在“成本減負”中解決初中科學疑難實驗的探索

陸普軍

實驗是進行科學研究最重要的方法，也是學習科學的重要方式。對一些實驗的改進與優(yōu)化既可以實現(xiàn)課堂實驗的創(chuàng)新，又可以激活學生的探究熱情和學習興趣；不僅可彌補常規(guī)實驗的不足，又可以突破部分疑難實驗的困境；既可以改善科學實驗的品質，又可以豐實學生的思維品質，進一步提升課堂效益。成本偏高、實驗繁瑣是學生通過實驗進行自主探究的一大難題，教師切換實驗角度，從減少成本、精簡器材等角度入手，向以學生為中心的探究型轉變，以生活應用為中心的實用性轉變，以微型實驗設計為方向的簡約性方向轉變，積極幫助解決疑難實驗。

初中科學疑難實驗改進優(yōu)化成本減負學生通過科學實驗可更好理解科學知識，學習科學技能，體驗科學過程與方法，提高其創(chuàng)新意識和自主探究能力，而成本偏高、實驗繁瑣是學生通過實驗進行自主探究的一個難點。要有效解決該問題，教師可以切換實驗角度，從減少成本、精簡器材等角度入手，向以學生為中心的探究型轉變，以生活應用為中心的實用性轉變，以微型實驗設計為方向的簡約性方向轉變，積極幫助疑難實驗的解決，實現(xiàn)目標的達成。

一、切入微型實驗，加強學生參與

著名教育家蘇霍姆林斯基說過：“人的心靈深處總有一種把自己當作發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者的固有需要”。因此，在科學教學中，重視微型實驗的資源價值，盡可能多地讓每一個學生利用微型實驗、親歷實驗的發(fā)生過程，從而獲取或鞏固科學知識，理解和掌握運用觀察和實驗手段處理問題的基本技能，是實驗教學中的一個重要環(huán)節(jié)。

疑難實驗例證：在探究光合作用需要光的實驗中，原實驗需要儀器有酒精燈、三腳架，燒杯（500mL）、燒杯（100 mL）、表面皿、膠頭滴管，藥品用量需要酒精50mL，用沸水開始加熱到完成實驗要15分鐘。

問題癥結：學生自主進行實驗資源不足，器材成本較大，藥品用量大，開展學生實驗產生酒精味太濃，且實驗效果受實驗時間較長制約。

實驗優(yōu)化：采納微型實驗。即青霉素瓶（9.5mL）、載玻片、鑷子、青霉素瓶自制的小酒精燈、注射器，藥品用量只需要酒精1mL，完成實驗只需要2～3分鐘。

效果分析：實驗成本降低、簡單易行，時間短，效果明顯。

農村中學班級人數(shù)較多，學生實驗資源明顯不足，而微型實驗是科學探究性學習的有效資源，也是培養(yǎng)學生探究能力的有效手段。微型實驗有著常規(guī)實驗無法比擬的優(yōu)勢，正如方金祥教授指出微型實驗具有十大特點：“體積小，時間省，反應快，效果好，操作易，很安全，動手多，趣味高，用藥少，污染低”等優(yōu)勢。同時創(chuàng)新微型實驗的設計與推行，能使每一位學生都各自擁有一套實驗裝置，在實驗課程中，每位學生在教師配合多媒體講解及演示之后，便可親自動手做實驗，以觀察科學反應的現(xiàn)象與實驗的結果，并加以思考、推理及分析，以便能得到最合理的結論。課后學生亦可在家里再多做幾次實驗，使其印象更為深刻。這就是微型科學實驗的教育功能所在。

二、控制實驗污染，開發(fā)綠色實驗

初中科學實驗中的化學實驗，有很多有毒有害的化學物質產生，如

P2O5、CO、SO2等等。進行化學實驗時往往會產生一些有毒有害物質，經常會產生一定程度的污染。通過改變這些有毒有害物質的制取方法，并進行巧妙的實驗設計，就會使實驗無污染，且同樣能達到預想的實驗目的，實現(xiàn)實驗的綠色化。

疑難實驗例證1：空氣中氧氣含量的實驗，教材中利用紅磷燃燒不消耗集氣瓶中的氧氣，使集氣瓶中氣壓減少，引起燒杯中的水沿著導管進入集氣瓶，并約占集氣瓶容積的1/5。

問題癥結：實際操作中，常常由于裝置的氣密性、燃燒匙伸入集氣瓶的速度、導管內原來沒有水而冷卻后有殘留水等問題導致實驗誤差太大，并且白煙擴散到空氣中還會引起大氣污染。

實驗改進：往標記好刻度（容積分為五等分）的試管中放入一團白磷，用套有癟氣球的橡皮塞塞緊，浸入燒杯中的熱水里加熱，使白磷燃燒。待燃燒停止后，將試管放入水槽中的冷水中冷卻。待白煙基本散盡后，將試管倒立于水槽中，在水下取下橡皮塞，試管迅速冷卻。由于氣壓差，試管內的液面上升，約占原空間的1/5。改進后的實驗采用易燃的白磷代替紅磷，操作較原實驗更方便。利用氣球形成密閉系統(tǒng)，使整個反應都在密閉系統(tǒng)中進行，有效避免了原實驗方法中影響實驗成功的諸多因素，具有誤差更小、現(xiàn)象更明顯、試管冷卻快、無污染等優(yōu)點。

疑難實驗例證2：教材中“白磷在熱水下面通氧氣燃燒”的趣味實驗。

問題癥結：該設計有三個弊端：①生成物污染大。②易燃物處理不好不安全。③向熱水下通氧氣時，水下白磷會到處“亂跑”。部分白磷會浮上水面燃燒，也有不安全隱患存在。

改進方法：①紅磷、白磷著火點比較：將吸干水的白磷、紅磷加入試管內，塞上橡皮塞、再將試管同時浸入熱水里，讓白磷在試管內安全的燃燒。紅磷不會燃燒。取出盛紅磷的試管留待下一班的學生做相同實驗。②白磷的燃燒需要氧氣的支持：在一試管內注入熱水，加入一小粒白磷，再把試管放入盛熱水的燒杯內。通入空氣，既可觀察到白磷在熱水下燃燒，又可控制白磷不致“亂跑”。

效果分析：減少了實驗污染，且實驗過程安全可控。

教師和學生都要樹立綠色化學理念，教師不僅要了解綠色化學的理論,而且要具備中學化學實驗綠色化的研究能力；要選擇無污染的化學物質進行化學實驗,設計科學合理的實驗裝置，做好實驗過程的控制和實驗后的處理工作，將整個化學實驗達到零污染或在現(xiàn)有條件下將實驗污染控制在最低限度，真正實現(xiàn)中學化學實驗的綠色化。

三、簡化繁瑣實驗，提高實驗成功率

實驗一般情況下要遵循系統(tǒng)性原則。實驗教學有其自身的規(guī)律，如對儀器的認識、使用是由簡到繁，實驗基本技能的訓練也是教師示范到學生模仿練習而逐步掌握的。學生的觀察能力、分析能力的培養(yǎng)也是循序漸進的。因此，實驗的設計上必須遵循實驗教學自身的規(guī)律和系統(tǒng)，要符合學生的認知規(guī)律和年齡特征，否則會適得其反。

疑難實驗例證：八年級《氧氣的性質》探究氧氣的化學性質中木炭的燃燒、硫的燃燒，學生一般能順利完成，但鐵絲在氧氣中燃燒的實驗，實驗雖然簡單，但學生則較難使現(xiàn)象明顯。

診斷分析：一是用酒精燈引燃火柴梗，火柴梗燃燒到什么程度學生很難控制火候，如果綁在細鐵絲上的火柴梗引燃后就伸入集氣瓶中，此時火柴梗將劇烈燃燒，集氣瓶內氧氣很快被用完，結果無法引燃細鐵絲。二是酒精燈距離集氣瓶太遠，當綁在細鐵絲上的火柴梗引燃將盡，離開酒精燈移至集氣瓶過程時間過長。此時火柴梗燃盡，細鐵絲溫度會明顯降低，不足以引燃細鐵絲在氧氣中的燃燒。（下三是集氣瓶體積偏小，細鐵絲用火柴梗引燃后剛燃燒，集氣瓶中氧氣耗盡而致使燃燒現(xiàn)象不清楚不明顯。對于八年級學生無法分析清楚原因所在，而且容易出現(xiàn)實驗失敗。按照課本上的方法學生要做好這個實驗的存在一定難度，因此要求老師在實驗課堂中做好充足的準備，不能為省時省力而匆忙一做了事，這樣往往導致實驗失敗，同時學生也失去了一次很好的探究機會。

實驗改進：改進后鐵絲在氧氣中燃燒現(xiàn)象明顯和清楚。主要表現(xiàn)在：①在實驗桌上其余器材和藥品相同的情況下，將50毫升的集氣瓶改為100毫升的集氣瓶，收集氣體時保留一層淺淺的水，并用蓋玻片蓋上；將1～2根細鐵絲綁在1根長大約15厘米的直徑約為2毫米的鐵絲上備用；②在教師講解實驗步驟時，提醒學生：酒精燈可以在右側，集氣瓶在左，兩者之間距離盡量小，這樣可以在更短的時間更方便地操作；③演示實驗時，讓細鐵絲的另一端螺旋狀綁在火柴梗上，點燃火柴后讓火柴燃燒掉3/4左右即可離開酒精燈迅速插入集氣瓶中，即可看到細鐵絲在氧氣中連續(xù)劇烈燃燒，火星四射，現(xiàn)象就會明顯得多。

效果分析：改進之后的實驗與原實驗方案相比其優(yōu)點有：①器材更簡單，可以省去學生將細鐵絲綁在坩堝鉗上的過程，縮短了實驗準備時間，當然這里需要教師課前花更多的時間準備。②學生操作簡單，去掉了一些次要的且容易造成實驗現(xiàn)象不清楚乃至失敗的環(huán)節(jié)。③縮短實驗時間，較大地提高課堂教學效率。④本實驗改進的最成功之處就是提高了實驗成功率，實驗成功的關鍵在于提高鐵絲的溫度和保證充足的氧氣。

實驗的失敗也許在某些特殊的情況下，能給教師啟發(fā)學生思考，以尋找失敗根源的機會。但是，教學時間畢竟有限，所以教師不會常做可能失敗的實驗，因為這會影響到教學的效率，甚至影響學生形成正確的科學概念、規(guī)律。因此，如何研究改進實驗以提高某些重要實驗的成功率，是非常必要的，不僅有利于教學目標的達成，提高教學效率，更重要的是，成功的實驗有利于學生獲得深刻的體驗，啟發(fā)學生思考現(xiàn)象背后的科學原理，培養(yǎng)學生的探究能力。

四、感悟與反思

在初中科學實驗中，我們有時缺乏“實驗現(xiàn)象和書本結論不一致”時的應對策略，更有甚者會隨意糊弄應付完成，而不認真研究為什么會這樣。實驗要培養(yǎng)學生科學探究能力，體驗并養(yǎng)成科學思維方式，初步形成科學精神，從而幫助學生理解科學和社會的互動關系。面對疑難實驗，師生都應該不言放棄，在合理的限度內不斷去嘗試、探索，無論失敗還是成功，都應該重點關注學生科學探索精神的培育和塑造。

在初中科學“疑難實驗”中，教師必須更新教育教學理念，以前瞻的學科理論矯正認知誤區(qū)或思想偏差。認真解析“實驗瓶頸”，讓更多的疑難實驗在師生合作中突破，在分享中觸摸真知，培植學生思維品質和實踐能力。

疑難實驗問題解決離不開實驗手段的多樣性和實驗過程的多元化。教師應積極開發(fā)各種實驗資源，不斷豐富實驗手段，提升實驗過程的豐實性、貼切性、體驗性，引領學生叩擊實驗大門，觸摸實驗的樂章，有效提升“疑難實驗”的效率和深度，以達到從“教教材”到“用教材教”的轉變。

初中科學教學中對疑難實驗改進是教學的一種創(chuàng)新和突破。發(fā)揮實驗的優(yōu)勢，多從學生的實際出發(fā)，利用一些簡單的實驗器材，設計出更具吸引力的實驗，讓實驗為學生創(chuàng)造更多的參與機會，增強他們的參與意識，使學生更主動地學習?！皩嶒炓呻y”活動的開展，給教師們提供一次交流實驗教學的平臺，在各種思維火花的碰撞下，使疑難實驗不再變得疑難。當然，疑難實驗的改進需要教師注意以下一些要求：一是“直觀”，讓學生能從演示實驗中直接觀察到實驗過程，認識實驗現(xiàn)象本質，避免拐彎抹角；二是“明顯”，實驗現(xiàn)象、實驗過程要顯著；三是“簡單”，演示器材盡量的少，結構盡量簡單，操作盡量簡便，不必過分追求儀器的精密、先進和結構的復雜；四是“可靠”，確保演示實驗一次成功。只要在科學教學中通過對實驗的不斷探究、改進和實踐，就能充分發(fā)揮實驗教學在科學教學中的重要作用，并能達到良好的教學效果。

參考文獻：

[1]徐仁靜.中學生物實驗創(chuàng)新教法[M].北京：學苑出版社，2005.

[2]楊淑萍.中學物理實驗教學的創(chuàng)新[J].教育理論與實踐，2005，（7）.

[3]馬永麗.談化學實驗的創(chuàng)新教學[J].中學化學，2006，（2）.

[4]高森.創(chuàng)新實驗教學，迎接新課程[J].中學教學研究，2005，（10）.