初中科學(xué)演示實驗的現(xiàn)象放大和過程優(yōu)化

楊封友

1放大實驗現(xiàn)象

實驗現(xiàn)象明顯，使每一個學(xué)生都能看清。這是演示實驗獲得更大效益的基礎(chǔ)。教學(xué)中，可以采用更換實驗材料、改變實驗裝置、用活數(shù)碼技術(shù)等方法放大現(xiàn)象，讓所有學(xué)生都能一目了然、留下烙印。

1.1更換實驗材料

教學(xué)中，壇壇罐罐、各種廢棄物可能都是上好的演示材料，我們只有細(xì)心比較，才能篩選出利于現(xiàn)象放大、獲得更大效益的實驗材料。

例如，演示氣體擴散。如圖1所示是許多老師常用的方法，當(dāng)抽去玻璃片時，我們會看到：一段時間后，無色空氣的瓶子變成了紅棕色，二氧化氮氣體瓶子的顏色略變淺。這樣，學(xué)生易誤認(rèn)為只是二氧化氮分子運動到了空氣之中，而無法感受到空氣分子也在運動，不易讓學(xué)生直觀地感受“不同物質(zhì)相互接觸時會彼此進入對方”。演示時，我們改二氧化氮為一氧化氮(用銅片和濃硝酸在啟普發(fā)生器中制取排水法收集)，當(dāng)抽去玻璃片，會看到原來都無色的兩瓶氣體一瞬間都變成了紅棕色!此時告知：放在下面的瓶子里盛有無色的一氧化氮，當(dāng)它與空氣中的氧相遇時，會生成紅棕色的二氧化氮。接著讓學(xué)生推測，抽去玻璃片后兩瓶氣體都變紅色的原因。改進后，學(xué)生既能直觀地認(rèn)識到一氧化氮與空氣分子在相互接觸時彼此進入對方，為建立擴散定義奠定基礎(chǔ)，又因?qū)嶒灛F(xiàn)象奇特而明顯，增強了實驗的感染力。

1.2改進實驗裝置

工欲善其事，必先利其器。演示實驗提倡裝置簡單，操作方便省時，演示結(jié)果一目了然，突出科學(xué)原理，減少非本質(zhì)因素干擾。因此，我們可采取“加一加”、“減一減”、“變一變”等策略，對一些存在缺陷的裝置進行改進或改變，以提高實驗效益。

例如，托里拆利實驗若按教材演示。在使用上存在灌水銀困難、對人體不安全、耗時費力等弊端；在效果上雖能測出大氣壓數(shù)值，但仍有不少學(xué)生不相信是大氣壓支撐了玻璃管里的水銀柱，究其原因：一是學(xué)生認(rèn)為，大氣壓對槽里水銀的壓力是向下的，怎么說是大氣壓向上支撐了玻璃管水銀呢?二是學(xué)生看到的不是大氣壓使水銀柱上升的過程，而是下降的過程。為了解決以上問題，我們改進了裝置，如圖2所示，先不裝皮塞A，使玻璃管B與大氣相通；注意一定要塞緊橡膠塞F，防止向瓶內(nèi)打氣時使其沖出瓶外。使用時，推動注射器活塞向瓶內(nèi)打氣，當(dāng)玻璃管B內(nèi)水銀柱上升到上端開口處時，用皮塞A封住B管上端，此時若使C管與大氣相通，水銀柱會下降一定高度后保持不變，若再接回D和E，利用注射器向瓶內(nèi)充氣或抽氣，使瓶內(nèi)氣壓增大或減小，便可看到管內(nèi)水銀柱高度隨瓶內(nèi)氣壓高低變化而升降。改進后，不但操作方便，而且可以反復(fù)顯現(xiàn)實驗現(xiàn)象，讓學(xué)生直觀地感受到外界大氣壓的高低決定著管內(nèi)水銀柱的高度。

1.3活用數(shù)碼技術(shù)

現(xiàn)在，絕大多數(shù)學(xué)校配備了投影儀和電腦等多媒體教學(xué)設(shè)備，許多教師都有視頻攝像頭，將演示實驗和多媒體技術(shù)有效結(jié)合，既能使實驗現(xiàn)象明顯直觀，還能面向全體學(xué)生，讓學(xué)生清晰地觀察到實驗操作和實驗現(xiàn)象。

例如，光的反射和光的折射現(xiàn)象，只有眼睛在反射光線或折射光線上才能看到相關(guān)現(xiàn)象，演示實驗時很難讓全班同學(xué)同時看到相關(guān)現(xiàn)象。在一個不透明的杯子底放一枚硬幣，移動杯子使眼睛剛好看不到硬幣，緩慢向杯里加水時，由于光的折射，原來看不到的硬幣又會重新看到。這一實驗中，用攝像頭當(dāng)眼睛，再通過大屏幕呈現(xiàn)，全班同學(xué)就都能同時看到放大的實驗現(xiàn)象。類似地，像萬花筒、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡、水中筷子變折等光學(xué)現(xiàn)象，也可采用這一方法。

2優(yōu)化演示過程

演示實驗不但要現(xiàn)象明顯直觀，還要使其演示過程扣人心弦，學(xué)生參與其中，剖析切中要害，只有這樣才利于發(fā)揮它的更大效益。那么，如何優(yōu)化演示過程呢?我們結(jié)合初中科學(xué)實驗教學(xué)實例進行探討。

2.1先比較再預(yù)測后演示優(yōu)化演示過程

[案例1]用漏斗吹乒乓球

教師：同學(xué)們小的時候都玩過吹泡泡，用吸管蘸一些肥皂水吹出很多的泡泡。今天我們換一下道具，改為用漏斗吹乒乓球，向上吹乒乓球，乒乓球會上升、不動、下降?

學(xué)生答：上升。學(xué)生上臺展示，結(jié)果看到的現(xiàn)象：乒乓球在漏斗內(nèi)不上升，越用力，它越不動。接著，老師拿乒乓球放在手里，再問學(xué)生：松手后乒乓球會如何?學(xué)生說：下降!因為會受重力的作用。

師問：用漏斗向下吹氣球，它又會如何呢?

生答：加速下落!

學(xué)生上臺展示：結(jié)果乒乓球在漏斗中不下落，越用力，它越不動。

教師提問，引導(dǎo)學(xué)生用流速與壓強的關(guān)系解釋。

教師拓展：這一規(guī)律在實際生活中的應(yīng)用：飛機、滑翔機、鳥類的翅膀、汽車都做成流線型就是這個原理，并進行安全提示：要與火車、地鐵和汽車保持一定距離。

點評：演示本實驗，按照“引入日?，F(xiàn)象一預(yù)測實現(xiàn)結(jié)果一學(xué)生演示觀察”的流程進行，出現(xiàn)了實驗結(jié)果與學(xué)生猜測相矛盾、與已有認(rèn)知相沖突的結(jié)果。面對有趣而渴望解決的新問題，自然地激活了學(xué)生思維，引發(fā)了探尋科學(xué)規(guī)律的欲望?？梢?，與日常現(xiàn)象相比較、先預(yù)測再演示，是優(yōu)化實驗演示過程的重要手段。

2.2創(chuàng)設(shè)黑箱關(guān)注方法拓展延伸優(yōu)化演示過程

[案例2]透鏡對光的作用

教師打開手電筒，問：有什么辦法把燈泡發(fā)出的光在空氣中傳播的路徑顯示出來?

生答：煙霧／空氣塵埃／水中滴適量的牛奶或米湯。

教師點燃蚊香，將如圖3所示①燒杯倒置，煙霧由小孔熏人，使燒杯內(nèi)充滿煙霧，演示如圖3所示②。

教師在杯上放置透鏡，讓學(xué)生猜測是什么透鏡?學(xué)生無法確定。教師打開手電筒，演示如圖3所示③④，學(xué)生觀察猜測。

師問：是什么透鏡，你判斷的依據(jù)是什么?

生答：能把光線匯聚成一點的是凸透鏡，這與凸透鏡在陽光下的現(xiàn)象類似。

拿起透鏡讓學(xué)生觀察，并提出焦點和焦距的概念。出示圖4。學(xué)生推測經(jīng)過凸透鏡后的折射光線，并補充光路圖。

教師演示驗證。

點評：先討論如何顯示光在空氣中的傳播，明確實驗技術(shù)；構(gòu)建透鏡黑箱，通過輸入三維立體光束，讓學(xué)生根據(jù)輸出信息判斷透鏡類型；最后，讓學(xué)生在圖3中補充⑤，實現(xiàn)立體向平面轉(zhuǎn)化，以及拓展認(rèn)識。在這一過程，基透鏡對光線的作用于具體任務(wù)之中，學(xué)生不僅感受到生動直觀的三維立體景象，建立了準(zhǔn)確的概念，而且對實驗思想、黑箱方法、知識拓展有了進一步的認(rèn)識與實踐?？梢姡瑒?chuàng)設(shè)實驗黑箱、關(guān)注實驗思想方法、及時拓展延伸，也是優(yōu)化演示過程的重要手段。

2.3先動腦再質(zhì)疑延伸問題優(yōu)化演示過程

[案例3]溫度計的教學(xué)

教師出示兩杯水，一杯熱水，一杯冷水，讓學(xué)生觀察判斷水的冷熱。學(xué)生依據(jù)經(jīng)驗，通過觀察有沒有水霧、杯壁上有沒有水珠等，辨出熱水與冷水。

師問：這兩杯水有冷熱，但到底相差多少呢?這個問題怎么解決?

學(xué)生馬上想到了用溫度計，教師出示溫度計，并引出溫度和溫度計概念。

師問：溫度計為什么能測溫度，可能與它的哪些結(jié)構(gòu)有關(guān)?觀察的重點在哪里?

學(xué)生提出了觀察溫度計的結(jié)構(gòu)、表面有什么、測量主要靠什么等猜測。學(xué)生分組觀察，然后匯報交流觀察結(jié)果。

師問：溫度計的玻璃管為什么制成圓柱形?

生答：圓柱形可以起放大鏡作用，便于看清液面位置。

教師要求學(xué)生采用類似的方法，針對觀察結(jié)果著重探討“如何確定0℃和100℃”、“泡大徑細(xì)有什么好處”、“溫度計為什么能測出物體的溫度”等問題。

討論后，教師先讓個別學(xué)生上臺測兩杯水的溫度，其余學(xué)生觀察糾正其操作方法，再讓全體學(xué)生進行測試。最后，教師提出新的問題：測量人體溫度又有哪些特殊要求，體溫計與普通溫度計在結(jié)構(gòu)上又有哪些不同?

點評：變演示實驗為學(xué)生分組實驗，讓全體學(xué)生都能動手參與；要求動手前先動腦，讓學(xué)生“想好了再做”，促使學(xué)生明確實驗?zāi)康?，避免了操作觀察的盲目性；觀察后，讓學(xué)生對觀察結(jié)果進行質(zhì)疑，便于養(yǎng)成從現(xiàn)象到本質(zhì)的思維習(xí)慣：最后，教師提出新的探究問題，以激發(fā)探究的熱情?？梢?，讓學(xué)生動手、動手前先動腦、對現(xiàn)象進行質(zhì)疑、延伸研究問題。也是優(yōu)化演示過程的重要手段。