初中科學(xué)課堂教學(xué)中實驗優(yōu)化的策略研究

杭小麗

摘 要：初中科學(xué)中不少實驗由于耗時長，操作繁瑣等原因，不少教師將做實驗改成學(xué)生看實驗或者老師講實驗。本文從優(yōu)化實驗方式、優(yōu)化實驗渠道和優(yōu)化實驗器材三方面對初中科學(xué)課堂教學(xué)中實驗的優(yōu)化進行了闡述，提出了自己的一些見解，為一線科學(xué)教學(xué)的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：初中科學(xué);課堂教學(xué);實驗優(yōu)化;策略

科學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的綜合性課程，它的形成和發(fā)展離不開實驗。教育部在2019年發(fā)布的《關(guān)于加強和改進中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》中強調(diào)要完善實驗教學(xué)體系，創(chuàng)新教學(xué)方式，健全實驗教學(xué)評價機制?？茖W(xué)實驗是歸納科學(xué)規(guī)律、產(chǎn)生科學(xué)假說的實踐基礎(chǔ)，是驗證理論預(yù)言和假說的主要依據(jù)。它不僅能培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力，還能讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)歷程，加深對科學(xué)知識的理解。

一、初中科學(xué)課堂教學(xué)對實驗處理上存在的問題

浙教版《義務(wù)教育教科書·科學(xué)》（以下統(tǒng)稱教材）在編排上安排了大量的實驗，其意圖是以實驗為載體，充分發(fā)揮實驗的功效，來提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。但在實際教學(xué)中，很多實驗不能正常開出，究其原因，有以下幾點。

1.《科學(xué)教學(xué)參考書》和《初中科學(xué)課程標準》（以下統(tǒng)稱課程標準）中均沒有明確規(guī)定哪些實驗必須要做，這其實是給予了教師一個自主發(fā)揮的空間，可以改變教學(xué)千人一面，對教學(xué)來說是具有積極意義的。但實踐中發(fā)現(xiàn)這樣缺少剛性規(guī)定卻會使教師覺得“無法可依”，反而弱化了實驗教學(xué)的意識。

2.現(xiàn)如今，中考命題專家在出題時也在精心設(shè)計實驗題目，目的是讓教師在平時的教學(xué)中對實驗有所重視。但紙筆測試不能考查出學(xué)生是否會進行具體操作。雖然在初中畢業(yè)前會對學(xué)生進行統(tǒng)一的實驗操作能力考查，由于實驗考查對學(xué)生的要求極低，教師只需在考查前對學(xué)生進行集中訓(xùn)練一遍，考查時基本上所有學(xué)生都能通過，實驗考查根本體現(xiàn)不出學(xué)生的實際實驗操作水平。

3.大部分的學(xué)校都配齊了理化生實驗室，配有專職的實驗員，但實驗室存在實驗儀器或藥品不全的情況，使得有些實驗不能正常開出。還存在學(xué)校班級多，實驗器材數(shù)量有限，每位學(xué)生都動手操作存在困難。在實驗的準備過程中，需要花費教師與實驗員大量的精力，使教師感到心有余而力不足，實驗課時的安排只能相應(yīng)減少。

4.由于一些教師實驗功底不厚，再加上部分實驗操作繁瑣、耗時、成功率低等原因，教師為了避免課堂上出現(xiàn)“費力不討好”的現(xiàn)象，便在課堂上直接用視頻實驗代替演示實驗或?qū)W生實驗。這一設(shè)置減少做實驗的時間，增加了教師的講授時間和學(xué)生做練習(xí)的時間，看起來讓課堂變得更“高效”。但與此同時，課堂也失去了精彩的部分，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也被慢慢消耗。

基于以上實情，筆者認為應(yīng)該將課堂教學(xué)中的實驗進行優(yōu)化，盡量做到人人參與實驗，使學(xué)生能在“做中學(xué)”、“學(xué)中做”的過程中自主建構(gòu)科學(xué)知識。

二、初中科學(xué)課堂教學(xué)中實驗優(yōu)化應(yīng)遵循的原則

以七年級科學(xué)教材為例，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，課本活動共計75個，其中學(xué)生實驗44個，演示實驗23個，研究性課題8個。這么多實驗內(nèi)容，如果不調(diào)整優(yōu)化，實施過程中會出現(xiàn)時間不夠等一系列問題。實驗優(yōu)化是指對實驗的模式、器材、操作步驟進行改進，使實驗操作更簡便，現(xiàn)象更明顯，有利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。教師在實驗優(yōu)化過程中應(yīng)遵循以下原則：

1.科學(xué)性原則：實驗的改進應(yīng)具有針對性和目的性，改進后的實驗?zāi)苷_地表現(xiàn)或說明原理或概念，能使學(xué)生獲得正確的感性材料，形成正確的認識。

2.簡易性原則：實驗原材料應(yīng)來源于實驗室或生活用具，實驗操作簡便，能在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)完成，有利于教學(xué)目標的達成。

3.直觀性原則：實驗現(xiàn)象直觀、鮮明，能突出實驗?zāi)康?，使學(xué)生易于觀察，獲得直觀的感性材料。

4.安全性原則：實驗過程安全，實驗處于可控制狀態(tài)，藥品用量少，將對環(huán)境的污染降到最低。

5.可行性原則：實驗的設(shè)計應(yīng)符合教學(xué)實際情況，難易程度應(yīng)符合學(xué)生的認知情況，易于教師掌控，能對教學(xué)目標的順利完成起促進作用。

三、初中科學(xué)課堂教學(xué)中實驗優(yōu)化實施的策略

皮亞杰強調(diào)：“兒童要高度活動，在活動中讓兒童動腦、動手，進行探索，通過活動逐步豐富兒童的認知結(jié)構(gòu)，在教學(xué)過程中要通過兒童自身積極的活動，讓兒童探究、發(fā)現(xiàn)知識。”（引自《初中科學(xué)教學(xué)關(guān)鍵問題指導(dǎo)》第142頁，共80字）科學(xué)教學(xué)過程的實質(zhì)是學(xué)生在老師的指導(dǎo)下認識科學(xué)知識，經(jīng)歷從生動的直觀到抽象思維，從抽象思維到實踐的認識步驟。實驗作為科學(xué)知識獲得的一種重要途徑，如何才能讓它調(diào)動學(xué)生對知識的主動建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力，筆者認為可以從以下幾方面進行。

（一）優(yōu)化實驗方式，提高學(xué)生的實驗參與度

課程標準要求學(xué)生掌握觀察、實驗、收集處理信息的基本技能。要落實這個要求，教師應(yīng)深入研究教材，在進行教學(xué)設(shè)計時面向全體學(xué)生，根據(jù)學(xué)生當(dāng)前的認知水平，確定探究難易程度，優(yōu)化實驗方案，變不易為簡易，增強實驗的可操作性，提高課堂效率。

1.優(yōu)化演示實驗，讓實驗效果更明顯。

演示實驗是教師在教學(xué)過程中親自進行表演示范操作，并指導(dǎo)學(xué)生進行觀察、思考的實驗，一般成功率較高，還可以節(jié)省課堂上寶貴時間。其缺點是實驗現(xiàn)象的可視性較差，實驗過程中師生間缺少互動，實驗中蘊含的內(nèi)涵不能被發(fā)掘。將部分學(xué)生能夠安全操作的演示實驗改為學(xué)生實驗，有助于將學(xué)生被動的“等待式”學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動的“探索式”學(xué)習(xí)，不僅能提高學(xué)生觀察、實驗、動手能力，還能使學(xué)生初步養(yǎng)成善于與人交流、分享和協(xié)助的習(xí)慣。

2.對教材中原有實驗進行改進。

筆者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，教材中有些實驗在實際操作中難度大、效果差。因此在教學(xué)實踐中教師要充分發(fā)揮主觀能動性，開動創(chuàng)造性思維，根據(jù)學(xué)校實驗室的實際情況對實驗方案作出相應(yīng)的改進。改進的目的不僅要使實驗操作更簡便，效果更明顯，還要使學(xué)生能通過實驗突破教學(xué)難點，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維。

【案例1】：甲烷氣體燃燒實驗

教材原實驗：點燃甲烷氣體，在火焰上方罩一個內(nèi)壁蘸有澄清石灰水的燒杯，觀察實驗現(xiàn)象。該實驗的目的是讓學(xué)生了解甲烷燃燒的產(chǎn)物。

原實驗中存在的問題：甲烷燃燒在生產(chǎn)生活中應(yīng)用雖然非常廣泛，但是要用甲烷在課堂上做這個實驗，甲烷如何去獲取？獲取后應(yīng)該裝在哪里？應(yīng)該選用什么裝置？如何讓裝置內(nèi)甲烷氣體噴出來方便實驗者點燃？教師面對這一系列的問題無所適從。所以基本上教師在進行這一活動時，都是讓學(xué)生通過觀看甲烷燃燒的視頻，得出結(jié)論。如此設(shè)計，會使學(xué)生感覺這節(jié)課枯燥無味，只是純粹的記憶性接受了一些知識。

改進：改用丁烷代替甲烷進行實驗。

通過組織學(xué)生活動：觀察和把玩打火機，讓學(xué)生說說丁烷的性質(zhì)以及丁烷燃燒的產(chǎn)物，讓學(xué)生設(shè)計實驗來證明丁烷的燃燒產(chǎn)物。提供給學(xué)生的實驗器材有：表面皿、打火機、澄清石灰水。讓他們以6人小組共同完成一份實驗設(shè)計圖并配必要的文字說明，要求設(shè)計方案時要考慮實驗的安全性和簡便性，完成后進行展示，說明設(shè)計的理由。學(xué)生在設(shè)計時大部分都想到將干燥的表面皿放在打火機上和將蘸有澄清石灰水的表面皿放在打火機上方，觀察現(xiàn)象。教師提問學(xué)生有什么地方需要注意和改進的？只有一塊表面皿，在實驗操作順序的先后上是否需要注意？學(xué)生會考慮到表面皿要干冷;只有一塊表面皿應(yīng)該先做檢驗水的實驗，再做檢驗二氧化碳的實驗。等學(xué)生清楚實驗步驟和原理后再讓他們開始進行實驗，記錄現(xiàn)象、結(jié)論和實驗中的困惑。對于實驗中的困惑，則由其他組的同學(xué)幫忙解答。

實驗改進后的課堂給予學(xué)生充分的時間進行討論交流設(shè)計實驗方案，在比較中發(fā)現(xiàn)不同方案的優(yōu)點和不足，能在討論中對方案進行修改和完善，這樣學(xué)生對方案合理與否會有更深刻的理解。不僅提高了學(xué)生的參與度，同時也提高了學(xué)生實驗方案的設(shè)計能力。由于學(xué)生是分組進行實驗來驗證猜想，不僅培養(yǎng)了學(xué)生合理利用器材進行實驗的能力，還進一步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。能對實驗中出現(xiàn)的一些預(yù)料之外的現(xiàn)象進行分析與解釋，培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力，交流與合作的探究意識也得到了強化。

3.設(shè)計新的實驗來彌補教材中的空白。

教材資源是“死”的，不具有生成性的特點，這就要求科學(xué)教師能夠靈活拓展教材。教師應(yīng)該認識到教材并不是唯一的教學(xué)資源，教師要由教材的執(zhí)行者轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)課程的創(chuàng)造者，建構(gòu)個性化課堂，培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力。按照心理學(xué)的相關(guān)理論，人類獲取的信息80%是依靠視覺?？茖W(xué)知識如果是通過教師純粹講授的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，學(xué)生不僅會覺得枯燥，由于缺乏“眼見為實”，也會對其產(chǎn)生懷疑。如果能在這些課程中設(shè)計新的實驗，可以給學(xué)生形成強烈的視覺沖擊，留下深刻的印象。

【案例2】：濃硫酸的吸水性與脫水性的區(qū)別是什么？教材中僅安排了脫水性實驗，對于吸水性教材中的介紹是濃硫酸能直接吸收空氣中的水分。教師可以補充設(shè)計濃硫酸吸水性的實驗：在玻璃培養(yǎng)皿（生物用）中，倒入一些濃硫酸，放在投影儀上，在一平面玻璃上滴上一滴水，然后倒扣在濃硫酸上。一會兒，水滴消失。此實驗?zāi)茏寣W(xué)生清楚理解兩者的區(qū)別。

【案例3】：在《簡單的有機物》一課中增設(shè)教師演示實驗：化妝品燃燒。

點燃打火機，將噴霧型防曬霜噴向火焰處，噴出的霧狀液體立即劇烈燃燒。教師在進行實驗時要做好防護措施。實驗中霧狀液體火焰很大，學(xué)生對出現(xiàn)的這個場面很是震驚，對有機物的燃燒有了更深刻的認識。通過該實驗學(xué)生了解到化妝品中含有多種有機物，容易燃燒，所以化妝品、香水等不要放在車內(nèi)，也不要靠近火源，不然容易引起火災(zāi)，這對學(xué)生來說也是進行了一次很好的安全教育。

（二）優(yōu)化實驗渠道，使實驗向縱深方向發(fā)展

1.開展家庭實驗，將課堂實驗延伸到課外

科學(xué)在社會生活中的重要作用和廣泛滲透，要求科學(xué)教育社會化、大眾化。初中科學(xué)教育正是向未來社會公民普及科學(xué)知識的重要環(huán)節(jié)。讓科學(xué)實驗走出課堂，走進家庭，走進社會生活，既是培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)知識解決問題能力的需要，也是現(xiàn)今實驗改革的方向。一些操作方便、裝置簡單、材料易得、安全性高的實驗可以讓學(xué)生在課外進行，不僅能激發(fā)學(xué)生的興趣，讓探究更加充分，還可以使學(xué)生認識和理解科學(xué)對個人和社會的貢獻和價值，對學(xué)生進行“科學(xué)的生活”和“生活中的科學(xué)”教育。例如探究種子萌發(fā)需要的條件，測量土壤的酸堿性等實驗均可在家完成。

2.合理利用視頻實驗，使實驗過程更清晰。

視頻實驗由于是已經(jīng)制作好的，實驗的設(shè)計與結(jié)果也符合設(shè)計者的意圖，往往都是成功的實驗，不會產(chǎn)生意想不到的“意外”，不利于產(chǎn)生課堂生成創(chuàng)造教學(xué)契機，也不能觸發(fā)學(xué)生的好奇心。但視頻實驗在教學(xué)中并不是一無是處，合理選用可以讓課堂更完美。

有些實驗耗時較長，不能在課堂上完成。例如將雞蛋放到稀鹽酸中觀察蛋殼的變化。教師可以事先用手機把它錄制成視頻在課堂上以三倍快速播放給學(xué)生觀看，雞蛋在鹽酸溶液中不斷地上浮和下沉，這樣就解決了課堂上時間的限制。

有些實驗由于速度太快，人眼來不及反應(yīng)。例如在講能量的轉(zhuǎn)化中籃球撞擊地面而發(fā)生反彈的過程，由于時間太短，學(xué)生不能觀察到籃球的形變過程。如果改用視頻播放慢鏡頭，籃球的形變過程會變得很清晰，學(xué)生能輕松地了解能量的轉(zhuǎn)化情況。

有些實驗教師在講解操作步驟時學(xué)生不易理解。例如制作并觀察血涂片。教師可以在課前去醫(yī)院拍攝醫(yī)生制作血涂片的過程，將視頻在學(xué)生動手進行實驗之前播放，并將醫(yī)生的動作放慢，讓學(xué)生仔細觀看，再讓學(xué)生自己動手操作，學(xué)生操作起來會比較得心應(yīng)手。

（三）優(yōu)化實驗器材，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識

1.利用生活用具作為實驗器材。

科學(xué)本源于生活，將生活用具作為實驗器材使用到課堂中，不僅可以增加學(xué)生的親切感，讓學(xué)生感覺到科學(xué)就在我們身邊，又豐富了科學(xué)實驗教學(xué)資源。由于這些物品本來的用途不是用于實驗的，所以這種做法屬于創(chuàng)新，符合課程標準中科學(xué)課程目標之一，有利于增強學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)他們的實踐能力。

【案例4】：生活中的礦泉水瓶可以做不少實驗。將一底部刺有一個小孔的礦泉水瓶裝滿水，發(fā)現(xiàn)底部會漏水;擰緊瓶蓋，水卻不會再漏出來，這是為什么呢？以此作為《大氣的壓強》中的引入實驗，可以引起學(xué)生好奇心。在礦泉水瓶的側(cè)壁上方和下方分別刺上兩個小孔，灌滿水，兩條水柱噴出來，下方的水柱明顯比上方的水柱噴的遠。此實驗可以驗證液體壓強與液體深度的關(guān)系。在探究壓強與受力面積關(guān)系時，將一瓶裝滿水的礦泉水瓶分別正方和倒放在海綿上，觀察海綿的凹陷程度。將瓶中的水倒掉部分放在海綿上，又可以研究壓強與壓力的關(guān)系。

【案例5】：七年級的學(xué)生在學(xué)習(xí)溫度計時，對于溫度計的工作原理是由于液體的熱脹冷縮引起的，有些學(xué)生不能理解。教師可以在藿香正氣水或者兒童葡萄糖酸鋅口服液小藥瓶中裝入紅墨水，蓋緊瓶蓋，瓶蓋中插入吸管，將其放到裝有熱水的燒杯中，吸管內(nèi)液面迅速上升。

【案例6】：在探究力的作用效果之力能使物體發(fā)生形變時，用礦泉水瓶效果明顯，但學(xué)生會有一個疑問：是不是由于礦泉水瓶材料質(zhì)地軟才能形變？如果是質(zhì)地堅硬的物體也能形變嗎？為什么在日常生活中我們在擠壓玻璃瓶的時候卻觀察不到瓶子發(fā)生形變呢？為了解除學(xué)生這一疑惑，可以做如下實驗：在勁酒瓶中注入一定量的水，擰上插有較細吸管的瓶蓋，用力擠壓酒瓶，吸管中的水會上升。

以上這些實驗由于瓶子廉價易得，攜帶方便的特點，為實驗設(shè)備缺乏的學(xué)校開展實驗提供了可能。

2.利用現(xiàn)代科技，使實驗更精確。

課程標準對學(xué)生的要求是通過設(shè)計方案，進行實驗，分析處理數(shù)據(jù)來得出實驗結(jié)論，對客觀數(shù)據(jù)要尊重，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。但教材中的一些實驗由于儀器的問題，在操作上很難做到精準，會讓學(xué)生有虛假的感覺。現(xiàn)代科技發(fā)展迅速，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，如果能將這些新的科技產(chǎn)品應(yīng)用到課堂實驗教學(xué)中，成為新的實驗教具，不僅能使數(shù)據(jù)更精確，還可以突破實驗的難點，使實驗現(xiàn)象更直觀，操作更簡便。

例如數(shù)碼溫度計相對于傳統(tǒng)的液體溫度計，它的優(yōu)點是可固定某一瞬間數(shù)值，便于查閱且精確度高，大屏數(shù)顯讀數(shù)方便。使用時也無需固定和輕拿輕放，操作方便，可以提高課堂效率。

例如傳感器具有實時測量、連續(xù)記錄數(shù)據(jù);又可定位實驗任意時刻;還能形象展示動態(tài)變化;精確度高、靈敏度高等優(yōu)點。將其應(yīng)用在晶體熔化實驗中，依托其實時測量、連續(xù)數(shù)據(jù)記錄的特點，可以突破證據(jù)獲取難點;將其應(yīng)用在牛頓第一定律的推理過程中，依托其精確測量，實現(xiàn)推理可視化，可以突破結(jié)論得出難點。

四、結(jié)束語

綜上所述，實驗的優(yōu)化可以提高學(xué)生參與度，訓(xùn)練學(xué)生動手能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，提升學(xué)生創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，讓課程更豐富，讓課堂更精彩。所以教師要盡可能在課堂上為學(xué)生創(chuàng)造學(xué)習(xí)和探索科學(xué)的條件，讓學(xué)生能夠動起來，使他們在學(xué)習(xí)過程中不僅體驗到科學(xué)的魅力，科學(xué)素養(yǎng)也得到進一步的提升。

【參考文獻】：

[1]中華人民共和國教育部制定.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標準（2011年版）[M]北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]范杰.化學(xué)實驗論.山西科學(xué)技術(shù)出版社.2001

[3]王耀村.初中科學(xué)教學(xué)關(guān)鍵問題指導(dǎo).高等教育出版社.2016