提高初中科学课堂演示实验有效性的研究

第1页共5页提高初中科学课堂演示实验有效性的研究杭州北苑实验中学余永新初中科学是一门综合性理科课程，也是一门以实验为基础的课程，几乎所有科学概念和理论的建立，都必须通过实验进行探究或验证。毫无疑问，实验可谓是初中科学的“灵魂”。教师演示实验是初中科学课堂教学中不可或缺的一个环节，有效的演示实验不仅可以激发学生的学习兴趣，促进教学重点和难点的突破，还能培养学生的观察、思考、分析、评价、创新等多种能力，促进科学素养的养成和提高。很多时候，教师滔滔不绝地讲45分钟，其效果可能还不如花10分钟做一个演示实验。在长期的教学实践中，笔者发现，一些教师出于各种原因不重视课堂演示实验，他们或者“讲”实验，或者“放”实验（视频演示），甚至干脆让学生自己“看”实验（看书）。这些做法不仅违反教学常规，也影响课堂教学质量，更无益于学生探究意识的树立和实验技能的培养。有的教师虽然也做演示实验，但由于课前准备不足或操作水平欠佳，实验或者失败，或者浪费大量时间。还有的教师由于对演示实验的目的和原理理解不深，缺少探究、分析、评价等环节，实验虽然成功了，但对教学的帮助却不大，使实验沦为一次“娱乐表演”。上述种种现象，都使得课堂演示实验的有效性大打折扣。在大力倡导“高效课堂”的今天，如何提高初中科学课堂演示实验的有效性？这是一个必须研究的课题。作为一名初中科学教师，笔者一向重视课堂演示实验，也时常探索提高课堂演示实验有效性的方法。通过长期的教学实践和课题研究，笔者积累了一些粗浅的经验，并取得了实际效果。一、对教材中的演示实验资源进行合理筛选和适当补充浙教版初中《科学》（六册）教材中有大量的“活动”、“探究”和“实验”内容，这是新课程改革后重视科学探究的体现。但由于教学时间有限、教学条件不足等原因，这些内容显然不可能、也没必要全部通过学生的分组实验来完成，其中的一部分只能通过教师的演示实验来完成，这就要求教师需对教材中的演示实验资源进行合理筛选，筛选的标准应遵循有效性、简便性、趣味性、科学性、可视性等原则。例如，在《科学》八年级下第三章第3节《植物与土壤》这一节中，教材编排了5个“活动”和1个“探究”，而教学计划只有两个课时。因此，笔者按照上述原则选择了其中的“根的吸水部位在哪里”和“植物细胞失水的原因”这两个“活动”进行演示实验，顺利完成了教学计划，也取得了良好的教学效果。此外，在课堂教学中，教师不能拘泥于教材，有时还应根据需要适当补充一些教材以外的演示实验，这样可以获得更好的教学效果。例如，在学习《金属的性质》时，一次课后作业中有这样一道题目：食品包装盒中常放有一小袋粉末状物质，该物质对食品同时具有防潮和防氧化的作用。某同学出于好奇，从一只食品包装盒中取出装有粉末状物质的小袋，撕开后发现袋内有板结的铁锈。试推测该粉末状物质是__________；其作用原理是__________。在这次作业的讲评课上，笔者首先介绍了这袋粉末状物质是“除氧剂”（又称“双吸剂”），其主要成分为铁粉，通过与氧气和水的共同作用而发生锈蚀，从而将食品包装盒中的氧气和水分除去，达到食品保鲜的目的。接着，笔者将一袋除氧剂当场撕开，把粉末状物质（红棕色）倒在白纸上给学生展示（如图1所示），并不失时机地追问：“如何通过实验检验这袋除氧剂是否已经失效？”然后，笔者根据学生设计的方案做了一个演示实验：取少许粉末状物质于试管中，加入稀盐酸，振荡，发现有气泡产生，溶液逐渐变成浅绿色；放置到下课时再第2页共5页观察，溶液又变成了黄绿色（如图2所示）。这说明这袋除氧剂中除了铁锈，还有铁粉剩余，尚未完全失效。图1图2通过这个简单的演示实验，学生对除氧剂的成分和作用有了直观、深入的认识，也巩固了酸的性质、离子颜色等旧知识，并能借此培养他们的实验设计和分析能力。再如，在学习《浮力的成因》时，笔者补充了这样一个演示实验：①将一只去底的饮料瓶（600毫升）瓶口朝下固定在铁架台上，在瓶里放入一只乒乓球；（如图3所示）②将瓶盖拧下，向瓶中注水，发现水从乒乓球与瓶壁之间的缝隙流出，乒乓球没有浮起；（如图4所示）③将瓶盖拧紧，再向瓶里注水，发现乒乓球很快浮了上来。（如图5所示）图3图4图5这个简单的演示实验很好地证明了“浮力是由于物体上下表面受到的液体压力差引起的”。《浮力的成因》一直是教学难点，而通过补充该演示实验，学生就容易理解和掌握，难点轻松突破。二、确保课堂演示实验的成功提高课堂演示实验的有效性首先要确保实验成功。一次失败的演示实验，即使不能完全否定其价值，也会使它的有效性大打折扣。那么，如何确保课堂演示实验的成功呢？笔者认为以下三点是成功的保证。1、教师必须具备相应的专业知识和操作技能明确实验目的，理解实验原理，规范实验操作，课堂演示实验才有可能成功。这就需要教师必须具备相应的专业知识和操作技能。目前，科学学科普遍采取合科（或半合科）教学，一些教师（特别是非专业教师和新教师）由于在专业知识和操作技能上的缺陷与不足，导致在进行课堂演示实验时，实验原理讲解不清，实验操作混乱错误，实验分析和评价无力开展，结果导致演示实验低效甚至无效。2、教师必须在课前对演示实验进行“预做”“预做”才能及时发现并解决可能会出现的问题，确保在课堂演示时成功。记得有一次在演示“测量水的体积和质量”实验时，因为该实验非常简单，过去从未失败过，笔者就没有事先“预做”。结果在课堂演示时，测出的体积数据误差很大。课后笔者第3页共5页才发现是被刻度不准的“山寨量筒”所累。还有一次在演示“氢氧化钙与氯化铁的反应”实验时，笔者也凭感觉没有事先“预做”。结果在课堂演示时，当氢氧化钙溶液滴入氯化铁溶液中时，并没有出现预计的红褐色沉淀。课后笔者才发现是氢氧化钙溶液的浓度太低所致。可见，即使是一些操作简单、成功率高的演示实验，也有“预做”的必要，不怕一万就怕万一。3、对课堂演示实验进行必要的优化或改进《科学》教材中的一些“活动”、“探究”和“实验”的设计不尽合理完善，对一些原理复杂、时间过长、现象不明显、操作易失败的演示实验，应进行必要的优化或改进，确保课堂演示实验的成功。例如，在演示“氢气还原氧化铜”实验时，若按教材上的要求使用氧化铜粉末，不仅实验时间长，而且成功概率低（很难得到红色、光亮的金属铜）。笔者在演示该实验时，进行了如下优化：①将一团细铜丝缠绕在直玻璃导管口，然后在酒精灯火焰上灼烧至铜丝表面变黑；（如图6所示）②将导管插入试管底部，再把试管固定在铁架台上，调节试管口略向下倾斜；③向试管内通一会氢气，然后对试管底部加热，很快就可以看到铜丝表面由黑色变成了光亮的红色。（如图7所示）图6图7图8通过优化，该演示实验的操作时间大大缩短，而成功概率却显著提高。再如，在演示“证明气体浮力存在”实验时，若按教材上的方案，操作复杂且现象不明显。笔者在演示该实验时，进行了如下改进：用轻质塑料薄膜（如垃圾袋、保鲜膜等）和胶带纸扎一只方形气球，下部留一小口，然后用吹风机通过小口向气球内吹入热气，气球很快浮了起来，一直升到教室的天花板上。（如图8所示）学生们顿时欢呼雀跃，兴趣盎然，演示实验的效果之好不言而喻。虽说提高课堂演示实验的有效性首先要确保实验成功，但失败的演示实验也是有价值的。科学历史上许多重大的发现和发明都是在失败的启示中诞生的。著名教育家斯迈尔通在《自助》一书中指出“我们从失败中学到的东西，要比从成功中学到的东西多得多，因此研究失败是为了更好地赢得成功。”所以，面对失败的演示实验，教师必须正确对待，不可视而不见，也不可敷衍搪塞，而应把它作为一个培养学生发现和解决问题能力的机会。在一次演示“测量斜面的机械效率”实验时，笔者按教材上的方案，用四轮小车进行实验，结果测出的机械效率接近100％，这显然有问题。这时，笔者就引导学生一起分析原因，最后终于有学生发现：用四轮小车进行实验，由于轮子与斜面之间的滚动摩擦较小，导致额外功较小，所以机械效率才会接近100％。于是，笔者改用小木块重新进行实验，结果获得了理想的数据。通过这次“失败”的演示实验，学生不仅学会了测量斜面的机械效率，也得到了一次“发现问题→解决问题→获得成功”的体验。第4页共5页三、对课堂演示实验进行全面、深入、细致的剖析成功的演示实验就一定有效吗？笔者认为不是的。科学课堂演示实验的作用不单单是探究或验证科学概念和理论，也能培养学生的观察、思考、分析、评价、创新等多种能力。初中学生普遍喜欢演示实验，但他们的兴趣点和兴奋点往往集中在实验现象方面，对实验目的和实验原理可能不甚了解，更谈不上分析、评价和创新。所以，教师在进行演示实验之前，必须引导学生明确实验目的和实验原理；在完成演示实验之后，必须引导学生对实验进行分析和评价。只有这样“层层剖析”，才能使一次演示实验的“功效”达到最大化。如果教师只是为做实验而做实验，那么课堂演示实验只不过是一次“娱乐表演”而已，对教学的帮助有限，对学生的能力培养也无法实现。在演示“测定空气中氧气的含量”实验时，笔者先让学生阅读课本上的“活动”内容，并思考几个问题：①该实验的设计原理是什么？②为什么燃烧匙中的红磷需过量？③为什么要等到瓶壁冷却到室温时，才能打开止水夹？解决了这些问题后，笔者才开始进行演示实验。实验结束后，笔者又给学生提出了几个问题：①该实验得到什么结论？②能不能用木炭或硫粉替代红磷？③若该实验的测定值偏高或偏低，可能的原因有哪些？最后，笔者留给学生一道回家作业题：利用身边的材料，设计一个简单的实验来测定空气中氧气的含量。在演示“植物制造淀粉”实验时，笔者同样设计了一系列问题：①为什么要将天竺葵在黑暗处放置一昼夜？②实验中如何对“叶片是否受到光照”进行控制？③为什么要将叶片浸在酒精中加热？为什么要采用水浴加热？④如何鉴定淀粉？⑤该实验得到什么结论？⑥有关植物的光合作用，还有哪些问题可以探究？笔者认为，只有像这样对演示实验进行全面、深入、细致的剖析，使学生“由表及里”，从实验现象进入实验背后的科学原理，才能真正提高演示实验的有效性，从而使演示实验具有了“质感”。四、使用多媒体视频演示实验替代教师演示实验初中《科学》教材中有一些“活动”、“探究”和“实验”内容，由于缺乏条件、效果不佳、操作困难、危险易错等原因，不宜在课堂上进行演示实验，可寻求其它替代方法。其中，使用多媒体视频来演示实验不失为一种极佳的选择。多媒体视频可将图像、声音、文字等信息集于一体，直观形象、生动逼真、极富表现力和感染力，而且可以随意剪辑、调控和再现，便于学生观察和教师讲解，它的演示效果有时要超过教师的课堂演示效果。例如“甲烷气体的燃烧”实验。由于甲烷气体的制取不是教学内容，操作也较为复杂，而且燃烧具有一定的危险性，不宜进行课堂演示。笔者从网上下载了一段“冰湖中的甲烷气体燃烧”的视频在课堂上播放，学生们不仅看到了甲烷（实际是沼气）气泡密封在冰中的奇异景观，还看到了甲烷气体被科研人员点燃后喷出巨大的、清晰的蓝色火焰，他们神情投入，啧啧称奇，这为接下来学习如何检验甲烷的燃烧产物奠定了良好基础。第5页共5页再如“测量土壤空气的体积分数（替换法）”实验。该实验取样比较困难，费时费力，成功率也不高。笔者采用动画演示该实验过程，同时还介绍了另两种方法——注水法和差值法，效果相当不错。以上就是笔者通过长期的教学实践和课题研究积累的一些粗浅经验。诚然，不同的教师，在面对不同的学情时，会采取适合于自己的教学方法，笔者在此所做的，无非是抛砖引玉。希望广大初中科学教师都能重视课堂演示实验，不断探索提高课堂演示实验有效性的方法。