就地取材 以小见大—— 初中科学教材中小实验的开发和应用

浙江省杭州市余杭区闲林中学 陈忠飞

初中科学教学状况调查显示，受主、客观多方面因素影响，目前初中科学教学中对于实验教学的重视程度并不理想。课程中设置的学生实验内容较少，而且许多学校由于受条件限制，学生动手实验机会更少。学生平时课业负担较重，没有较多的时间开展实验活动；教师演示的实验器材繁多，步骤复杂，由于课堂时间所限学生不能完整观察到实验现象，教师和学生对课堂中出现的未预料的实验现象不能深入探讨、研究。

许多一线教师缺乏对教学内容的处理以及对实验的改进和创新能力，教学效果较差。即使有实验，也是学生照着教师设计的步骤一步一步模拟，不动脑筋地“照方抓药”，结果在实验中是动手而没有动脑，不利于提高问题与解决问题和创新思维的发展。

这些现象的存在为我们如何积极开发科学小实验、改进教材已有实验，提高课堂教学有效性，增强科学探究，提高科学素养的课题。科学的核心是探究，在教学中通过实验加深科学、规律和现象的认识培养学生创新能力。

一、初中科学小实验开发的原则

创新小实验的开发与应用的基本原则主要源于教学实践的需要，涉及科学性、简易性、直观性、安全性、创造性五个方面。

二、初中教材中小实验开发和应用的实践

初中科学教材中有大量的实验活动，这对学生理解科学知识是很有帮助的。但有的实验存在取材难、现象不明显、操作较复杂等问题，需要教师进行改进。本课题开发、利用30 多个创新小实验，通过改进实验取得了较好的教学效果。（限于篇幅选取部分实验）

1. 水的沸腾实验改进

原实验存在的问题：①烧水时间长，资源浪费，课堂效率下降；②温度计的读数出现偏差；③沸腾前后的实验现象不明显；④沸腾的条件验证失败。

解决的方法：①用大试管代替烧杯，节约时间；②固定温度计，读数稳定、准确；③实验现象明显；④沸腾条件验证完全符合；⑤用大试管放在烧杯内进一步检验沸腾的条件：温度达到100 摄氏度，不吸热也不能沸腾。

2. 熔化与凝固实验改进

主要从“实验装置改进”“药品改进”“增加实验的样本容量”等方面进行说明。

（1）熔化受外界影响的因素较多，如受热不均、颗粒大小、物品纯度、药品多少、内外温差等，容易导致成功率较低。

解决办法：①解决受热不均：除了用水浴加热外，还用自制的搅拌器搅拌，使药品受热均匀；②解决药品多少、颗粒大小：取5 克药品研成粉末。药品过少使熔化过程时间缩短，1 分钟报时的时候，温度可能已经上升，要保证熔化后温度计与液体充分接触，药品过多可能会使实验时间延长；③解决内外温差过大使晶体熔化时停顿时间短的问题：采用两根温度计，分别测烧杯中的水温和试管中药品的温度，使烧杯中的水与试管中药品的温度差控制在5℃到8℃；若温差超过8℃，则移开酒精灯，不要继续加热；若温差低于5℃，则用酒精灯继续加热。

（2）时间间断的解决方法：①上课开始，让学生将温度为45℃的温水倒入烧杯后给试管预热6 分钟；②松香完全熔化耗时长，改为石蜡，熔化较容易。另外，用石蜡代替松香的好处是：时间节省、证据可信、操作方便。

（3）做熔化实验的晶体和非晶体的样品种类少，不利于用归纳法得出结论。解决办法：增加实验样本的容量。

三、初中教材中小实验的开发和应用效果

实践证明，初中科学创新小实验在培养学生的科技兴趣、动手能力和创新精神方面具有极大感染和熏陶作用，这是其他教育途径不能替代的。研究实践表明，在没有过多增加教师和学生负担，无须学校另外投入大量人力物力，结合课程内容，利用教师和学生智慧改进和创新一些实验，充分调动学生学习科学的积极性和主动性，把许多学生感觉相对比较复杂的科学问题转化为浅显的、直观的、明了的科学道理，易学易懂，达到教师力争“活教”，学生能够“乐学”的状态。通过学生参与实践，进一步提高学生的科学探究能力、创新和实践能力，促进学生科学素养的全面提高。

1. 提高学生参与实验的热情

在现代教学中，教师要在教学中确认学生的主体地位。教师注意激发和培养学生的学习兴趣；给学生亲自动手、发现和探索问题的机会，引导学生独立思考使学生始终处于探索中的主人。

2. 帮助学生理解难懂的科学知识

初中科学课程是一门综合性的科学课程，包括科学探究、生命科学、物质科学、地球和宇宙、科学技术社会环境五部分内容。有的内容对初中学生来讲比较难理解，本课题通过开发一些创新小实验帮助学生理解一些难懂的科学知识。

3. 帮助学生掌握科学过程技能

科学过程技能是科学工作者在科学研究过程中必须具备的一些最基本的科学方法和操作技能。在科学教学过程中，教师要帮助学生学会基本的科学过程技能，如观察、分类、测量、推断、预测、交流与表达、识别与控制变量、制作图表、假设、实验实施、结果分析、建立模型。这对提高学生的科学探究能力具有重要意义。

4. 培养学生的环保意识

环境与发展是当今国际社会普遍关注的重大问题，环境恶化已经严重威胁着人类社会和动植物的生存与持续发展，环境保护已经成为我国一项基本国策。因此，在实施科学教学的过程中必须注重学生环保意识的培养。

5. 逐步养成学生的科学思维方式

科学思维，即形成并运用于科学认识活动、对感性认识材料进行加工处理的方式与途径的理论体系，是真理在认识的统一过程中，对各种科学思维方法的有机整合，是人类实践活动的产物。科学创新小实验是养成学生科学思维方式的重要途径。

在本节实验教学中学生自己设计的“石灰水中吹气”给他们带来不同寻常的感知和体验，形成认知冲突，从而激发学生更大的学习动机，继续探究下去，并针对出现的不同现象进行分析各个击破。不仅在课堂教学中突显学生的主体地位，放手让学生参与学习活动，而且让他们经历知识的发现、问题的思考、规律的寻找、结论的概括、疑难的质问乃至知识结构的建构过程，强化知识点的掌握，提高动手能力和逻辑推理能力，在实验中体验获取成功的乐趣，培养科学严谨的学习态度。

6. 帮助学生掌握实验操作技能

科学是一门以实验为基础的自然科学，科学实验是科学理论建立和发展的基础，因此学好科学的基本方法是观察和实验，而实验是科学教学最重要的环节。在科学探究教学中，以实验为基础，把实验作为提出问题、探索问题、解决问题的重要手段和途径，为学生学好科学打开科学的大门，他们自然会走进科学进而学好科学，成为有用之才，甚至在科学道路上不断取得科学成就。

由于采用的实验器材简单易行，每个人都可以随时随地做实验。虽然课堂增加了一个不足为道的小实验，但扩大了学生的实验范围，提高了学生学习科学的兴趣，提高了学生的动手能力。

7. 教师的专业素养得到发展

初中科学教材中有的实验存在准备器材困难、实验现象不明显、实验操作难度大等问题，教师需要认真思考如何处理教材，如何改进实验，以提高实验的趣味性和创新性。

趣味性创新小实验的开发对教师提出了更高要求：能应用新的实验理念挖掘新的实验研究角度；能对实验装置、实验方案的设计进行创新；能在实验教学的设计和实验教学的实施等方面有所创新。

研究趣味性创新小实验需要教师对教学内容有深入研究和处理，需要教师亲手做实验，需要教师不断动脑改进实验。这不仅促进了教师的专业化发展，还培养了教师的创新思维，即使在教学中出现了异常现象，由于教师心中有数，也能迅速做出科学解释，增强了对教学的掌控能力。

四、问题思考

我校通过2 年开发与实践创新小实验，在一定范围形成了浓厚的科研氛围。通过科研提高了参与实验科学教师教育教学改革的热情，提高了科学教师处理教材与开发创新小实验的能力，提高了课堂教学的有效性。

通过创新小实验，拓展了学生的实验途径，培养了学生的创新精神和实践能力，进一步提高学生的学习兴趣和学习成绩，为科学实验教学改革提供了宝贵经验。但也存在一些不足，如教师自主创新小实验较多，但对实验应用的思考还不够，对创新小实验理论背景的了解不充分，对实验成果的文字表达能力不强。同时，因结题时间比较仓促，关于学生自主探究、创新实验这方面尚需分析总结，这些问题都需要在以后的研究中加以解决。

[1]王祖浩，王程杰.中学化学创新实验[M].南宁:广西教育出版社，2007

[2]董 涛.中学物理创新实验的开发与研究[D].华中师范大学，2003