有效改進(jìn)實(shí)驗(yàn) 提升教學(xué)效率

陳慶旦

[摘? ?要]以華師大版教材初中科學(xué)七年級《陽光的傳播》一課為例，探討初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施。多樣化改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，可提高實(shí)驗(yàn)的可見度，深化學(xué)生的思維，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)改進(jìn);初中科學(xué)教學(xué);陽光的傳播

[中圖分類號]? ?G633.98? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）02-0075-03

【案例背景】

筆者曾在浙江省疑難問題研討會(huì)上開設(shè)一節(jié)內(nèi)容為《陽光的傳播》的觀摩課，并對課堂演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)做了一些改進(jìn)。而在常規(guī)課中，教師大多是通過講授法和微型實(shí)驗(yàn)來開展教學(xué)，根本無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，且實(shí)驗(yàn)可見度低，實(shí)驗(yàn)效果不佳。基于此，筆者借助海波溶液向?qū)W生展示“光在不均勻介質(zhì)中不沿直線傳播”的規(guī)律，利用自制暗箱研究小孔成像的規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，更加形象地展示了科學(xué)知識的形成和發(fā)展過程，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了豐富的感性材料，有效提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。下面筆者就本節(jié)課中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)進(jìn)行展示和分析。

【案例描述】

1.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)材料，妙筆生輝

情境：太陽光從大氣層的頂端射向地面的過程中，傳播路線還是直線嗎？

教師邊演示實(shí)驗(yàn)邊講解，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①用指星筆射向水槽（如圖1）。

②通過漏斗往水中緩緩注入濃度較大的海波溶液。

③用玻璃棒攪拌，使溶液重新變得均勻。

教師利用投影儀將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象投影在大屏幕上。

現(xiàn)象：隨著海波溶液的加入，光線由直線變?yōu)閺澢?經(jīng)攪拌后，溶液變成均勻，光線又由彎曲變成直線。

結(jié)論：光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播;在不均勻介質(zhì)中不沿直線傳播。（如圖2）

【反思】在常規(guī)課中，由于無法找到合適的實(shí)驗(yàn)材料來演示不均勻介質(zhì)，很多教師往往采用講授法直接向?qū)W生灌輸知識，或者干脆避而不談。這樣導(dǎo)致學(xué)生的知識鏈有所缺失。還有一些教師根據(jù)“空氣在酒精燈加熱時(shí)變得不均勻而使光的傳播路線發(fā)生改變（實(shí)質(zhì)上就是光點(diǎn)的微小晃動(dòng)）”來演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)可見度低，效果差。而案例中的演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場觀摩效果非常好。在實(shí)驗(yàn)材料的選擇上，筆者確定了效果最佳的材料——海波溶液，并以功率為50mW的指星筆作為光源，甚至在水缸的長度、高度和寬度上也做了多次改進(jìn)。再加上利用實(shí)物投影儀將那一束藍(lán)色而“憂郁”的光線放大在屏幕中，使得學(xué)生終身難忘。而且當(dāng)用玻璃棒攪拌溶液，讓原本不均勻的溶液瞬間重新變成均勻時(shí)，光線又由彎曲變?yōu)橹本€。這樣通過視覺上的對比，使得學(xué)生由此建構(gòu)的知識網(wǎng)絡(luò)堅(jiān)不可摧。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方式，異曲同工

情境：在樹底下乘涼時(shí)除了發(fā)現(xiàn)樹枝的影子之外，你還能發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？

（學(xué)生討論交流，部分學(xué)生回答“發(fā)現(xiàn)了光的斑點(diǎn)”）

提問：斑點(diǎn)是什么形狀的？

【學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)】模擬地面上的圓形光斑。（如圖3-1、3-2、3-3）

①用小夜燈來模擬太陽。

②用挖有不同形狀的黑紙片來模擬樹枝形成的空隙。

③用桌面模擬地面。

請每個(gè)小組的學(xué)生代表介紹實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

[組別 黑紙上的孔的大小 黑紙上孔的形狀 光斑的形狀 1 很小 三角形 圓形 2 很小 圓形 圓形 3 很小 四方形 圓形 4 很小 菱形 圓形 5 較大 三角形 三角形 6 較大 四方形 四方形 ]

現(xiàn)象：當(dāng)孔的形狀很大時(shí)，光斑的形狀與孔的形狀一致;當(dāng)孔的形狀很小時(shí)，光斑的形狀是圓形的，而且不管小孔的形狀如何，光斑的形狀始終是圓形的。

【反思】科學(xué)實(shí)驗(yàn)是為解決問題而設(shè)置的，當(dāng)學(xué)生的認(rèn)知推理存在障礙時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)他們利用身邊的物品模擬實(shí)驗(yàn)來研究，解決問題。教學(xué)實(shí)驗(yàn)絕不能讓教師唱獨(dú)角戲。筆者在本案例中不僅采用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn) ，還提供挖有不同形狀、不同大小的小孔的黑紙片讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和學(xué)生原有的認(rèn)知發(fā)生沖突時(shí)，讓學(xué)生交換實(shí)驗(yàn)器材再次實(shí)驗(yàn)，最后引導(dǎo)學(xué)生交流討論，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。這樣對實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行改進(jìn)，符合學(xué)生好動(dòng)和好奇的心理特征，而不同小組的實(shí)驗(yàn)器材不同，但現(xiàn)象是相同的，起到了異曲同工的作用。同時(shí)，分組實(shí)驗(yàn)的可見度和學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性都是演示實(shí)驗(yàn)所無法達(dá)到的。

3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，一材多用

情境：小孔為什么可以成像？小孔成像還有什么規(guī)律？

演示實(shí)驗(yàn)：

①利用圓形燈管來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更換不同形狀的小孔，讓學(xué)生觀察像的形狀。學(xué)生發(fā)現(xiàn)像都成封閉的圓圈形狀。（如圖4）

②用黑紙遮住光源的下部，閉合開關(guān)，讓學(xué)生觀察像的形狀。

③用黑紙遮住光源的左邊，閉合開關(guān)，讓學(xué)生觀察像的形狀。

現(xiàn)象：成倒立的像;成左右相反的像。

提問：小孔為什么能成像？

借助幻燈機(jī)演示讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律（如圖5）。

【反思】在常規(guī)課中，教師通常利用蠟燭和紙杯進(jìn)行小孔成像實(shí)驗(yàn)的演示，但是可見度低。即使采取學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，光源的形狀仍無法改變，物距和像距也無法隨意改變，使得實(shí)驗(yàn)的效果不盡如人意。本課中，筆者通過自制的大型暗箱來探究小孔所成的像的形狀與小孔和光源的形狀是否有關(guān)，尤其是通過遮擋燈光來改變光源的形狀，設(shè)計(jì)巧妙。而且暗箱既能移動(dòng)光屏和燈管的位置，又能研究影響像的大小的因素，一材多用，構(gòu)思新穎，可見度高。

【教學(xué)啟示】

“千言萬語道不清，一看實(shí)驗(yàn)便分明。”可以說，實(shí)驗(yàn)在科學(xué)教學(xué)中的地位是無可替代的。在教學(xué)中，教師切不可一味地給學(xué)生灌輸知識，借助實(shí)驗(yàn)不失為一種有效的教學(xué)方法。魔術(shù)般的現(xiàn)象除了能讓學(xué)生感到驚奇外，還能激發(fā)學(xué)生的探究欲望。結(jié)合本案例的教學(xué)，筆者就科學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方面談幾點(diǎn)自己的看法。

1.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料和器材，打好實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

古人云：“工欲善其事，必先利其器。” 讓實(shí)驗(yàn)效果更加明顯的必要條件是選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材。現(xiàn)筆者將本案例中三個(gè)實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)器材、注意事項(xiàng)和實(shí)驗(yàn)裝置圖等內(nèi)容羅列如下：

實(shí)驗(yàn)材料和器材的有效選擇是成功實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的保證。比如，在初中科學(xué)第五冊第25頁“向硫酸銨濃溶液中滴加氫氧化鈉溶液”的實(shí)驗(yàn)中，如果將氫氧化鈉溶液改為氫氧化鈉固體，放出氨氣會(huì)非常快，實(shí)驗(yàn)效果更明顯。在電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，如果增加電流放大器和靈敏電流表，會(huì)使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)形式和方式，多方位碰撞思維

初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以視教學(xué)需要、實(shí)驗(yàn)操作的難易度、實(shí)驗(yàn)的能見度等實(shí)際情況，將演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)改為課外實(shí)驗(yàn)。本案例中，實(shí)驗(yàn)2器材簡單，操作簡便，現(xiàn)象明顯，安排為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)效果十分好，而且先明確太陽光斑的形成原理，為實(shí)驗(yàn)3的演示奠定思維基礎(chǔ)。同時(shí)筆者在本節(jié)課的課后還安排了課外探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生利用家庭廢舊物品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步研究“小孔成像”實(shí)驗(yàn)中像的大小與什么有關(guān)。總之，教師的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)如果能讓學(xué)生的思維碰撞出火花，激起學(xué)生的探究欲望，就是成功的。

3.提升實(shí)驗(yàn)的可見度和可觀度，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)，尤其是演示實(shí)驗(yàn)，不僅要追求過程和結(jié)果，還必須要有一定的可見度，才能將實(shí)驗(yàn)完美地向?qū)W生展示，否則將毫無意義。如在本案例中，筆者選擇指星筆（而不是激光筆）作為光源，大大提高了實(shí)驗(yàn)的可觀度。又如，演示光在空氣中的傳播實(shí)驗(yàn)時(shí)，事先在密閉空間里點(diǎn)上蚊香;演示光在液體中的傳播實(shí)驗(yàn)時(shí)，事先放入少量的石灰粉;演示光在固體中的傳播實(shí)驗(yàn)時(shí)，用黑紙作為背景，都可大大提高實(shí)驗(yàn)的可見度，取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。此外，我們還應(yīng)盡可能地將器材“放大”，如利用實(shí)物投影或大屏幕顯示，讓學(xué)生觀察得更清楚，從而提升實(shí)驗(yàn)的可見度和可觀度，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

4.提高實(shí)驗(yàn)器材的利用率，做到低成本、高產(chǎn)出

每個(gè)人都在追求“物廉價(jià)美”。低成本實(shí)驗(yàn)不僅要做到實(shí)驗(yàn)材料價(jià)格低廉、實(shí)驗(yàn)費(fèi)用低，還要盡可能地“一材多用”。本案例的實(shí)驗(yàn)器材都是隨手可得的物品，這樣改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生深切地感受到科學(xué)和生活、科學(xué)和社會(huì)的密切聯(lián)系。同時(shí)很好地滲透了STEM的教育理念，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)3中的暗箱僅僅是由幾塊木板組合而成，但它不僅可以研究小孔成像的規(guī)律及像與孔的關(guān)系，還能研究物距和像距的關(guān)系，可謂一材多用。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，如果實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備過多，會(huì)讓學(xué)生眼花繚亂，所以應(yīng)盡可能地做到一材多用。例如，在教學(xué)“浮沉條件”時(shí)，如果教師只選擇雞蛋，改變外部其他條件，做好一材多用，層層遞進(jìn)，就能將學(xué)生的思維推到一個(gè)新的高度，進(jìn)而做到低成本、高產(chǎn)出。

【結(jié)束語】

實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，是一項(xiàng)研究，也是一種創(chuàng)造。不墨守成規(guī)，是革新與創(chuàng)造的精髓。 我們不能為了實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該是為了獲取知識和提升能力而開展實(shí)驗(yàn)。而改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的目的是發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的作用，不能為“改”而改。對此，教師可根據(jù)實(shí)際情況，在遵循科學(xué)性、可操作性、實(shí)用性原則的基礎(chǔ)上，對實(shí)驗(yàn)的方方面面進(jìn)行恰到好處的改進(jìn)，從而有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

（責(zé)任編輯? ? 黃春香）