改进教材实验 提升实验教学有效性

改进教材实验提升实验教学有效性徐承翔【摘要】实验是科学的灵魂，有效的科学实验教学，不仅可以使学生获得科学知识，而且有利于训练学生的科学方法，培养其实验能力和创新精神，使其养成严谨求实的态度、追求真理的科学精神，形成科学的价值观。因此，实验教学的有效性在科学课堂教学有效性中显得尤为重要。深入研究教材中的实验，有些可以挖掘实验的探究点，培养学生探究意识和能力；由于器材、实验条件等原因无法在课堂上进行的实验，可以改进实验器材，让学生亲眼目睹，加深学生对科学事实的理解，启发学生思维；有些可以改变实验教学方法，以生为本，让学生自己主动习得，实践过程中能更加深学生对实验原理的理解。【关键词】改进实验提升实验教学有效性初中科学课程，作为综合理科课程，是以实验教学为基石的学科。实验教学在科学教学中有着重要的作用：启发学生思维、调动学生积极性、建立概念、揭示规律、解决疑难问题、培养以实验为基础的思想方法和科学修养。初中科学教材中科学实验类型多样、内涵丰富。有效的科学实验教学，不仅可以使学生获得科学知识，而且有利于训练学生的科学方法，培养其实验能力和创新精神，使其养成严谨求实的态度、追求真理的科学精神，形成科学的价值观。但也教材中也有一些实验由于器材、实验条件等原因，实验的可操作性或实验效果会受影响。如果教师能根据实际创造性地运用教材中的实验，或者加以改进，使其更好发挥培养学生的科学素养的作用，就更加能体现新课1程理念。因此，科学实验教学中“创新”、“有效”是提高实验教学有效性的一个切入点，如何利用好教材中的演示实验，多角度的挖掘实验教学，促使学生能力发展，是教师要思考的重要问题。一、挖掘演示实验的探究点，从“演示”到“探究”，培养学生探究意识和能力。科学探究是一种重要的学习方式，实验探究是培养学生探究能力的一个有效途径。教师在教学过程中如果可以挖掘实验中的探究点，以实验为载体，留给学生足够的时间和空间，提出问题，检验想法，交流和讨论，那么演示实验不会简单地停留在教师的表演，学生实验也不会简单地停留在技能的模仿，学生通过亲身经历和实验，证明自己的假设或观点，可以培养学生科学素养，这才符合学生发展的要求。【案例1】《探索碱的性质》（浙教版《科学》第五册第一章第三节），教材安排的活动：1、在2支盛有NaOH溶液的试管里分别滴入几滴紫色石蕊试液、无色酚酞试液，观察试管里的溶液发生了什么变化。用pH试纸试验，NaOH溶液能使pH试纸呈什么颜色？2、用Ca(OH)2溶液重复上述实验，观察产生的现象是否相同，并记录。上述活动通过观察NaOH溶液和Ca(OH)2溶液使酚酞试液、石蕊试液变色情况的共同点，得出碱溶液使指示剂颜色变化的规律。2为了使学生进一步明确碱溶液使指示剂颜色变化规律的本质原因，即指示剂颜色变化和OH-离子有关，也为了启发学生思维，让学生体验探究的过程和方法，注重对学生科学素养的培养，对教材的这一实验活动做了如下变动：（一）用pH试纸测定NaOH溶液的pH值，结果pH7。让学生观察NaOH溶液能使石蕊试液变蓝、使酚酞变红。（二）提出“你认为是NaOH溶液中的什么粒子（H2O、Na+、OH-）使石蕊试液变蓝？并设计实验来证明”。（学生要提出猜想、设计控制实验条件的对照实验、对实验现象和结论做出解释。学生在这个探究实验的设计过程中，因为实验带有明确的目的性，实验的结果要反过来验证先前的假设，所以实验的设计、实际操作过程不能干扰对这种假设的检验，要求学生仔细分析实验设计的步骤、原理、方法，明确哪些不当的操作可能会引起对实验的干扰，因此这样的探究过程加深学生对实验目的、实验原理、实验方法的认识，同时初步学会了怎样设计对比实验，怎样控制相关变量。）（三）用pH试纸测定Ca(OH)2溶液的pH值，结果pH7。学生根据（二）的探究结果，推测Ca(OH)2溶液使酚酞试液、石蕊试液的变色情况，并进行实验验证。在这样的探究实验的基础上，学生除了可以推论得出碱溶液使指示剂颜色变化的规律，同时也明白是碱溶液中的OH-，使指示剂变色，则不溶性碱就不能使指示剂变色，且只要有OH-的碱性溶液也能使指示剂发生同样的变化。3比起教材中直接观察NaOH溶液和Ca(OH)2溶液使指示剂的颜色变化来总结规律，改变后的教学活动，对学生体验科学过程，掌握科学方法，形成控制实验条件的意识和科学探究能力，形成正确的观念，具有非常重要的意义。【案例2】《探索碱的性质》教材中还有一个活动：1、在2支分别盛有3毫升氢氧化钠稀溶液的试管里，各滴加1滴酚酞试液，再分别向2支试管里逐滴加入稀盐酸和稀硫酸，边滴边振荡，直到红色刚好褪去。2、用滴管吸取反应后的溶液滴在蒸发皿中，在小火上烘干，蒸发皿上留下了什么？上述活动的内容1，通过酚酞颜色变化，为了向学生说明碱能和酸反应；内容2，通过观察蒸发皿上留下的物质，说明碱和酸反应生成盐。基于碱能和酸反应，在教材上一节内容《探索酸的性质》中已经讲过；内容2中，蒸发皿烘干后留下的白色物质一方面现象不是预期的那样明显，另一方面也不能马上确定其为何物质。因此对此实验再做修改。（一）试管中加少量Cu(OH)2（蓝色固体），加入稀HCl，学生观察到蓝色固体消失，溶液变蓝色。说明碱和酸发生反应了。（二）试管中加入2毫升NaOH溶液，再加入稀HCl，此时学生没有观察到明显现象。提出问题：你有什么方法来证明NaOH溶液（碱）4和稀HCl（酸），确实发生反应了？（学生可以利用上一个活动中指示剂颜色变化来设计实验，但是要考虑选用哪种指示剂，以及该指示剂先滴加入酸溶液，再加碱溶液反应，还是先滴加入碱溶液，再加酸溶液反应的先后顺序。比较几种方法的优缺点。）（三）解决上述问题后，选用大家认为比较好的方法——“选用酚酞做指示剂，滴加到碱溶液中，在变红的溶液中滴加稀盐酸，当溶液的颜色变为无色，就可以说明碱和酸发生反应了（如下图所示过程）”，继续设置问题引导学生探究。问题：1、当溶液变为无色时，氢氧化钠反应完了吗？2、这时盐酸是否和氢氧化钠恰好完全反应，也没有剩余了？3、怎么证明盐酸是否有剩余？（学生要借助酸的性质来设计实验，达到温故知新的效果，也得到方法上的收获。）用指示剂的颜色变化来反映化学反应是否恰好完成，这是一种方法，教材是通过演示实验，其中隐含这种方法，但对学生来说不一定理解很深刻。将这个演示实验变为探究性实验，学生通过讨论、设计实验、比较实验的优缺点，最后确定一种较好的方法，对学生来说，经过这样多样化的思维，多种观点的碰撞，争论，比较，而获得正确经验的过程，是学生主动、独立、独特的学习过程的经历，可以培养学生思维能力和创新精神。《科学》教材中还有很多类似的表面上看属于验证性的实验，但我们都可以挖掘其中适合学生去探究的内容，培养学生探究的习惯，不是为探究而探究，而是让探究的过程和方法成为学生思考和解决问5题的一种手段和方法。二、改进实验器材，从“讲”到“做”，加深学生对科学事实的理解，启发学生思维。科学实验可以让学生观察，可以让学生亲自动手做实验，这对学生来说是一种享受，也是对科学知识的理解和体验的过程。《科学》教材中大多数实验可操作性强，实验效果也明显，对学生的学习也起到重要的引领的作用。但是也有一些实验，受客观条件限制，在课堂上不能直接进行，导致一些教师对教材实验“以讲代做”，而且认为，教师把实验给学生讲懂了，一样可以达到做实验的效果，还可以省去很多麻烦。也许很多实验只讲不做，学生也能懂，其原因在于利用了学生的想象。学生对实验的想象能力也是基于学生的实验经验，学生的实验经验越丰富，对实验的想象能力也越强。但是学生科学实验的直接经验是非常不足的，他们对实验的想象很容易走样、变形，严重的甚至导致形成迷思概念。因此我们要创造条件，变“讲”为“做”，更好的是创造条件，由老师做演示实验变为学生独立实验，在动手实践过程中习得新知。让学生通过亲自操作、观察，获得更丰富的直接经验，使学生的实验能力、观察能力、思维能力等多种能力得到进一步发展。【案例】第四册第三章第5节“植物蒸腾作用快慢的影响因素”实验，教材给出的方案如图所示。通过实验中水银柱的上升及上升的快慢比较，让学生感受蒸腾拉力的存在（水银柱上升），以及探究蒸腾快慢6的影响因素（不同条件下水银柱上升快慢比较）。在实际教学中，用水银等材料来完成该实验比较难实现，只能用教材的图示来“讲”实验。但这样“讲”实验只能让学生凭想象去理解这个实验，而实验现象是否就是按照教师所说，实验过程中会出现什么样异常现象，整个实验是否就这样顺理成章等，没有实践的过程可能就失去了很多生成的精彩。学生没有亲自操作和观察，不利于激发学生思维，不利于学生理解科学知识的内涵和外延。因此，经过多次次试验，对教材的实验做了如下改进，让它成为课堂上可操作、可展示的实验，收到了良好的效果。改进后装置如图。广口瓶带双孔胶塞，实验时瓶内内装满水，塞上双孔胶塞，桉树枝条通过一个孔伸入水中，另一个孔中的长颈漏斗内能保持一段水柱，且液面滴加一滴食用油（防止水分从长颈漏斗蒸发）。每次实验，调节长颈漏斗内水面在同一高度，分别在室内阴凉处、室内吹风机吹冷风情况下、将桉树枝条用塑料袋扎住、室外阳光下，相同时间内（2分钟）学生观察液面下降的高度，实验效果非常明显。利用改进后的装置，能将教材中以往只讲不做的实验做给学生看，学生能亲眼目睹几分钟内管内液面下降有那么多，水分的散失，除了通过植物的叶，不可能再从其他地方以水蒸气的形式散失到空气中去。学生对植物叶的蒸腾作用、蒸腾作用快慢与环境条件的关系有了更直观的更真实的感受。并且在这个改进实验的启发下，学生还设7计了证明蒸腾作用其他方法，比如，比较一段时间前后装置的质量变化可以说明植物在散失水分，或用直径更小的玻璃管可以使实验效果更佳等。像这样我们能让植物蒸腾作用这种自然界真实存在，但不易直接观察到的现象在课堂上通过实验给学生直观展现，让学生对科学的认识从感性到理性，科学实验提供了可靠的源泉和推动力。三、改变实验的教学方法，从“教会”到“习得”，加深学生对实验原理的理解。一些重要仪器或稍复杂的仪器，对仪器自身结构原理的理解，是学生掌握仪器使用方法的前提，也影响学生对相关实验过程的理解和掌握。根据现代学生认知能力的变化和特点，我们要改变以往对仪器的菜单式教学方式，教师自己以为对仪器结构原理非常了解和熟悉，上课时只要把全部要点都教给学生，就能很好地把学生教会。可曾想，教师滔滔不绝地讲授，学生只是干巴巴坐那里听，并没有真正参与到学习中来，所以才会出现所谓的“难点”，即教师教了还有很多学生不会。现代教育强调生本教育，我们要让学生真正成为课堂的主人。如果能根据各类仪器的特点采用多种方式，让教师少教，而学生多学，让学生自己习得，通过自己的实践获得真知，学生的收获会更多。【案例】如电学中滑动变阻器这个重要仪器的教学，一般教学过程先呈现仪器，介绍各部分结构及功能，再分析变阻器改变电阻的原理，以及使用规则，然后再让学生通过操练学会使用。这种传统的方式一节课8下来，教师普遍反映，讲得多，教的累；学生普遍反映难听懂。分析其原因就在于没有把课堂真正还给学生。针对这样的问题，对滑动变阻器的教学设计做成了如下的学生分组实验：阶段一：建立变阻概念。每组学生先将一根较长的电阻丝和小灯泡组成串联电路，让小灯泡发光(如图一)。在这个电路的基础上，让学生尝试改变灯的亮度。学生经过操作发现了很多方法，如改变电池个数，或将电阻丝对折后接入电路，或将电阻丝剪断后接入电路，或改变接入电路的电阻丝的长度等。教师在学生有实践体验的基础上，对“改变接入电路的电阻丝的长度”来改变灯泡亮度的方法进行进一步引导，明确电流路径、电阻大小变化等。通过这个做法让学生初步建立变阻的概念、了解变阻的原理及体验变阻的效果。图一图二阶段二：建构变阻器模型进而认识滑动变阻器实物。在此基础上，通过问题的设置，如：电阻丝很长，使用不方便，如何节省空间？（用“绕”的方法）该怎么绕?导线紧挨会导通电路，怎么办？怎么接入电路才有变阻作用？作为滑片支架的材料怎么选？等一些问题，在学生的思考、讨论、实践等积极方式参与下，逐步构建