巧妙設計實驗，優化科學概念教學

高爾堂

摘 要：科學認識的成果首先是通過概念來概括和總結的。試圖通過優化實驗教學，以達到解決問題的疑慮，活躍課堂氣氛的目的。

關鍵詞：設計；實驗；教學概念

科學概念往往具有高度的概括性和抽象性，學生在研究中，如果不能真正把握其含義，并使用知識，往往會產生一些思維障礙及各種各樣的錯誤。因此，教師在教學中巧妙地進行實驗設計，將對學生認識、掌握科學概念起到事半功倍的效果。本文試圖通過一些例子來解釋如何在科學教學中利用實驗教學來優化概念。

一、用實驗“隱喻”，讓抽象概念可視化

有些知識是不容易理解的，但如果我們能找到一個恰當的比喻，往往會收到意想不到的效果。實驗可以很好地發揮這個“隱喻”作用，讓學生了解新知識，新概念和新規律，充分發揮正遷移作用。

二、利用實驗消除之前的錯誤，使學生理解正確的概念

學生的知識和經驗是有限的，往往被事物的表象所迷惑，不能看到它的本質，容易形成一些錯誤的認識。教學大氣壓強時，我們總會讓學生吸飲料，然后飲料迅速進入口中。這個實驗希望學生了解吸管內空氣壓強減小，飲料是在大氣壓力下作用下進嘴里的，但許多學生會認為飲料是被吸入口中的。

我們可從學生形成錯誤概念的原因入手設計一個實驗，實驗過程如下：圖1將一個吸管（質地要軟）放入燒杯中，用止水夾在液面處夾緊吸管；圖2是人用力吸后吸管變扁了，這說明人在用力吸時能將管內的空氣吸走；圖3是吸管扁了以后在吸管上方用止水夾夾緊，這時可以讓學生猜想，當我把下邊的止水夾松開后會出現怎樣的現象；圖4是松開下面的止水夾后，液面上升，吸管恢復原來形狀，液面上升至止水夾。通過實驗證明了吸管中的水是由于吸管內的氣壓小于外界大氣壓，而在大氣壓的作用下被壓上來的，有力地破除前概念對新概念的負遷移。

三、利用實驗突破難點，讓學生理解更加深入

難點是教學的“攔路虎”，如果不及時解決，將直接影響學生對新知識的理解和掌握。教學難點時，選擇適當的教學方式、方法、技術，有效突破學習障礙，是提高教學質量的重要保證，是教師必須掌握的基本教學技能。

如在“浮力”中的V排就是學生理解中的一個難點。我們用浙江省杭州市的一個中考試題來分析。

例題：重100 N的水可以產生的最大浮力為（ ）

A.一定小于100 N B.一定大于100 N

C.一定等于100 N D.可以大于100 N

分析：考點是F=ρ液gV排，用等于100 N的水來，包裹這個物體時，該物體的體積的大小是可以趨于無限大的，因此，水產生的最大浮力也趨向于無窮大，所以選擇B。然而，學生往往會回答C，錯誤的原因在哪里？

錯誤分析：我們認為學生是把排開水的體積和排出水的體積混淆了，認為物體排開水的體積就是物體排出水的體積，所以，把物體放在100 N的水中，最多能排出水的重力就是100 N，所以，最大浮力就是100 N。

因此，為使學生了解排開水的體積與排出水的體積之間的本質區別，必須使用一個實驗來證明，這樣才能讓學生透徹理解它是什么。

實驗方案如下：

（一）實驗器材：燒杯，彈簧秤、細線、量筒、集氣瓶

（二）實驗設計

1.學生實驗探索

實驗過程：

①取一定量的水（加紅墨水），記為V1.

②用彈簧測力計測量集氣瓶，記G

③在燒杯中放入集氣瓶，將水沿著間隙倒入燒杯中，直到燒杯中的集氣瓶浮起來。

④將量筒中余下的水測得體積V2.

⑤計算倒入水的重力G水=ρ水g（V1-V2）。因為漂浮時，F浮=G，所以當G>G水時，說明水對浸在其中的物體能產生比自身重力更大的浮力。

2、學生討論

①根據阿基米德原理分析：杯中水的體積（V水）和物體排開水的體積（V排）哪個大？

②指出V排是圖中哪一部分（打斜杠）？

③物體放在1 N的水中，最多能排開水的體積是多少？

3.反饋

例：首先，找一個底面為S1 m2，而高度盡量高的圓柱體容器，然后在其內部放入一個底面積為S2 m2（S1 m2>S2 m2），重為G N的圓柱體木塊。然后往圓柱體容器中緩緩地注入水，直到木塊剛剛浮起來，容器內注入水深度h= m.

答案：h=G/ρ水gS2m

我們通過這個實驗，很具體直觀地證明了水可以產生無限大的浮力，使學生更好地理解了阿基米德定理的內容。

因此，巧妙地設計一些實驗可以幫助學生加深對科學概念的理解深度，在課堂上，提高我們的教學效率，增強學生學習科學的信心。

合理有效地設計實驗，利用實驗直觀具體的特點來對抽象的科學概念進行教學的效果是明顯的，將抽象的科學概念形象地呈現給學生，使學生在輕松、愉快、有趣中學習科學，學習成績的提高自然水到渠成。

（作者單位 浙江省杭州市蕭山區南陽初級中學）