立足学生发展 优化实验教学——一次实验改进后引发的思考

翁金武

温州市瓯海区仙岩第二中学

一、案例背景

实验是科学的基石，科学教学离不开实验，要提高科学课堂的有效性，必须提高科学实验的有效性。学生通过科学实验可更好理解科学知识，学习科学技能，体验科学过程与方法，初步理解科学本质，形成科学态度、情感与价值观，提高其创新意识和实践能力。但教材中的许多实验，给出的器材和原材料难以在课堂教学中出现清晰的现象或由于操作要求过高导致成功率较低，严重影响到课堂教学的有效性，也不利于学生科学素养的培养。

二、案例描述

我校每学期总会进行一次课例活动，一周之内对同一课题进行“设计——讨论——上课——讨论修改——再上课——再讨论修改——第三次上课——总结反思”模式的三次磨课。一次我们选定以七年级上册第四章第一节《熔化与凝固》为课题，在三次上课中我们发现：对于探究松香的熔化与凝固特点，学生一般能顺利完成，但海波的熔化实验，学生则很难做好，出现的问题是：

1、用酒精灯加热学生很难控制火候，如果加热太快，温度上升太快，保持在48℃时间太短，难以体现晶体熔化时温度保持不变的特点，难以形成正确的概念。

2、整个升温熔化过程花费的时间较长，影响课堂教学进程。

3、装置比较复杂，有酒精灯加热，铁架台的固定，温度计的读数，对于刚上七年级学生的操作技能要求太高，而且容易出现安全问题。

因此能否做好本实验成为这节课成功与否的关键所在，于是我们全组科学进行思考，想对本实验进行优化，以提高课堂教学的有效性。

小孩子夏天很喜欢吃碎碎冰（一种把各种配料制成溶液后放入棒状的密封塑料管内，放入冰箱冻成冰状后再食用），手握住碎碎冰时，塑料管内的冰会慢慢地熔化。在它的启发下，我们想到能不能用液态的水和另一种非晶体液态物质冷冻成固态后，来代替原实验中的海波和松香，这样握在手中就可以观察它们熔化的过程，如果冷冻前先放入温度计，熔化时还可观察温度变化了。

经过大量实验并不断进行改进，最后在教学中我们利用冰盐水作为速冻剂对这个实验作了多方面的改进，收到了较好的教学效果。课前实验准备步骤如下：

1、制冰盐水作速冻剂：盐水一定要浓，1 千克水，加食盐300克左右，放入电冰箱的冷冻室里进行冷冻，一夜过后，在水面就会结有一层松软的碎冰，其温度可达到-22℃。如果浓度不够，盐水的温度是可以达到零下十几度，但冷冻的效果不好。

2、在试管中注入3ml 左右的水或植物油，塞上带有温度计的橡皮塞，调整温度计的液泡在液体中的深度，使玻璃泡稍稍低于液面且不能碰到试管的底和壁。水量一定要适宜，量太多，实验时间太长，水量太少，时间太短，温度上升太快，保持0℃的时间太短，不能很好的体现冰在熔化时温度保持不变的特点，从而容易让学生造成晶体与非晶体一样熔化时温度都是不断上升的错觉。

3、把装有水和植物油的试管插入到冰盐水中，5 分钟左右水和植物油都会迅速冻结固体状态,以备上课使用。试管放在冰盐水里冷冻时，必须注意控制好试管中的水面与水槽中冰盐水的液面差不多相平，不能插入过深，以免出现冷冻时表面的水先结冰形成冰塞把里面的水给封住，最后里面的水结冰膨胀时没有伸展空间，把试管胀破。

经过实验改进后，我们的教学设计片段如下：

【片段一】课前小魔术

教师在一个试管中加入少量水（染成红色），问：“试管如果倒过来，会发生什么现象？”

生：“水流下来。”

师：“能不能让试管把水粘住，水不流下来？”

生不相信，这时教师把试管子放入一个事先加入冰盐水的暖杯中，故做一些假动作，一分钟后把试管从暖杯中取出，把试管倒过来，问：“你们看到了什么现象？”

水被试管“粘”住了。

教师追问“魔术中水的状态发生什么变化？”从而引入课题。

【片段二】探究物质熔化的特点

提出问题：物质熔化过程中温度的变化有什么规律呢？

建立假设：温度的变化规律可能是持续上升或保持不变？

教师布置实验分工：两位同学分别负责报时和记录，报时员要负责时间报时并握住试管的底部，记录员要负责读数并做记录状态。

分发实验仪器开始实验，5 分钟后，学生把表格中的数据，描成点并连成光滑的曲线，交流并汇报。

冰的熔化

凝固食用油的熔化

【片段三】魔术大揭秘

出示保温杯中的秘密，固液共存状态下的冰盐水。经过师生讨论得出原来是浓盐水的熔点很低，保温杯中的冰盐水可以达到-22℃。

出示北方下雪的图片，问：“请你用物质的熔点来解释一下为什么熔雪剂可以熔雪？”

经过讨论并汇报，学生理解由于熔雪剂后，雪的熔点降低了，降到气温以下，雪就开始熔化了。

三、评价与反思

经过改进后，我校老师在2009 年10 月瓯海区的教改论坛中开出的公开课获得巨大的成功，引起了与会老师的浓厚兴趣与激烈的讨论。2010 年5 月我们改进的实验代表温州市在浙江省2010 年初中科学新课程新教材“疑难问题解决”专题研训中进行了创新实验的展示，受到与会专家的好评。“注重提高学生的科学素养，突出科学探究，立足学生发展”是初中科学新课程的基本理念，也为我们指明了实验改进与创新的方向，即实验的改进与创新要有利于知识的意义建构、有利于与学生生活的联系、有利于学生探究能力的培养、有利于学生好奇心与求知欲的培养。

1、要有利于知识的意义建构

2、要有利于与学生生活的联系

心理学研究表明，当学习内容和学生熟悉的生活情境越贴近时，学生自觉接纳知识的程度就越高。所以，科学教学应走进学生的生活，关注学生的生活经验，拉近教学与生活之间的距离，这是当今世界理科教育改革的趋向，也是我国新课程的目标之一。

本节课中我采用学生十分熟悉的水和植物油来代替了课本上原实验中十分陌生的海波和松香，另外在课后魔术大揭秘后出示下雪图片，引出问题：“请你用物质的熔点来解释一下为什么熔雪剂可以熔雪”。这些内容都是学生十分熟悉的生活情境，再从中引出科学问题，以此让学生感悟到生活中处处都存在着科学问题，引起学生的学习需要，从而使他们能积极主动地投入到学习、探索之中。

所以，科学教学中的许多实验的改进，都考虑怎样可以与学生的生活联系更加密切。

3、要有利于学生探究能力的培养

科学课程认为“要改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”新课程改革的一项重要内容就是要求在教学中注重探究。按照课本上的方法要做好这个实验的难度较大，而且实验时间长需要25 分钟左右，因此有些老师在课堂中干脆不做这个实验，而改用动画模拟实验来进行教学，虽然这样做现象明显又省时又省力，但学生却失去了一次很好的探究机会。本实验经过我们改进之后，与原实验方案相比其优点有：

①器材简单，可以省去酒精灯、铁架台等一套繁杂的实验装，器材还可反复使用，提高实验准备的效率，教师课前准备方便。

②学生操作简单，只需握住试管就可，而且容易清楚地观察实验现象。

③时间短，熔化过程只需5 分钟左右，而原实验需25 分钟左右，极大地提高课堂教学效率。

④本实验改进的最成功之处就是提高了实验成功率，实验成功的关键就是温度计的玻璃泡稍低于液面且不能碰到试管的底和壁，而且要注意实验时要振荡试管，保证冰块受热均匀，就可获得比较准确的数据。

实验的失败也许在某些特殊的情况下，能给教师启发学生思考，以寻找失败根源的机会。但是，教学时间毕竟有限，所以教师不会常做可能失败的实验，因为这会影响到教学的效率，甚至影响学生形成正确的科学概念、规律。因此，如何研究改进实验以提高某些重要实验的成功率，是非常必要的，不仅有利于教学目标的达成，提高了教学效率，更重要的是，成功的实验有利于学生获得深刻的体验，启发学生思考现象背后的科学原理，培养学生的探究能力。

4、要有利于学生好奇心与求知欲的培养。

激发学生的好奇心和求知欲是科学教学的重要目标之一。爱因斯坦指出：“热爱是最好的老师。”兴趣是人类认识客观事物的一种心理表现，是一个人获得知识、开阔视野、推动学习的一种内部驱动力。在中学阶段，学生若能形成热爱科学的情感和志趣，不仅将极大地调动学生学习的内在动机，而且将为他们今后投身科学事业奠定坚定的基础，因此培养学生的科学兴趣具有十分重要的意义。在教学中，实验是激发学生的科学兴趣不可替代的重要途径。因为实验具有生动、形象的特点，有利于激发学生的好奇心和求知欲，

本实验改进后，可利用实验中冰盐水低温的特点（浓盐水放冰箱一天以上的话，冰盐水就会变硬，放到常温中，慢慢熔化时，可以保持很长的时间的低温），在课前设置一个小魔术，激发学生的好奇心，自然引入了本节课的课题。至于保温杯里是什么秘密呢？学生会很想知道，课后魔术揭晓时学生发现是冰盐水，为什么冰盐水会有如此的低温呢？通过分析，原来浓盐水的熔点很低。这样的魔术很新鲜，学生对它印象会深刻，对熔点的概念的理解将是永久性的。另外，改进后由于取材方便，完全学生可以布置学生在家里做熔化的实验。最大的好处是学生自已在家里完成凝固实验，这是对课堂中的实验的时间、空间、内容的拓展。

所以，科学实验的改进要考虑，材料和器材要取材方便，学生的身边的事物是不是可以利用起来，如果学生可以利用器材在家里自己完成，能满足学生的操作欲望，又能培养学生的探索兴趣，更重要的是激发学生的好奇心和求知欲。在初中科学教学中对实验改进的原则应该是：一是“直观”，让学生能从实验中直接观察到实验过程，认识实验现象本质，理解科学知识 ；二是“明显”，实验现象明显，学生容易观察到整个实验过程，；三是“简单”，实验器材数量要少，结构要简单，最好能利用学生生活中常见到物品，实验操作要简便，；四是“可靠”，实验成功率真要高。只要在科学教学中通过对实验的不断探究、改进和实践，就能充分发挥实验教学在科学教学中的重要作用，并能达到了良好的教学效果。

只要在课堂实验教学中有利于学生科学素养的形成，有利于帮助学生正确理解科学知识，有利于掌握科学概念和规律，有利于学生科学探究能力的提高，有利于实验教学有效性的提高，我们都可以大胆尝试对教材中存在问题的实验进行改进，以便充分发挥实验的教学功能。教材是死的，而教师的教是活的，我们要挖掘自身的潜能，利用一切可利用的手段和策略去提高实验教学的效率，提高我们的教学质量，把学生培养成适合时代的人才。