改進(jìn) 接受2009年溫州市科學(xué)中考卷的試驗(yàn)探究題第31題的做法，取經(jīng)過(guò)暗處理并光照4小時(shí)、脫色、漂洗后的葉片，分成四組，將溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%的碘液分別滴在各組葉片上，結(jié)果發(fā)覺(jué)只有滴加0.04%的碘液的葉片，其顏色變?yōu)榱祟A(yù)期的藍(lán)色。 優(yōu)點(diǎn) 試驗(yàn)現(xiàn)象明顯，試驗(yàn)材料節(jié)省，效果好，可以有效激活同學(xué)對(duì)試驗(yàn)的愛(ài)好，從而有效提高教學(xué)質(zhì)量。 建議浙教版科學(xué)教材在本試驗(yàn)中給出“碘液的濃度為0.04%以及滴入12滴的碘液”的說(shuō)明。 反思 作為科學(xué)老師，在做一個(gè)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，哪怕是一個(gè)簡(jiǎn)

4、潔的試驗(yàn)，我們自己都要預(yù)先進(jìn)行試驗(yàn)。在選擇試驗(yàn)材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)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(zhì)的比例、酸堿性等角度去思考。 二、改進(jìn)試驗(yàn)操作，凸顯試驗(yàn)過(guò)程 在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能選擇操作簡(jiǎn)潔、便利、平安的試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)潔易學(xué)，試驗(yàn)條件易于把握，便于學(xué)校生操作，試驗(yàn)時(shí)間也較為合理，利于課堂教學(xué)，涉及的儀器設(shè)備易于取用等。但教學(xué)中一些老師為了節(jié)省時(shí)間，對(duì)試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)操作等沒(méi)有深化考慮，只是依據(jù)教材上供應(yīng)的設(shè)計(jì)，沒(méi)有深化爭(zhēng)辯，結(jié)果往往失敗，繼而自圓其說(shuō)，還要求同學(xué)記住試驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)論。 試驗(yàn)2 熔化與凝固試驗(yàn)改進(jìn) 大事回放 在晶體熔化的試驗(yàn)中，教學(xué)實(shí)踐

5、中主要消滅兩種現(xiàn)象：一是用海波做熔化試驗(yàn)，但是試驗(yàn)過(guò)程中“海波熔化溫度不變”沒(méi)有顯示出來(lái)，而且耗時(shí)也較多，甚至失敗也很多；二是一些老師實(shí)行“冰熔化代替海波熔化”試驗(yàn)，觀看發(fā)覺(jué)冰在熔化過(guò)程中比較緩慢，且過(guò)程明顯。同時(shí)，同學(xué)用溫度計(jì)可以測(cè)出冰熔化時(shí)的溫度，固液共存的狀態(tài)也很明顯，而且不用加熱，簡(jiǎn)潔明白，畫(huà)出的曲線(xiàn)圖有一段明顯的“水平線(xiàn)”即熔化過(guò)程。惋惜的是水凝固做不成。 試驗(yàn)分析 第一類(lèi)老師失敗的緣由是海波量過(guò)少，導(dǎo)致熔化過(guò)程一閃而過(guò)不明顯。同時(shí)，這些老師試驗(yàn)前預(yù)備不夠，接受冷水加熱，導(dǎo)致時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。其次類(lèi)選擇冰塊熔化，過(guò)程明顯，但是水凝固就做不成了，由于我們上課一般在夏季，課堂上很難實(shí)現(xiàn)，即使在冬

6、季，在短時(shí)間里也是不簡(jiǎn)潔做到的。 試驗(yàn)改進(jìn) 放入更多的海波，約為大試管容積的三分之一；計(jì)時(shí)間隔稍短一些，教材上接受的是30秒，建議每10秒至20秒，比如15秒讀數(shù)一次，并記錄海波熔化的狀況，以及固液變化狀況。熔化之后，老師一邊引導(dǎo)同學(xué)歸納總結(jié)海波熔化的特點(diǎn)，一邊讓海波漸漸冷卻，節(jié)省時(shí)間。 優(yōu)點(diǎn) 改進(jìn)后，這兩個(gè)方法都能提高試驗(yàn)成功率，試驗(yàn)過(guò)程很簡(jiǎn)潔，現(xiàn)象很明顯。 反思 改進(jìn)試驗(yàn)是由于原試驗(yàn)熔化過(guò)程太快了，熔化過(guò)程不明顯，幾秒鐘就過(guò)了，整個(gè)試驗(yàn)的過(guò)程需要15分鐘以上，尤其是對(duì)平常試驗(yàn)不夠重視的同學(xué)，需要更長(zhǎng)的時(shí)間。但是，海波熔化接受水浴法加熱，作為科學(xué)試驗(yàn)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，由于在八班級(jí)科學(xué)的光合作用試驗(yàn)中，仍舊用到水浴法加熱，而且光合作用試驗(yàn)更加簡(jiǎn)單，要求更高。 因此，本節(jié)的水浴法加熱也為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，建議選擇海波熔化。當(dāng)然，在海波熔化的基礎(chǔ)上，增加冰的熔化、萘的熔化等試驗(yàn)，為拓展同學(xué)思維是有很大掛念的。 三、科學(xué)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，引發(fā)認(rèn)知沖突 科學(xué)性是科學(xué)試驗(yàn)教學(xué)的基本原則，它不是變魔術(shù)，也不是演員表演，必需實(shí)事求是，遵循自然規(guī)律，不弄虛作假?？茖W(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)也是如此，必需遵循科學(xué)本質(zhì)，能精確地驗(yàn)證科學(xué)原理，并能得出科學(xué)結(jié)論，同時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)也要考慮同學(xué)的前概念干擾，符合同學(xué)的認(rèn)知規(guī)律，培育同學(xué)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。假如一個(gè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)違反了科學(xué)規(guī)律，

8、不符合試驗(yàn)要求，其就沒(méi)有創(chuàng)新的價(jià)值。 試驗(yàn)3 空氣對(duì)流試驗(yàn)的設(shè)計(jì) 大事回放 浙教版教材八上第2章第一節(jié)大氣層中關(guān)于空氣對(duì)流，教材設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)試驗(yàn)：在燒杯中加入適量的水，用酒精燈加熱。燒杯中的水會(huì)流淌嗎？空氣受熱時(shí)，是否也會(huì)和燒杯中的水一樣流淌起來(lái)呢？點(diǎn)燃一段線(xiàn)香，橫插在橡皮泥上，把一只大號(hào)燒杯倒扣在桌面上，線(xiàn)香置于中間。依據(jù)上面兩個(gè)活動(dòng)，你能得出水和空氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)規(guī)律嗎？假如能，請(qǐng)?jiān)趫D1中用箭頭表示出空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。 試驗(yàn)中消滅了兩種現(xiàn)象：當(dāng)線(xiàn)香燃燒處靠近燒杯壁時(shí)，同學(xué)能夠看到線(xiàn)香的青煙沿著燒杯內(nèi)壁做循環(huán)對(duì)流；當(dāng)線(xiàn)香處于中心的時(shí)候，線(xiàn)香的青煙對(duì)流路徑比較亂。惋惜老師沒(méi)有把這兩個(gè)現(xiàn)象提出來(lái)

9、進(jìn)行分析。 試驗(yàn)分析 老師沒(méi)有事先考慮試驗(yàn)的操作挨次，應(yīng)當(dāng)先做靠近杯壁，形成單向環(huán)流現(xiàn)象，便于同學(xué)分析，再做中心的，消滅雙環(huán)流現(xiàn)象，再引導(dǎo)同學(xué)分析就比較好理解。所以，試驗(yàn)的操作挨次也是影響試驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要因素。但即便是這樣做了，仍舊難以理解對(duì)流的原理。 試驗(yàn)改進(jìn) 如圖2所示，用鐵絲把線(xiàn)香提升到燒杯壁中部位置，點(diǎn)燃線(xiàn)香，觀看到線(xiàn)香的青煙緩緩向上。此時(shí)，點(diǎn)燃酒精燈，將會(huì)觀看到青煙緩緩向下。老師可以追問(wèn)，為什么青煙原來(lái)是向上的，酒精燈點(diǎn)燃后看到青煙向下？同學(xué)思考后發(fā)覺(jué)，這是由于加熱部分的空氣受熱膨脹密度變小而上升，右側(cè)的空氣溫度變化不大密度相對(duì)大一些而下沉。就這樣，周而復(fù)始，不斷對(duì)流。 或者把裝置

10、改為如圖3所示，點(diǎn)燃線(xiàn)香，看到線(xiàn)香的青煙緩緩上升，此時(shí)，點(diǎn)燃酒精燈，將會(huì)看到青煙緩緩向下并向U形管右測(cè)上升，直到青煙離開(kāi)右側(cè)管口。 改進(jìn)后的試驗(yàn)現(xiàn)象使同學(xué)格外興奮，也很簡(jiǎn)潔找到產(chǎn)生對(duì)流的緣由。 優(yōu)點(diǎn) 本試驗(yàn)突破了教材中原試驗(yàn)設(shè)計(jì)，激發(fā)同學(xué)的認(rèn)知沖突，解開(kāi)了同學(xué)由于前概念（生活中青煙就是上升的）所帶來(lái)的困惑。因此，本試驗(yàn)?zāi)芫_地驗(yàn)證科學(xué)原理，即空氣對(duì)流引起青煙流淌變化，促使同學(xué)得出科學(xué)結(jié)論。建議教材對(duì)此試驗(yàn)作一些修改。 反思 線(xiàn)香燃燒放出青煙，緩緩上升，這是什么緣由？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？同學(xué)對(duì)此產(chǎn)生的困惑：是受日常生活中的現(xiàn)象煙總是上升的，遇到燒杯底部受阻

11、自然改道向下，可能是青煙自身緣由。假如這樣理解，同學(xué)就沒(méi)有真正搞清楚對(duì)流的緣由。 四、加強(qiáng)原理分析，突出科學(xué)本質(zhì) 科學(xué)原理對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)是比較抽象的，尤其是概念建構(gòu)的時(shí)候，同學(xué)對(duì)于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)概念往往理解不夠。這就需要老師通過(guò)不同的教學(xué)策略來(lái)解決同學(xué)的前概念，建立新的科學(xué)概念，而試驗(yàn)是科學(xué)概念建構(gòu)的一個(gè)重要方法。所以，需要老師充分挖掘科學(xué)原理的內(nèi)涵，通過(guò)試驗(yàn)呈現(xiàn)出來(lái)。但是，一些老師為了節(jié)省時(shí)間，不做這些試驗(yàn)，而是實(shí)行照本宣科的方式，要求同學(xué)把結(jié)論、現(xiàn)象等記住，同學(xué)看起來(lái)是懂的，實(shí)際上還沒(méi)有深化理解概念，結(jié)果還是影響了教學(xué)效果。 試驗(yàn)4 浮力方向的試驗(yàn) 大事回放 關(guān)于浮力方向的教學(xué)，大多數(shù)老師始終是

12、接受二力平衡的原理，與重力方向相反。經(jīng)常不做試驗(yàn)，而是通過(guò)受力分析圖，組織同學(xué)爭(zhēng)辯、師生互動(dòng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。 試驗(yàn)分析 “浮力”相對(duì)于“力”來(lái)說(shuō)，是一個(gè)下位概念，浮力概念要從屬于力的概念。我們可以實(shí)行力的三要素來(lái)引導(dǎo)同學(xué)組織浮力概念的學(xué)習(xí)，通過(guò)試驗(yàn)教學(xué)的方法，掛念同學(xué)建構(gòu)浮力的概念。 試驗(yàn)改進(jìn) 能否利用試驗(yàn)把浮力的方向直觀地呈現(xiàn)出來(lái)呢？我們可以引導(dǎo)同學(xué)回顧重力方向的試驗(yàn)，利用重錘線(xiàn)把重力的方向演示出來(lái)。受此啟發(fā)，我們可以利用一個(gè)塑料球，系上一根細(xì)線(xiàn)，另一端固定在燒杯底部，使燒杯不斷傾斜，會(huì)發(fā)覺(jué)細(xì)線(xiàn)始終是豎直向上的，如圖4。 優(yōu)點(diǎn) 浮力方向能夠顯性地表示出來(lái)，同學(xué)比較簡(jiǎn)潔理解。 反思 充分挖掘概

13、念中的基本要素來(lái)設(shè)計(jì)試驗(yàn)，突破難點(diǎn)。 五、開(kāi)放試驗(yàn)思路，啟迪同學(xué)思維 試驗(yàn)6 地球外形模擬試驗(yàn) 大事回放 既然有“天際海角”，我們?cè)诘孛嫔蠟槭裁纯偸亲卟坏竭叄繛槭裁催h(yuǎn)去帆船的船身比桅桿先消逝？教材設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)活動(dòng)：把籃球和木板置于同一水平視線(xiàn)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(dòng)，觀看鉛筆的長(zhǎng)度和鉛筆頭隨位置的變化而發(fā)生的變化。通過(guò)此活動(dòng)，我們知道海面上遠(yuǎn)去的船只船身比桅桿先消逝的緣由是什么。 試驗(yàn)分析 試想，“海面上遠(yuǎn)去的船只船身比桅桿先消逝的緣由是什么？”莫非這就能說(shuō)明地球是一個(gè)球體？這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)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，教材上的試驗(yàn)設(shè)計(jì)顯得比較單一，不免讓同學(xué)感覺(jué)到地球要么是球形的，要么是方形的，二元選擇明顯欠妥。 試驗(yàn)改進(jìn) 老師為同學(xué)供應(yīng)了更多的材料，比如平直的木板、籃球、橄欖球、波形體、長(zhǎng)方體等不同外形的物體，讓同學(xué)體驗(yàn)“海面上遠(yuǎn)去的船只船身比桅桿先消逝”的現(xiàn)象。同學(xué)可以排解“是方的”還是“波形的”等外形。 優(yōu)點(diǎn) 這樣設(shè)計(jì)的試驗(yàn)比較開(kāi)放，同學(xué)在選擇不同的物體來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候，是在不斷地建構(gòu)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(shè)計(jì)該試驗(yàn)時(shí)，對(duì)試驗(yàn)