有效改进实验 提升教学效率

陈庆旦

[摘   要]以华师大版教材初中科学七年级《阳光的传播》一课为例，探讨初中科学实验的改进措施。多样化改进实验，可提高实验的可见度，深化学生的思维，提高实验教学效率。

[关键词]实验改进;初中科学教学;阳光的传播

[中图分类号]   G633.98        [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2019）02-0075-03

【案例背景】

笔者曾在浙江省疑难问题研讨会上开设一节内容为《阳光的传播》的观摩课，并对课堂演示实验和学生分组实验做了一些改进。而在常规课中，教师大多是通过讲授法和微型实验来开展教学，根本无法激起学生的学习热情，且实验可见度低，实验效果不佳。基于此，笔者借助海波溶液向学生展示“光在不均匀介质中不沿直线传播”的规律，利用自制暗箱研究小孔成像的规律。通过实验的改进，更加形象地展示了科学知识的形成和发展过程，为学生的学习提供了丰富的感性材料，有效提高了实验教学效率。下面笔者就本节课中的三个实验的改进和设计进行展示和分析。

【案例描述】

1.改进实验材料，妙笔生辉

情境：太阳光从大气层的顶端射向地面的过程中，传播路线还是直线吗？

教师边演示实验边讲解，实验步骤如下：

①用指星笔射向水槽（如图1）。

②通过漏斗往水中缓缓注入浓度较大的海波溶液。

③用玻璃棒搅拌，使溶液重新变得均匀。

教师利用投影仪将实验现象投影在大屏幕上。

现象：随着海波溶液的加入，光线由直线变为弯曲;经搅拌后，溶液变成均匀，光线又由弯曲变成直线。

结论：光在均匀介质中沿直线传播;在不均匀介质中不沿直线传播。（如图2）

【反思】在常规课中，由于无法找到合适的实验材料来演示不均匀介质，很多教师往往采用讲授法直接向学生灌输知识，或者干脆避而不谈。这样导致学生的知识链有所缺失。还有一些教师根据“空气在酒精灯加热时变得不均匀而使光的传播路线发生改变（实质上就是光点的微小晃动）”来演示实验，实验可见度低，效果差。而案例中的演示实验现场观摩效果非常好。在实验材料的选择上，笔者确定了效果最佳的材料——海波溶液，并以功率为50mW的指星笔作为光源，甚至在水缸的长度、高度和宽度上也做了多次改进。再加上利用实物投影仪将那一束蓝色而“忧郁”的光线放大在屏幕中，使得学生终身难忘。而且当用玻璃棒搅拌溶液，让原本不均匀的溶液瞬间重新变成均匀时，光线又由弯曲变為直线。这样通过视觉上的对比，使得学生由此建构的知识网络坚不可摧。

2.改进实验方式，异曲同工

情境：在树底下乘凉时除了发现树枝的影子之外，你还能发现什么现象？

（学生讨论交流，部分学生回答“发现了光的斑点”）

提问：斑点是什么形状的？

【学生分组实验】模拟地面上的圆形光斑。（如图3-1、3-2、3-3）

①用小夜灯来模拟太阳。

②用挖有不同形状的黑纸片来模拟树枝形成的空隙。

③用桌面模拟地面。

请每个小组的学生代表介绍实验方案和实验结果。

[组别 黑纸上的孔的大小 黑纸上孔的形状 光斑的形状 1 很小 三角形 圆形 2 很小 圆形 圆形 3 很小 四方形 圆形 4 很小 菱形 圆形 5 较大 三角形 三角形 6 较大 四方形 四方形 ]

现象：当孔的形状很大时，光斑的形状与孔的形状一致;当孔的形状很小时，光斑的形状是圆形的，而且不管小孔的形状如何，光斑的形状始终是圆形的。

【反思】科学实验是为解决问题而设置的，当学生的认知推理存在障碍时，教师应引导他们利用身边的物品模拟实验来研究，解决问题。教学实验绝不能让教师唱独角戏。笔者在本案例中不仅采用学生分组实验 ，还提供挖有不同形状、不同大小的小孔的黑纸片让学生进行实验探究，在实验现象和学生原有的认知发生冲突时，让学生交换实验器材再次实验，最后引导学生交流讨论，总结出实验结论。这样对实验方式进行改进，符合学生好动和好奇的心理特征，而不同小组的实验器材不同，但现象是相同的，起到了异曲同工的作用。同时，分组实验的可见度和学生学习的自主性都是演示实验所无法达到的。

3.改进实验器材，一材多用

情境：小孔为什么可以成像？小孔成像还有什么规律？

演示实验：

①利用圆形灯管来进行实验，更换不同形状的小孔，让学生观察像的形状。学生发现像都成封闭的圆圈形状。（如图4）

②用黑纸遮住光源的下部，闭合开关，让学生观察像的形状。

③用黑纸遮住光源的左边，闭合开关，让学生观察像的形状。

现象：成倒立的像;成左右相反的像。

提问：小孔为什么能成像？

借助幻灯机演示让学生发现规律（如图5）。

【反思】在常规课中，教师通常利用蜡烛和纸杯进行小孔成像实验的演示，但是可见度低。即使采取学生分组实验，光源的形状仍无法改变，物距和像距也无法随意改变，使得实验的效果不尽如人意。本课中，笔者通过自制的大型暗箱来探究小孔所成的像的形状与小孔和光源的形状是否有关，尤其是通过遮挡灯光来改变光源的形状，设计巧妙。而且暗箱既能移动光屏和灯管的位置，又能研究影响像的大小的因素，一材多用，构思新颖，可见度高。

【教学启示】

“千言万语道不清，一看实验便分明。”可以说，实验在科学教学中的地位是无可替代的。在教学中，教师切不可一味地给学生灌输知识，借助实验不失为一种有效的教学方法。魔术般的现象除了能让学生感到惊奇外，还能激发学生的探究欲望。结合本案例的教学，笔者就科学实验改进方面谈几点自己的看法。

1.优化实验材料和器材，打好实验基础

古人云：“工欲善其事，必先利其器。” 让实验效果更加明显的必要条件是选择合适的实验器材。现笔者将本案例中三个实验所需的实验器材、注意事项和实验装置图等内容罗列如下：

实验材料和器材的有效选择是成功实现实验改进的保证。比如，在初中科学第五册第25页“向硫酸铵浓溶液中滴加氢氧化钠溶液”的实验中，如果将氢氧化钠溶液改为氢氧化钠固体，放出氨气会非常快，实验效果更明显。在电磁感应的实验中，如果增加电流放大器和灵敏电流表，会使实验现象更加明显。

2.改进实验形式和方式，多方位碰撞思维

初中科学实验教学中，教师可以视教学需要、实验操作的难易度、实验的能见度等实际情况，将演示实验改为学生分组实验，将验证性实验改为探究性实验，将课内实验改为课外实验。本案例中，实验2器材简单，操作简便，现象明显，安排为学生分组实验效果十分好，而且先明确太阳光斑的形成原理，为实验3的演示奠定思维基础。同时笔者在本节课的课后还安排了课外探究实验，让学生利用家庭废旧物品设计实验，进一步研究“小孔成像”实验中像的大小与什么有关。总之，教师的实验改进如果能让学生的思维碰撞出火花，激起学生的探究欲望，就是成功的。

3.提升实验的可见度和可观度，提高实验教学效率

任何一个实验，尤其是演示实验，不仅要追求过程和结果，还必须要有一定的可见度，才能将实验完美地向学生展示，否则将毫无意义。如在本案例中，笔者选择指星笔（而不是激光笔）作为光源，大大提高了实验的可观度。又如，演示光在空气中的传播实验时，事先在密闭空间里点上蚊香;演示光在液体中的传播实验时，事先放入少量的石灰粉;演示光在固体中的传播实验时，用黑纸作为背景，都可大大提高实验的可见度，取得良好的实验效果。此外，我们还应尽可能地将器材“放大”，如利用实物投影或大屏幕显示，让学生观察得更清楚，从而提升实验的可见度和可观度，提高实验教学效率。

4.提高实验器材的利用率，做到低成本、高产出

每个人都在追求“物廉价美”。低成本实验不仅要做到实验材料价格低廉、实验费用低，还要尽可能地“一材多用”。本案例的实验器材都是随手可得的物品，这样改进实验器材，让学生深切地感受到科学和生活、科学和社会的密切联系。同时很好地渗透了STEM的教育理念，丰富了实验教学内容。实验3中的暗箱仅仅是由几块木板组合而成，但它不仅可以研究小孔成像的规律及像与孔的关系，还能研究物距和像距的关系，可谓一材多用。在科学实验中，如果实验器材和设备过多，会让学生眼花缭乱，所以应尽可能地做到一材多用。例如，在教学“浮沉条件”时，如果教师只选择鸡蛋，改变外部其他条件，做好一材多用，层層递进，就能将学生的思维推到一个新的高度，进而做到低成本、高产出。

【结束语】

实验的设计与改进，是一项研究，也是一种创造。不墨守成规，是革新与创造的精髓。 我们不能为了实验而实验，应该是为了获取知识和提升能力而开展实验。而改进实验的目的是发挥实验在课堂教学中的作用，不能为“改”而改。对此，教师可根据实际情况，在遵循科学性、可操作性、实用性原则的基础上，对实验的方方面面进行恰到好处的改进，从而有效提高实验教学效率。

（责任编辑    黄春香）