做好科學(xué)演示實驗，啟發(fā)學(xué)生思維

葉林岳

摘 要：演示實驗是科學(xué)課堂實驗教學(xué)中最主要的實驗形式之一。在日常演示實驗的教學(xué)過程中，有時會出現(xiàn)實驗現(xiàn)象直觀性不強、實驗操作難度大、難以出現(xiàn)預(yù)期的效果、實驗等待時間過長、學(xué)生對實驗的操作不理解等現(xiàn)象。通過增強實驗的直觀性、降低實驗操作難度、合理縮短實驗時間、改變實驗呈現(xiàn)方式等對策力求提高演示實驗教學(xué)中學(xué)生的有效參與程度。

關(guān)鍵詞：演示實驗；啟發(fā)思維；思考及對策

科學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗是學(xué)生獲得感性知識的重要源泉，也是科學(xué)教學(xué)中理論聯(lián)系實際的重要方面。演示實驗是科學(xué)課堂實驗教學(xué)中最主要的實驗形式之一，演示實驗是教師操作，學(xué)生觀察、思考的一種實驗形式。以下是筆者在教學(xué)體驗和課堂觀察中發(fā)現(xiàn)的一些有關(guān)演示實驗教學(xué)中存在的問題，對此做出的思考和自己的一些對策。

一、部分現(xiàn)有演示實驗中存在的問題及思考

1.實驗現(xiàn)象不直觀，學(xué)生難以通過現(xiàn)象得出結(jié)論

實驗現(xiàn)象是演示實驗中最重要的部分之一，是學(xué)生觀察的主體。在演示實驗中，如果實驗現(xiàn)象本身指向不明了，不利于學(xué)生的理解，對學(xué)生建立感性認(rèn)識的效果將會大打折扣。同時針對實驗現(xiàn)象所進(jìn)行的分析、思考的難度將大大提高，特別是對于基礎(chǔ)薄弱、知識儲備不足、分析能力較弱的學(xué)生更是如此。

2.實驗操作難度大，難以出現(xiàn)預(yù)想的現(xiàn)象

實驗過程是實現(xiàn)實驗?zāi)康牡耐緩?。在實驗過程中，如果實驗操作的難度大，容易引起操作的偏差，達(dá)不到所預(yù)想的效果。此時，如果教師重做實驗依然難以保證實驗的成功，且不說重新實驗耗費時間，影響整個課堂教學(xué)計劃的實施，若是教師放棄實驗，改為由教師講述實驗現(xiàn)象，就失去了實驗本身的意義，也不利于學(xué)生培養(yǎng)通過實驗觀察來認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)的科學(xué)素養(yǎng)。因此，在課堂的演示實驗中，這種現(xiàn)象應(yīng)該是極力避免的。

3.實驗過程時間長，降低課堂學(xué)習(xí)效率

所謂學(xué)習(xí)效率，是指在單位時間內(nèi)獲得的學(xué)習(xí)內(nèi)容。實驗過程中，如果因為實驗過程太長而讓學(xué)生進(jìn)行沒有觀察內(nèi)容和思考內(nèi)容的等待，這是低效、甚至無效的學(xué)習(xí)。比如在電解水實驗中，為了聚集足夠量的氫氣和氧氣，需要長達(dá)十幾分鐘的時間，而這十幾分鐘內(nèi)除了氣體量的變化，再無新的現(xiàn)象，這樣的觀察顯然是低效的。

4.實驗呈現(xiàn)方式簡單，學(xué)生對實驗意圖不理解

在演示實驗的教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)這樣的情況，教師直接把實驗器材展現(xiàn)在學(xué)生面前，或者直接開始實驗的操作，學(xué)生缺少了對實驗過程的思考。結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生對實驗的操作意圖不理解。這樣既不符合探究的程序也不符合人的認(rèn)知規(guī)律，最終嚴(yán)重影響到學(xué)生對課堂參與的積極性。

筆者認(rèn)為，以上這些演示實驗中出現(xiàn)的問題都將降低學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，降低學(xué)生在課堂上的專注度，同時對學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)帶來了困難，這樣就把一部分有學(xué)習(xí)意愿的同學(xué)擋在了學(xué)習(xí)的大門之外。為此，我們有必要針對這些問題采取相應(yīng)的對策，以期提高演示實驗的教學(xué)效果。

二、對實驗中存在的問題采取相應(yīng)的對策

1.增強實驗現(xiàn)象的直觀性，降低實驗現(xiàn)象的思考難度

案例1：物體對外做功實驗

實驗中，實驗者——教師不斷向瓶內(nèi)充氣即對瓶內(nèi)氣體做功，實驗觀察者——學(xué)生通過觀察產(chǎn)生的白霧認(rèn)識到氣體內(nèi)能的減少。這一實驗中，容易引起學(xué)生學(xué)習(xí)困難的地方：

（1）現(xiàn)象不容易觀察，觀察對象——水珠的量并不多，且本身不容易被觀察到，所以對大多數(shù)同學(xué)來說看不到有水珠出現(xiàn)，只是聽老師或個別同學(xué)說有水珠出現(xiàn)；

（2）本實驗的研究對象是瓶內(nèi)的氣體，內(nèi)能減少通過氣體發(fā)生液化來反映（轉(zhuǎn)換法），即使看見了有小水珠出現(xiàn)，但對展現(xiàn)的本質(zhì)（溫度的降低）之間的關(guān)系不直觀。學(xué)生對于溫度降低這一實驗現(xiàn)象的感性認(rèn)識不足，內(nèi)心深處總有不真實的感受。且學(xué)生理解本實驗必須知道“降低溫度，氣體發(fā)生液化”這一知識。若將這點知識遺忘，或者分析能力不夠，學(xué)生就難以理解該實驗了。

對此，我們可以從增強實驗直觀性的角度對該實驗做相應(yīng)改進(jìn)。

器材：（如圖甲）啟普發(fā)生器、靈敏溫度計、橡膠塞三個、橡膠管、打氣筒、氣球。

組裝：如乙圖所示。

同時用攝像頭對準(zhǔn)靈敏溫度計的讀數(shù)，并將顯示的圖像投影到多媒體展示屏幕上。

操作方法：

用打氣筒快速打氣5～10次。打開閥門，氣球脹大，同時觀察到靈敏溫度計讀數(shù)下降。得出：氣體對外界做功，溫度下降，內(nèi)能減少。

氣體對外做功通過氣球的膨脹來展現(xiàn)，氣球的彈性勢能增加，勢必有物體對它做功，而做功的物體就是氣體。

實驗中內(nèi)能的減少通過溫度的降低來體現(xiàn)，這一點學(xué)生比較清楚，而且不需要通過轉(zhuǎn)換思想、也不需要溫度降低使氣體發(fā)生液化這一知識儲備。這樣一來，實驗結(jié)論的得出就變得簡單了，即使是沒有“溫度降低使氣體發(fā)生液化”這一知識儲備的同學(xué)也能理解在這一過程中氣體內(nèi)能減少。同時也讓學(xué)生建立良好的感性認(rèn)識，并為進(jìn)一步的實驗分析打下基礎(chǔ)。

2.降低實驗操作難度，提高實驗的成功率

有的演示實驗之所以看不到預(yù)想的實驗現(xiàn)象，是因為實驗的操作難度大，在實驗操作中，老師難以控制，最終導(dǎo)致實驗失敗。

案例3：“二氧化碳密度大于空氣密度”實驗

實驗中，我們通常會進(jìn)行如右圖所示的實驗，在實驗中很容易出現(xiàn)兩支蠟燭同時熄滅，甚至下方的蠟燭先熄滅的現(xiàn)象。與所設(shè)想的現(xiàn)象截然不同，導(dǎo)致進(jìn)一步的學(xué)習(xí)無法開展。

導(dǎo)致這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因有以下兩點：

（1）在實驗操作過程中，由于二氧化碳是看不見的，很難從預(yù)想的位置按預(yù)想的方式將二氧化碳倒入瓶中。

（2）實驗中由于蠟燭上方有熱氣流影響，導(dǎo)致二氧化碳?xì)怏w不能正常下降。

針對以上兩個原因，我們可以在實驗中如右圖所示增加一個漏斗，這樣二氧化碳可以通過漏斗均勻地落入我們所預(yù)想的位置。同時，漏斗有一定的隔熱效果和限制二氧化碳運動路徑的效果，這樣就避免了大面積的二氧化碳受熱空氣影響無法下落的現(xiàn)象。

實驗是否成功對實驗教學(xué)來說是最重要的環(huán)節(jié)，如果實驗不成功，那么圍繞實驗所展開的學(xué)習(xí)就無從談起。而降低操作難度可以有效提高實驗的成功率。

三、合理縮短反應(yīng)時間，提高課堂學(xué)習(xí)效率

有些演示實驗必須經(jīng)過比較長的時間才能得到一定量的產(chǎn)物，而沒有一定量的產(chǎn)物，實驗將無法繼續(xù)進(jìn)行。這時，等待就變成必須的了。如果讓學(xué)生進(jìn)行沒有觀察內(nèi)容和思考內(nèi)容的等待，是低效、甚至無效的學(xué)習(xí)。會大大降低學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和觀察的專注度。

案例2：“電解水”實驗

如果實驗中產(chǎn)生的氧氣和氫氣的量不夠，就無法進(jìn)行帶火星木條復(fù)燃實驗和氫氣點燃實驗。而在實驗中，要想得到足夠量的氧氣來完成復(fù)燃實驗，大約需要15分鐘。

該實驗中的關(guān)鍵問題就是實驗需要等待的時間太長，為此，我們可以從縮短反應(yīng)時間、加快反應(yīng)速度的角度來解決問題。針對該實驗，可以從3個方面來加快反應(yīng)速度：

（1）增加實驗中電源兩端的電壓

（2）選擇反應(yīng)速度相對較快的電解質(zhì)

由于純凈的水是不導(dǎo)電的，所以在該實驗中為了讓水帶電，需要在水中加入電解質(zhì)。常用的電解質(zhì)有三種：氯化鈉、稀硫酸、氫氧化鈉溶液。筆者的經(jīng)驗是，相同濃度的以上三種溶液，氫氧化鈉的反應(yīng)速度是最快的。

（3）增加實驗中電解質(zhì)的濃度

該實驗中，當(dāng)電壓為8伏時，在水中加入約3毫升質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鈉溶液，3分鐘即可收集到氧氣約3.5毫升、氫氣約7毫升。如此劑量的氫氣和氧氣進(jìn)行燃燒和氧氣復(fù)燃實驗效果非常明顯，而且對實驗的觀察及對實驗現(xiàn)象的思考來說，3分鐘的時間是必要的。這樣一來，就不會出現(xiàn)漫長的等待時間，大大提高了學(xué)習(xí)效率。

當(dāng)然，需要在合理范圍內(nèi)盡量有效地縮短實驗時間，不能以犧牲實驗觀察效果為代價。

合理縮短實驗時間可以很好地抓住學(xué)生觀察的興奮點，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也能很好地保持學(xué)生學(xué)習(xí)的專注度，更是提高課堂學(xué)習(xí)效率的有效途徑。

四、改變實驗呈現(xiàn)方式，讓學(xué)生參與到實驗過程的設(shè)計中來

科學(xué)中有一些實驗是通過科學(xué)家們不斷思考，不斷積累而設(shè)計出來的。僅僅由教師介紹實驗儀器和實驗步驟，學(xué)生的參與程度不高。以學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和實驗經(jīng)驗的積累，設(shè)計出或想到如此經(jīng)典的實驗是不現(xiàn)實的。如測量空氣中氧氣含量的演示實驗就是如此。

案例3：“測量空氣中氧氣含量”實驗

實驗中，我們采用直接將圖一所示的裝置呈現(xiàn)在學(xué)生面前的操作存在的問題：

這時學(xué)生有一系列的疑惑：“我們?yōu)槭裁匆c燃紅磷？為什么要在瓶子上劃5等份？右邊為什么要放水？”在這里學(xué)生并不理解我們?yōu)槭裁匆@么做。這時學(xué)生的思維就跟不上我們的教學(xué)了。

解決措施：

改直接呈現(xiàn)為間接呈現(xiàn)，先進(jìn)行如圖二所示的實驗。通過對實驗的分析、思考，最終引出預(yù)設(shè)的實驗步驟：

接下來引導(dǎo)學(xué)生分析實驗：紅磷現(xiàn)在這么快就熄滅了？這說明了什么？你能解釋為什么這個燃燒匙現(xiàn)在很難拔出來嗎？（同時出示如圖三所示的圖片）

進(jìn)一步的師生思考、探討，最終呈現(xiàn)出如圖一所示的實驗方案。

在演示實驗中，學(xué)生對實驗的參與既有對現(xiàn)象的觀察，也有對教師實驗操作的理解、領(lǐng)會。而學(xué)生對教師實驗操作的領(lǐng)會往往需要一個思維過程，特別是一些離學(xué)生思維起點比較遠(yuǎn)的實驗操作步驟（如以上3個實驗中教師給出的操作步驟），學(xué)生絕非通過告知就可以理解、領(lǐng)會。

演示實驗是一種教師操作，學(xué)生觀察、思考的實驗形式。教師的“做”是學(xué)生觀察的起點，沒有高效、成功的演示，學(xué)生的高效學(xué)習(xí)就無從談起。而實驗的實效、效率，既是教師自身素養(yǎng)的體現(xiàn)，更是關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程的體現(xiàn)。以上就是筆者對課堂演示實驗中一些問題的思考以及一些粗淺的想法，望起到拋磚引玉的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王洪偉.課堂“有效教學(xué)”的實施要點，上海教育科研[M].2007（02）.

[2]薛會娟.淺談在化學(xué)實驗中培養(yǎng)高中生的觀察能力[J].中小學(xué)教育，2011（02）.

？誗編輯 杜嫣然