初中科學課堂實驗創新設計策略的研究

章金峰

（杭州市余杭區良渚第二中學，浙江 杭州 310000）

前言

作為初中教育體系中不可或缺的一部分，科學學科始終秉持以實驗為基礎的學科定義，可以說，實驗決定了科學這門學科的教學效果。然而，目前仍有一部分教師的科學實驗存在諸多不足之處，這顯然不利于學生的發展。因此，我們必須對初中科學課堂實驗進行研究，并提出相關創新設計策略。

一、創新原型素材的來源

實現創新的首要問題是從何處下手?也就是創新思維的起源和素材在哪里。任何創新都不是憑空產生的.肯定有著蹤跡可循，它必定來自先前的感受和認知，都有一定的原型。

（一）教材固有實驗的缺陷

很多教材固有實驗在設計上存在一些“缺陷”，或是操作過于繁瑣，或是現象不明顯等，影響了教學效果，我們可以針對這些缺陷加以創新改進。

案例1“滑輪組”實驗的改進

在九年級的“滑輪組”的教學中，教材實驗通過裝置研究了繩子拉力F 和重力G 以及繩子股數”之間的關系。教學中我們還要進一步研究物體移動距離h 和繩子移動距離5 兩者間的關系，若使用書本裝置，很難將兩個距離進行定量的標記測量。

（二）教材固有實驗的“演化”

解釋書本知識的方法和例證是多樣性的，教材固有實驗只是其中的一種。如證明力的存在，可以從力能使物體發生形變舉證，也可以從力能使物體的運動狀態發生改變舉證，方法多樣。將教材固有實驗進行不同角度的“演化”，可以創新出很多功能“平等”的實驗。

案例2“探究壓力作用效果”的實驗創新

在七年級的“探究壓力作用效果的相關因素”教學中，教材實驗通過鉤碼改變壓力大小，小凳子改變受力面積，海綿的形變度來說明壓力的作用效果。聯系教材“力的存在”教學中是用氣球形變來實驗舉證，以及“胸口碎大石”舉證壓強與作用面積的關系的相關運用，用改變釘子的數量來改變接觸面積，用氣球的形變度和破裂表達壓力的作用效果，從設計思路上分析，教材固有實驗和創新實驗的功能是“平等”的。

（三）學生的思維“困惑點”

初中階段，學生的思維經歷從形象思維向抽象的理性思維轉變的過程，學生的抽象思維水平不高，再加上一些錯誤前概念的干擾，學生在學習過程中，難免會遇到很多困惑，產生錯誤的推論。針對學生的這些思維困惑，創新出形象直觀的實驗獲取直接的證據，解決問題。

案例3“浮力中的G 排”的創新實驗

在八年級“浮力”的教學中，研究得出阿基米德原理F 浮=G 排，實驗中使用溢水杯。學生能觀察到水溢出的過程，因為G 溢=G 排，F 浮=G 溢，所以F 浮=G 排。然而在阿基米德原理運用中，并不是所有的情況下都會有溢出的過程，如下情景：“重100 牛的水可以產生的最大浮力為多少?”在這個問題中，100 N 的水，能產生多少G 排是一個難點，由于建立阿基米德原理是通過溢水實驗完成的，G 溢=G 排，F 浮=G 溢，F 浮=G 排是一個前概念，所以很多同學認為將100 N 水裝在溢水杯里，無論如何溢出的水不會超過100N，所以浮力一定小于100 N。由此可見，在抽象的理性思維中，理解G 排是一個難點。針對這個難點，大燒杯中裝入A N 的水，小燒杯漂浮其中，改變小燒杯中的重B N，比較A與B的大小關系，區分排開和溢出的區別，理解G 排的本質。

（四）習題拓展類素材的模型再現

科學學科非常強調習題的教學，習題通過創設各種情景，將書本知識加以運用和拓展。對于一般運用類的知識，學生只要還原到書本實驗就可以解決問題。而對于那些深入拓展類的知識運用，或是因知識儲備不足，或是因原理過于復雜，或是因創意太新等，阻礙學生的理性思維。教學中，有必要將這類素材轉化為實驗模型，以有助于習題教學。

案例4“電動機內阻”的創新實驗

在九年級的電功和電功率的學習中，浙教版的科學教材中呈現的都是純電阻電路，基于的推論，，P 電=P 熱。在習題教學中，知識要拓展到非純電阻電路，，P 電>P 熱，知識的運用已超出了學生的知識儲備。由此，可以通過小電機“轉動”和“卡住”分別創設出非純電阻電路和純電阻電路兩種情景中的不同能量轉化關系，通過燈泡亮暗變化以及電流表的讀數認識到J 數據的明顯變化，形成思維的沖突。然后拆去小燈泡，增加電壓表，根據左圖進行實驗，通過數據讓學生認識到非純電阻電路的特點。

（五）生活場景類素材的模型再現

科學源于生活，走向生活。上述所提到的書本實驗和習題應用無不來自于生活，除此之外，生活場景的概念更為寬泛，它包含了我們生活中的所有“科學、技術、社會”內容。選擇一些相關于教材的內容，通過實驗模型再現，引入教學，可以豐富教學內涵。

案例5“電動機還是發電機”的實驗創新

在八年級電動機和發電機的教學中，華師大版科學教材中(浙教版沒有)有一個思考：“自行車上的磨電燈的內部結構是電動機還是發電機?”通過運動產生電流，從應用上來看無疑是發電機，但觀察書本圖示結構，電動機和發電機有著相同的結構，同一個結構可以產生“電和動”的轉化。為此，在教學中可以將磨電燈帶進課堂加以研究。同理也可以在不破壞玩具小車構造的前提下，實現由電生動和由動生電的轉化，結合書本“電動機、發電機”的圖示分析，讓學生直觀認識到兩者的內在聯系。

二、創新的方向和評價要點

實驗是為教學而服務，或提高趣味、或呈現過程、或為獲得結論、或讓學生經歷切身體驗，所以教學實驗的創新不是單純的創造發明，而在于是否更好地服務于教學，可以從以下幾個方面加以評價。

（一）選材：個性明顯、新穎寬泛

從選材的角度看，保證實驗的“增強”效果是首要指標。首先注重材料的個性特點，如需要“輕”的效果，選乒乓球、泡沫、氣球等，越輕越好；需要“形變”的效果，海綿、橡皮泥、彈簧、橡皮膜等，形變越明顯越好。其次是材料要突破教材常規視野，新穎寬泛，如膠體的配置，可以嘗試選用淀粉、牛奶、蜂蜜等。

案例6“光路”的創新實驗

七年級光學教學，直線傳播和折射都需要有明顯的光路，教材中的圖示采用的都是清水，實際現象不明顯，為“增強”光路效果，可以將清水換成蜂蜜配置成的膠體，將書本上的紅光激光筆換成綠光激光筆(綠光比紅光亮6倍，光柱比紅光明顯)。在做折射實驗時。將綠光從空氣射向水中，用噴霧器向空氣中噴灑蜂蜜水，也可以將空氣中的傳播光路明顯地呈現出來。

（二）操作：簡潔、成功率高

從操作的角度看，保證實驗的“可操作性”是首要指標。首先實驗操作過程簡單，不會顧此失彼，學生的觀察重點明確，易于理解，不會產生科學上的歧義。其次是成功率高，穩定性強，失敗的實驗總會讓學生有“假”的感覺，甚至于因實驗失敗而回歸于理論實驗，會讓學生覺得“更假”。

案例7“氣體壓強和流速關系”的創新實驗

在八年級“氣體壓強和流速關系”的教學中，教材上有一段有關飛機升力的閱讀材料。為了呈現這個情景，用泡沫制作模擬機翼，電扇提供氣流。觀察到機翼模型上升時，很多同學認為泡沫是被電扇氣流向上吹上去的。老師將機翼模型調換一個面，觀察到機翼模型下降時，同學們又認為泡沫有重力，理所當然會掉下來。很明顯，實驗操作繁瑣，理解上又有歧義。對此，可以用兩塊泡沫模型不同方向對比放置，觀察到一升一降，將框子倒立重復實驗，原先下降的泡沫上升了。對比分析，有效排除了學生的理解上的歧義。

（三）現象：可見度高、驚奇

從現象的角度看，保證實驗的“沖擊力”是首要指標。首先實驗現象的可見度要高，實驗前后的現象對比區分度高，實驗現象和環境背景區分明顯，實驗現象持續時間長等，充分地沖擊教室內每一位同學的視覺。其次是實驗現象具備一定的驚奇性，出乎學生的心理預期，背離他們的想當然，讓學生一驚一乍，沖擊他們的心理。這些沖擊最終能在學生的記憶中留下痕跡。

案例8“電動機”的創新實驗

在八年級的“電動機”的教學中，創新制作一個簡易電動機。在學生的心理預期中，一是憑實驗室條形磁體的經驗，釹磁體沒有足夠的磁力吸引住干電池，干電池將會從回形針上掉落下來；二是他們所接觸到的電動機的線圈都是非常復雜，這個裝置是如此簡單，想當然認為絕不可能會運動，是老師糊弄他們。他們等待著實驗的失敗，然而當模型通電后，干電池在搖搖欲墜中發生旋轉，而且速度愈來愈快，完全出乎意料，十分驚奇。

（四）體驗：能量產、可隨堂動手

從體驗的角度看，保證實驗的“能動手褻玩”是首要指標。在小組合作學習的背景下，隨堂實驗的開展是一個趨勢，將實驗引入課堂的每一個小組，確保每一個學生都有更多動手的機會，從遠觀到褻玩，做中學，做中思。這就要求創新實驗盡量往量產的方向發展，簡便、靈活、低成本，在數量上保證學生動手的機會。

案例9“人體是導體”的創新實驗

在八年級科學“導體和絕緣體”的教學中，人體是導體的實驗是一個難點。將人體接入干電池的電路中，小燈泡根本不會發光，如果上課做這個實驗，學生會形成錯誤的認識。將人體接入教室電路，后果很嚴重(即使是經過處理的電路，也擔心學生不加區分地在課后模仿)。如演示所用驗電球，球體內已裝有高能微型電池和內在電路。人體直接或間接接觸兩個螺絲構成回路，指示燈就會發光。這個裝置已經量化生產，網上購買方便，非常適宜于小組的體驗，一個人，一群人，人和金屬，人和大地都能形成回路。操作安全、方便，現象明顯

結語

綜上所述，本文基于實踐，從理論上提煉出了“實驗創新原型的素材來源、創新的方向和評價要點”等核心操作要素，它符合一般科學研究中的提出問題和解決問題的基本邏輯，也融合了等效替代等科學思想，符合科學學科具有系統性的科學方法理論。這些策略的理論總結，是可以作為一定的范本加以推廣。