剖析实验环节，改进实验方法

王林松

摘 要：科学实验是教学活动的一部分，因此教师需要遵从教学的基本原则，除此之外还应遵循科学性原则、显效性原则、简明性原则、安全性原则等。教材因受材料和环境的影响，它在实验设计中也存在一定的局限性和不合理性。分析教材，运用不同的实验方法，需要对实验进行改进，帮助学生更有效地完成科学探究。

关键词：实验；环节；方法

科学实验方法主要是按照实验目的，利用仪器和设备，人为地控制研究的对象，排除干扰，突出主要因素，突出科学实验的现象、过程及其特征，研究科学问题所采用的一种科学方法。常见的方法可分为：实验归纳法、验证法、控制变量法、理想实验法、比较法、平衡法、转化法、放大法、模拟法、解剖法等。在小学科学课程中不同程度地运用了相关的实验方法，教材的设计者也良苦用心地安排了一些实验设计和操作的插图为的是让教师和学生都有一个参照的方向。但现实是有些实验缺乏科学性、显效性和安全性。我们需要巧妙地运用实验方法，改进实验的环节和材料，帮助学生更有效地完成实验探究。

一、5年级下册《热》单元为例——运用比较法增加实验的显效性和准确性

1.第4课《空气的热胀冷缩》中，观察空气是否具有热胀冷缩的现象

本课科学概念：物体由冷变热或由热变冷的过程中会发生体积的变化，这可以通过我们的感官感觉到或通过一定的装置和实验被观察到。

如果瓶内的空气体积膨胀，瓶内的空气就会往外挤。只要想办法观察到瓶内的空气在往外跑，我们就知道瓶内的空气在膨胀（课文中的内容）。分析课文得知，气球的胀与瘪能反映出空气的热胀冷缩，而导致气球胀与瘪的是温度的不同。因此，不管是教师的演示实验还是学生的分组实验都需要准备热水、常温下的水、冰水，复杂异常。

缺点：按课文的实验设计，锥形瓶的瓶口大，受热时间较长，气球膨胀不明显。不同温度下的三种水，同时还要保证气球与锥形烧瓶接口的密封性，实验效果不明显，对学生的感官刺激不够强烈，印象不深。

改进：在前一课观察水的热胀冷缩体积变化时，我们采用的装置是在烧瓶中插一根细管子，那么在观察空气的热胀冷缩体积变化及研究它的特点时，我们也可以采用这一装置，不同的是观察水的热胀冷缩体积变化时，烧瓶里面装的是水，而观察空气的热胀冷缩时，烧瓶里面装的是空气，套在细管上的气球是为了借其体积变化使我们能更清楚地看到空气的体积变化，这样变量只有一个——装在烧瓶里的物质不一样（一是水，一是空气），而且也便于启发、迁移，操作步骤也基本类似，简单高效。

2.第6课《热是怎样传递的》有两个活动：热在金属条中的传递；热在金属片中的传递。通过实验让学生感知热是怎样传递的，明白热总是从较热的一端传向较冷的一端。

本课科学概念：热是一种能量的形式，热能够从物体温度较高的一端向温度较低的一端传递，从温度高的物体向温度低的物体传递，直到两者温度相同。

课文中的实验要求在一段铁丝上每隔一定距离用蜡粘上一根火柴，将铁丝固定在铁架台上，火柴都向下悬挂，用酒精灯给铁丝的一段加热。观察哪端的火柴先掉下来？课文的要求是用蜡粘，课前我让学生进行尝试，学生花了不少的时间，可一上课学生向我抱怨的却很多都说粘不牢，成功的寥寥无几，上来展示时颤颤抖抖的又掉落了几根。那么简单的实验为什么会不成功呢？问题究竟出在什么地方？

缺点：通过自己亲身实验终于明白了是怎么回事。虽然日常生活中我们都知道蜡烛燃烧时流下的蜡会在桌上凝固。由于蜡先要熔化成液体，然后滴在铁丝上，再往上粘火柴。但蜡的凝固时间快（指冬天，夏天正好相反），且熔化后粘性不大，所以很难粘上去，因此成功的不多。

改进：在这个探究活动中，我们对实验装置进行了大胆改进，用套蜡环的方法代替粘火柴棒，解决了实验原型中粘火柴棒很不方便，并且容易掉，影响实验效果的问题。

二、3年级上册《空气有重量吗？》为例——运用控制变量法增强观察科学性

本课科学概念：空气有一定的重量，但是重量很轻。

需要学生探究空气是否有重量，书本实验装置是一个简易杠杆，意图是采用平衡法来进行观察实验。借用笔帽和未充气的气球平衡到后来的充气球一端的向下倾斜来证明空气有重量。缺点：科学性不强，可操作性难。气球体积小，即使充满空气，效果不明显。一是我们在进行比较的时候改变了两个量，除了本身重量增加外，气球本身受到了浮力的作用，在悬挂比较时，严重干扰了实验的准确性。二是提绳的悬挂难，调细木棍的平衡难，细木棍在这里可能会充当不等臂杠杆的角色，这也会使后面的实验结论出现不科学性。三是气球结扎难的问题，要将充好气的气球挂上去对小学生来说难度大。气球如果是由学生吹气完成，里面含有大量水分，实验结果的真实性不高。

改进：运用控制变量法，通过篮球充满空气和未充气前后重量对比：充气篮球内的空气受到了压缩，单位体积重量相应增加，称出重量。再将篮球内的空气放掉，再称出篮球重量，通过对比和计算，取两者的差值，学生清晰观察到空气有重量，而且很轻。

三、4年级上册《声音的变化》为例——运用转换法降低观察难度

本课科学概念：音量是由物体振动的幅度决定的，振动幅度越大，声音就越强；振动幅度越小，声音就越弱。音高是由物体振动的频率决定的，振动的频率越快，声音就越高；振动的频率越慢，声音就越低。

关于音量的大小、振幅的大小、频率的快慢等概念，学生的理解是比较困难的，主要原因是难以观察，课本通过观察尺子发出声音，来认识音量大小与振幅的关系，再通过观察4个杯子中装有不同高度的水，辨别哪个音高，哪个音低。

缺点：学生感官灵敏度差异性很大，容易形成分歧，如，让学生看振幅的大小，光用眼睛看，学生是看不清的，原因是时间短、变化快，而且尺子的质地也各不相同。用耳朵听音高同样是有偏差的，而且4个杯子的材料本身也会出现差异，学生每一次敲打的力度和着力点也很难控制。音高要同频率快慢联系起来更是困难，学生用感官根本观察不到频率有多快。

改进：运用电脑中的频率测试软件，将物体发出声音的高低，以及音量的大小、振幅的大小用波形和数值的方式显示出来。只需要用麦克风对准发生物体，音量的大小和分贝数值一目了然。振幅可以通过观察波形的高低、频率的快慢以及比较数值来观察。通过显性的数字式界面帮助学生建构“声音”中各个要素的概念。测试杯子发出的音高不同也可用此办法，需要改动的是只用一只杯子和不同量的水，且杯子要上下口不能有粗细差异，尽量选择质量好的杯子作为实验材料。水的高度可以分0高度、1/4杯子高度、1/2杯子高度、3/4杯子高度、满杯，敲打时采用塑料锤小角度撞击的方式，因为塑料锤重量和释放的角度均可控，这样观察尽可能减少多变量的影响，实验科学性相应增强。

实验操作的方法多种多样，需要因课制宜地选择合理的方法，改进实验的设计环节和材料，这样能够保证实验数据的真实性、有效性，使我们的探究不至于停留在形式上，让每个学生都能够享受到科学探究带来的乐趣。

参考文献：

蔡铁权，臧文彧，姜旭英.科学实验教学与研究.华东师范大学出版社，2008-09.endprint