淺談科學實驗改進

伍靈保

【摘要】實驗是科學的基石，科學教學離不開實驗，要提高科學課堂的效率，必須提高科學實驗的有效性。但教材存中在一定數(shù)量的疑難實驗，困擾著教師，影響了學生的學習興趣，降低了學生對實驗的可信度。因此，我們必須通過對某些科學實驗進行改進和創(chuàng)新：1.用學生微型實驗，改進傳統(tǒng)的演示實驗，2.用學生微型實驗，改進傳統(tǒng)的學生分組實驗，3.改進污染實驗，開發(fā)綠色實驗，4.改進實驗方法，提高實驗成功率。經(jīng)過改進后，將實驗更好地應用于教學之中，充分發(fā)揮其教學作用，使我們的科學教學更加生動有趣，從而大大提高科學課堂教學效率，減輕學生課外學業(yè)負擔。

【關鍵詞】科學實驗 改進

【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）05-0153-02

實驗是科學的基石，科學教學離不開實驗，要提高科學課堂的效率，必須提高科學實驗的有效性。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，初步理解科學本質，形成科學態(tài)度、情感與價值觀，提高其創(chuàng)新意識和實踐能力。但教材存在著一定數(shù)量的疑難實驗，困擾著教師，其原因可能，一是實驗本身的難度較高；二是實驗器材不足，實驗儀器的靈敏度不夠；三是環(huán)境氣候的影響以及操作者的實驗技能等因素所致，使實驗效果不佳或實驗不成功。影響了學生的學習興趣，降低了學生對實驗的可信度。因此，我們必須通過對某些科學實驗進行改進和創(chuàng)新，將實驗更好地應用于教學之中，充分發(fā)揮其教學作用，使我們的科學教學更加生動有趣，從而大大提高科學課堂教學效率，減輕學生課外學業(yè)負擔，把素質教育落到實處。 “注重提高學生的科學素養(yǎng)，突出科學探究，立足學生發(fā)展”是初中科學新課程的基本理念，也為我們指明了實驗改進與創(chuàng)新的方向，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。

一、用學生微型實驗，改進傳統(tǒng)的演示實驗

金祥教授指出微型化學實驗具有十大特點：“小而省，快而好，易而安，多而高，少而低，也就是體積小，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”，并認為“微型化學實驗是將傳統(tǒng)玻璃材質之實驗裝置，如：量筒、試管、燒杯，改良成不易破損的塑膠材質，具有體積小，輕便容易攜帶的微型改良實驗裝置。對于我們農(nóng)村中學來說班級人數(shù)較多，學生實驗資源明顯不足，而微型化學實驗是化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。因此我在實驗教學時大多采用學生微型實驗改進傳統(tǒng)的演示實驗。

案例一：對探究光合作用需要光的實驗改進

原實驗需要儀器有酒精燈、三腳架，燒杯（500 毫升）、燒杯（100毫升）、表面皿、膠頭滴管，藥品用量需要酒精50毫升，用沸水開始加熱完成實驗要15分鐘，而改進后微型實驗只需要青霉素瓶（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1 毫升，完成實驗只需要2分鐘。

案例二：電解水實驗微型裝置設計

取兩支5ml的注射器，在接近底部1/4處各打一個小孔，用膠液把兩個注射器孔對孔粘住，分別注滿10%的Na0H溶液；針嘴用膠帽封住，用注射器推柄上的黑橡膠蓋塞緊注射器底部，在兩支注射器底部的橡膠蓋上分別插入一根鋼針，用導線接通一節(jié)干電池，通電后兩極立即有氣泡產(chǎn)生，且與負極相連的一端產(chǎn)生氣泡的速率要比與正極相連的一端快。該微型探究實驗的優(yōu)點：①操作步驟簡單、可行。改進后可讓每位學生都能動手操作，可以開發(fā)學生的智力，擴展學生的視野，提高學生的興趣，培養(yǎng)學生的能力，使學生的學習范圍得到延伸，獲取更多的知識。②取材容易，塑料注射器學生隨處可見，教給方法后學生自己可以制作。我在教學“水的電解實驗”時，就采用這種“電解水實驗微型裝置”。在課前三天把制作這種微型實驗裝置的任務交給班級各組學生，并把制作方法和需要的器材告訴學生，要求各組學生在課前三天內(nèi)把微型實驗裝置制作好，結果各組學生都在課前完成了制作任務。這樣上課時每組學生都有一套微型電解水實驗裝置，我就順利地把電解水演示實驗改進為隨堂分組微型實驗，取得了較好的教學效果。

二、用學生微型實驗，改進傳統(tǒng)的學生實驗

九年級學生化學分組實驗，液體反應裝置一般用15毫米×150毫米試管，這樣學生做化學實驗時，完成每次實驗液體藥品用量較大，每次反應物液體藥品用量約為3毫升；若把試管型號改為7毫米×70毫米，每次化學反應藥品用量只需要0.5—1毫升，這樣大大減少了化學實驗時液體藥品的用量.采用微型試管進行學生分組化學實驗，節(jié)省了化學藥品，減少了化學藥品對環(huán)境的污染，培養(yǎng)了學生節(jié)約和保護環(huán)境的意識，何若而不為。

三、改進污染實驗，開發(fā)綠色實驗

中學化學實驗中，有很多有毒有害的化學物質產(chǎn)生，如用高錳酸鉀加熱制取氧氣的同時，會產(chǎn)生錳酸鉀和二氧化錳；磷燃燒產(chǎn)生五氧化二磷、硫燃燒產(chǎn)生二氧化硫等等，在用這些有毒有害物質進行性質實驗時，經(jīng)常會產(chǎn)生嚴重的污染，但通過改變實驗方法，并進行巧妙的實驗設計，就會使 實驗無污染，并同樣達到預想的實驗目的，實現(xiàn)實驗的綠色化。

案例三 氧氣的制取分組實驗 浙教版科學教材中用高錳酸鉀加熱制取氧氣，但高錳酸鉀加熱產(chǎn)生氧氣的同時，還會產(chǎn)生錳酸鉀和二氧化錳，錳酸鉀和二氧化錳處理不當會對環(huán)境造成污染。為了解決此實驗對環(huán)境污染的問題，我對此實驗進行了改進。把實驗藥品高錳酸鉀改為過氧化氫和二氧化錳，反應裝置由式管改為燒瓶。改進后的優(yōu)點：（1）過氧化氫在催化劑二氧化錳的作用下分解成水和氧氣，產(chǎn)生的水無污染。（2）催化劑二氧化錳可回收再利用（3）不需加熱，節(jié)約能源。（3）操作簡便。

案例四：對科學九上“碘化鉀溶液與硝酸鉛溶液反應的實驗”的改進 教材安排此實驗的目的是：通過碘化鉀溶液與銷酸鉛溶液兩種無色溶液混和產(chǎn)生的現(xiàn)象（黃色沉淀），說明碘化鉀與硝酸鉛發(fā)生了化學反應，從而得出通過現(xiàn)象（是否有沉淀生成）判斷兩種物質是否發(fā)生了化學反應的科學方法。而此實驗中的藥品硝酸鉛中的鉛離子有毒，在現(xiàn)有實驗條件下，含鉛離子的實驗廢液難于處理，直接倒掉會污染環(huán)境，因此我在教學時，為了避免含鉛廢液對環(huán)境的污染，把此實驗改進為氯化鐵溶液與氫氧化鈉溶液反應，現(xiàn)象是產(chǎn)生了紅褐色絮狀沉淀。通過現(xiàn)象紅褐色絮狀沉淀，說明氯化鐵與氫氧化鈉發(fā)生了化學反應，達到了同樣的教學目的，而沒有產(chǎn)生有毒廢液污染環(huán)境，何若而不為？

四、改進實驗方法，提高實驗成功率

多年的實驗經(jīng)驗告訴我們：實驗方法是否得當，直接影響實驗的成功率。作為一名科學教師，在實驗教學中要盡最大努力改進實驗方法，提高實驗成功率。

案例五：一次我們選定《熔化與凝固》為課題上區(qū)級公開課，在本校三次試課中我們發(fā)現(xiàn)：對于探究松香的熔化與凝固特點，學生一般能順利完成，但海波的熔化實驗，學生則很難做好，出現(xiàn)的問題是： 1.用酒精燈加熱學生很難控制火候，如果加熱太快，溫度上升太快，保持在48℃時間太短，難以體現(xiàn)晶體熔化時溫度保持不變的特點，難以形成正確的概念。 2.整個升溫熔化過程花費的時間較長，影響課堂教學進程。 3.裝置比較復雜，有酒精燈加熱，鐵架臺的固定，溫度計的讀數(shù)，對于剛上七年級學生的操作技能要求太高，而且容易出現(xiàn)安全問題。 按照課本上的方法要做好這個實驗的難度較大，而且實驗時間長需要25分鐘左右，因此有些老師在課堂中干脆不做這個實驗，而改用動畫模擬實驗來進行教學，雖然這樣做現(xiàn)象明顯又省時、省力，但學生卻失去了一次很好的探究機會。 小孩子夏天很喜歡吃碎碎冰（一種把各種配料制成溶液后放入棒狀的密封塑料管內(nèi)，放入冰箱凍成冰后再食用），手握住碎碎冰時，塑料管內(nèi)的冰會慢慢地熔化。在它的啟發(fā)下，我們想到能不能用液態(tài)的水和另一種非晶體液態(tài)物質冷凍成固態(tài)后，來代替原實驗中的海波和松香，這樣握在手中就可以觀察它們?nèi)刍倪^程，如果冷凍前先放入溫度計，熔化時還可觀察溫度變化了。 經(jīng)過大量實驗并不斷進行改進，最后在教學中我們利用冰鹽水作為速凍劑對這個實驗作了多方面的改進，收到了較好的教學效果。課前實驗準備步驟如下： 1.制冰鹽水作速凍劑： 鹽水一定要濃，1千克水，加食鹽300克左右，放入電冰箱的冷凍室里進行冷凍，一夜過后，在水面就會結有一層松軟的碎冰，其溫度可達到-22℃。如果濃度不夠，鹽水的溫度還是可以達到零下十幾度，但冷凍的效果不好。 2.在試管中注入3ml左右的水或植物油，塞上帶有溫度計的橡皮塞，調整溫度計的液泡在液體中的深度，使玻璃泡稍稍低于液面且不能碰到試管的底部和側壁。水量一定要適宜，量太多，實驗時間太長，水量太少，時間太短，溫度上升太快，保持0℃的時間太短，不能很好的體現(xiàn)冰在熔化時溫度保持不變的特點，從而容易讓學生造成晶體與非晶體一樣熔化時溫度都是不斷上升的錯覺。 3.把裝有水和植物油的試管插入到冰鹽水中，5分鐘左右水和植物油都會迅速凍結成固體狀態(tài)，以備上課使用。 本實驗經(jīng)過我們改進之后，與原實驗方案相比其優(yōu)點有： ①器材簡單，可以省去酒精燈、鐵架臺等一套繁雜的實驗裝，器材還可反復使用，提高實驗準備的效率，教師課前準備方便。 ②學生操作簡單，只需握住試管就可，而且容易清楚地觀察實驗現(xiàn)象。 ③時間短，熔化過程只需5分鐘左右，而原實驗需25分鐘左右，極大地提高了課堂教學效率。 ④本實驗改進的最成功之處就是提高了實驗成功率，實驗成功的關鍵就是溫度計的玻璃泡稍低于液面且不能碰到試管的底部和側壁，而且要注意實驗時要振蕩試管， 保證冰塊受熱均勻，就可獲得比較準確的數(shù)據(jù)。

總之，在初中科學教學中對實驗改進的原則是：一是“直觀”，讓學生能從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 ；二是現(xiàn)象“明顯”；三是操作方便，一學就會。

參考文獻：

[1]潘建中，黃鵬飛（執(zhí)筆）《優(yōu)化初中科學實驗教學法的實踐研究》 溫州教育通訊2010年6月.

[2]劉貴興，方鴻輝，倪閩景. 《創(chuàng)新物理實驗》 上海教育出版社2007年1月 3、蔡鐵權，姜旭英，胡玫著 《概念轉變的科學教學》 教育科學出版社，2009年3月.

[3]朱清時主編.《浙教版科學教材》.

[4]《教學儀器與實驗》2015年06期.